Процессы в камерах сгорания ГТД Лефевр А.

Процессы в камерах сгорания ГТД А.ЛеФевр Процессы В иамеРих СГориния Перевод с английского канд. техн. наук С. О. АПЕЛЬБАУМА, А. А. ГОРБАТКО, А. Д. РЕКИНА, В. И. ЯГОДКИНА под редакцией д-ра техн. наук, проф. В. Е. ДОРОШЕНКО МОСКВА аМИР» 1986 Лефевр А. Л53 Проиессы в камерах сгорания ГТД: Пер. с англ.— Мд Мир, 1986. — 566 с., ил. В квиге взвестного английского специалиста по авиационным газотурбинным двигателям 1ГТД1 рассмотрены Физические н химические процессы, сопровождаюшие гаревое в ГТД, принципы организации горения при ламинарном и турбулентнотг режимах, приведены данвые по кииетике хи ~ичесггнх реакций, по определению условий воспламенения н стабилизации пламени.

Анализируются свойства жидких и газообразных топлив и зкологические проблемы пра их сжигании. для широкого круга специалистов по авиации, двигателестроению, горению, а также студентов и аспирантов соответствующих специальностей. 2303020200 — 280 041(01) — 88 ББК 30.33 ББК 39.55 Л53 УДК 621.452.3 Редакция литературы по новой технике © Ьу Неппзриеге РиЬИзыпя Согрога11оп © перевод на русский язык, «Мнр», 1980 Предисловие редактора перевода Горение в камере газотурбинного двигателя (газовой турбины) обычно происходит в условиях трехмерного турбулентного двухфазного течения.

Сложность и недостаточная изучен- ность процессов в таких течениях не позволяют рассчитывать характеристики процесса горения и определять оптимальную конструкцию камеры сгорания на стадии ее проектирования. В связи с этим при проектировании и доводке камер, а также при анализе результатов испытаний приходится пользоваться эмпирическими данными, полученными в процессе разработки предыдущих образцов камер сгорания н при экспериментировании с упрощенными модельными камерами и их узлами.

Однако эти данные содержатся главным образом в многочисленных периодических изданиях и нередко носят частный характер. Поэтому предлагаемая читателю книга, в которой, по нашему мнению, впервые сделана удачная попытка собрать воедино, обобщить и проанализовать современные представле ния о рабочем процессе в камере газотурбинного двигателя, является весьма полезной. Автор в значительной мере достиг поставленной цели — описать и объяснить основные физические, химические, газодинамнческие и тепловые процессы, протекающие при горении в газотурбинных двигателях, и продемонстрировать их связь с характеристиками работы и конструкцией камеры.

Книга отличается инженерной направленностью, тщательностью подбора материала, хорошим его оформлением, ясностью и последовательностью изложения. В конце книги для каждой главы приведены обширные списки литературы по рассматриваемой теме. Вызывает сожаление отсутствие в книге аналогичных материалов о вибрационном горении, которое часто с большими трудностями приходится устранять для обеспечения работоспособности как самой камеры, так и других узлов двигательной установки. Необходимо также отметить почти полное отсутс;вие ссылок на работы советских специалистов, что, естесзвенно, обедняет научно-технический арсенал автора.

Тем не менее книга представит значительный интерес для инженеров, конструкторов, научных работников, аспирантов и студентов, специализируюшихся в области авиационных двигателей и газотурбинных установок. Прели«иване редактора перевода Перевод гл. 1, б, 9 выполнен С. О. Апельбаумом, гл. 2, 6, 7, 11 — А. А. Горбатко, гл. 3, 4, 10 — В. И. Ягодкиным, гл. 8— А. Д. Рекиным. Ниже приведен краткий перечень некоторых отечественных работ по тематике книги А. Лефевра.

В. Е. Дорошенко Литература 1. Я. Б. Зельдович, Г. И. Баренблатт, В. Б. Либровнч, Г. М. Махвиладзе. Математическая теория горения и взрыва. — Мл «Наука», 1980. 2. Е. С. Щетников. Физика горения газов. — Мл «Наука», !965. 3, Д. А. Франк-Каменецкий. Диффузия и теплопередача в химической кпнетике. — Мл «Наука», 1967. 4. Ю. М.

Пчелкин. Камеры сгорания газотурбинных двигателей. — Мс «Машиностроение», 1984. 5. Г. Ф. Кнорре, К. М. Арефьев А. Г. Блох, Е. А. 1.1ахапетян, И. И. Палеев, В. Б. Штейнберг. Теория топочных процессов. — М. — Лс «Энергия», 1966. 6. Ю. Ф. Дитякнн, Л. А. Клячхо, Б. В. Новиков, В. И. Ягодкин.

Распылпвание жидкостей. — Мл «Машаностросине», 1977. 7. К. И. Щелкин, Я. К. Трошин. Газодинамика горения.— Мл нзд-во АН СССР, 1963. 8. А. С. Соколик. Самовоспламенение, пламя и детонация в газах.— Мл пзд-во АН СССР, 1960. 9. Б. В. Раушенбах, С, А, Белый, И. В. Беспалов, В. Я. Бородачев, М. С. Волынский, А. Г. Прудников. Физические основы рабочего процесса в камерах сгорания воздушно-реактивных двигателей.

— Мл «Машиностроение», 1964. 10. Теория турбулентных струй. Под ред. Г. Н. Абрамовича. — Мл «Наука», 1984. 11. С. М. Ильяшенко, А. В. Талантов. Теория н расчет прямоточных камер сгорания. — Мс «Машиностроение», 1964. !2.

Г. Н. Абрамович. Прикладная газовая динамика. — Мл Гостехиздат, 1953. 13. А. Н. Михайлов, Г. М. Горбунов, В. В. Борисов, Л. А. Квасников, Н. И. Марков. Рабочий процесс н расчет камер сгорания газотурбинных двигателей. — Мл Оборонгиз, !959. Предисловие Газовую турбину можно с полным основанием назвать двигателем двадцатого века. Потенциальные возможности ее как практичного источника энергии были оценены еще в начале 1900-х гг., однако бурное развитие газотурбинной техники под влиянием надвигавшейся войны началось только в 1930-х гг. Высокий темп развития сохранился и в послевоенные годы, главным образом из-за огромных преимуществ, которые ожидались от авиационных газотурбинных двигателей в отношении дальности и скорости полета, экономии топлива и комфорта пассажиров.

Поэтому газотурбинные двигатели уже в течение нескольких десятилетий являются основным источником