Wyniki wyszukiwania - BazTech

1

Review on the rotating detonation engine and its typical problems

Xie Qiaofeng, Ji Zifei, Wen Haocheng, Ren Zhaoxin, Wolanski Piotr, Wang Bing

Transactions on Aerospace Research

|

2020

|

Nr 4 (261)

107--163

EN

Detonation is a promising combustion mode to improve engine performance, increase combustion efficiency, reduce emissions, and enhance thermal cycle efficiency. Over the last decade, significant progress has been made towards the applications of detonation mode in engines, such as standing detonation engine (SDE), Pulse detonation engine (PDE) and rotating detonation engine (RDE), and the understanding of the fundamental chemistry and physics processes in detonation engines via experimental and numerical studies. This article is to provide a comprehensive overview of the progress in the knowledge of rotating detonation engine from the different countries. New observations of injection, ignition, and geometry of combustor, pressure feedback, and combustion modes of RDE have been reported. These findings and advances have provided new opportunities in the development of rotating detonation for practical applications. Finally, we point out the current gaps in knowledge to indicate which areas future research should be directed at.

PL

Detonacja jest obiecującym sposobem spalania w celu poprawy wydajności silnika, zwiększenia wydajności spalania, redukcji emisji i polepszenia wydajności cyklu termicznego. W ostatniej dekadzie dokonano znacznego postępu w kierunku aplikacji trybów detonacji w silnikach, takich jak silnik detonacji stojącej (SDE), pulsacyjny silnik detonacyjny (PDE) i rotacyjny silnik detonacyjny (RDE), a także w celu zrozumienia fundamentalnych procesów chemicznych i fizycznych zachodzących w silnikach detonacyjnych poprzez badania numeryczne i eksperymentalne. Celem niniejszego artykułu jest dostarczenie obszernego przeglądu postępu wiedzy dotyczącej rotacyjnego silnika detonacyjnego z różnych krajów. Przedstawiono nowe obserwacje dotyczące wtrysku paliwa, zapłonu oraz geometrii komory spalania, sprzężenia zwrotnego ciśnienia, sposobów spalania w rotacyjnym silniku detonacyjnym RDE. Odkrycia te oraz postęp w badaniach dostarczyły nowych możliwości w opracowaniu wirującej detonacji dla praktycznych zastosowań. Na koniec wskazaliśmy istniejące obecnie luki w wiedzy w celu wykazania obszarów, na jakie przyszłe badania powinny być ukierunkowane.

2

Numerical study of detonation processes in rotating detonation engine and its propulsive performance

Yi Tae-Hyeong, Lou Jing, Turangan Cary Kenny, Wolanski Piotr

Transactions on Aerospace Research

|

2020

|

Nr 3 (260)

30--48

EN

Numerical studies on detonation wave propagation in rotating detonation engine and its propulsive performance with one- and multi-step chemistries of a hydrogen-based mixture are presented. The computational codes were developed based on the three-dimensional Euler equations coupled with source terms that incorporate high-temperature chemical reactions. The governing equations were discretized using Roe scheme-based finite volume method for spatial terms and second-order Runge-Kutta method for temporal terms. One-dimensional detonation simulations with one- and multi-step chemistries of a hydrogen-air mixture were performed to verify the computational codes and chemical mechanisms. In two-dimensional simulations, detonation waves rotating in a rectangular chamber were investigated to understand its flowfield characteristics, where the detailed flowfield structure observed in the experiments was successfully captured. Three-dimensional simulations of two-waved rotating detonation engine with an annular chamber were performed to evaluate its propulsive performance in the form of thrust and specific impulse. It was shown that rotating detonation engine produced constant thrust after the flowfield in the chamber was stabilized, which is a major difference from pulse detonation engine that generates repetitive and intermittent thrust.

PL

Przedstawiono badania numeryczne propagacji fali detonacyjnej w wirującym silniku detonacyjnym oraz jego wydajności pędnej z jedno- i wielostopniową mieszanką chemiczną na bazie wodoru. Kody obliczeniowe opracowano w oparciu o trójwymiarowe równania Eulera w połączeniu z pojęciami źródłowymi, które obejmują wysokotemperaturowe reakcje chemiczne. Obowiązujące równania zostały zdyskredytowane przy użyciu metody skończonej objętości opartej na schemacie Roe'a dla terminów przestrzennych oraz metody Runge-Kutta drugiego rzędu dla terminów czasowych. W celu weryfikacji kodów obliczeniowych i mechanizmów chemicznych przeprowadzono jednowymiarowe symulacje detonacji z jedno- i wieloetapowymi chemikaliami mieszaniny wodoru i powietrza. W symulacjach dwuwymiarowych badano fale detonacyjne obracające się w komorze prostokątnej w celu zrozumienia jej charakterystyki pola przepływu, gdzie udało się uchwycić szczegółową strukturę pola przepływu zaobserwowaną w doświadczeniach. Przeprowadzono trójwymiarowe symulacje dwufalowego wirującego silnika detonacyjnego z komorą pierścieniową w celu oceny jego właściwości pędnych w postaci ciągu i impulsu właściwego. Wykazano, że wirujący silnik detonujący wytwarza stały ciąg po ustabilizowaniu się pola przepływu w komorze, co stanowi istotną różnicę w stosunku do silnika detonującego impulsowo, który wytwarza powtarzalny i przerywany ciąg.

3

Numerical modeling of RDE

Folusiak Michal, Swiderski Karol, Wolanski Piotr

Transactions on Aerospace Research

|

2020

|

Nr 4 (261)

13--47

EN

The idea of using the phenomenon of rotating detonation to propulsion has its roots in fifties of the last century in works of Adamson et al. and Nicholls et al. at the University of Michigan. The idea was recently reinvented and experimental research and numerical simulations on the Rotating Detonation Engine (RDE) are carried in numerous institutions worldwide, in Poland at Warsaw University of Technology (WUT) since 2004. Over the period 2010-2014 WUT and Institute of Aviation (IOA) jointly implemented the project under the Innovative Economy Operational Programme entitled ‘Turbine engine with detonation combustion chamber’. The goal of the project was to replace the combustion chamber of turboshaft engine GTD-350 with the annular detonation chamber. This paper is focused on investigation of the influence of a geometry and flow conditions on the structure and propagation stability of the rotating detonation wave. Presented results are in majority an outcome of the aforementioned programme, in particular authors’ works on the development of the in-house code REFLOPS USG and its application to simulation of the rotating detonation propagation in the RDE.

PL

Pomysł wykorzystania zjawiska wirującej detonacji do napędu był po raz pierwszy rozważany w latach pięćdziesiątych ubiegłego wieku przez zespoły badawcze Adamsona i Nichollsa na Uniwersytecie Michigan. Badania nad silnikiem z detonacyjną komorą spalania zostały wznowione po blisko 40 latach i dziś prace prowadzone są w wielu jednostkach naukowych na świecie, a w Polsce na Politechnice Warszawskiej od 2004 roku. W latach 2010-2014 Instytut Lotnictwa oraz Politechnika Warszawska wspólnie realizowały projekt w ramach Programu Operacyjnego Innowacyjna Gospodarka ‘Silnik Turbinowy z detonacyjną komorą spalania’. Projekt zakłada zastąpienie komory spalania turbowałowego silnika GTD-350 pierścieniową komorą detonacyjną. Artykuł skupia się na badaniach numerycznych wpływu geometrii oraz parametrów przepływu na strukturę i stabilność propagacji wirującej detonacji. Przedstawione wyniki są w większości wynikiem prac autorów nad rozwojem kodu REFLOPS USG w czasie trwania projektu i koncentruje się na rozwoju i implementacji wysokowydajnych metod symulacji silnika z detonacyjną komorą spalania oraz ich zastosowaniu w symulacjach numerycznych propagacji wirującej fali detonacyjnej w silniku RDE.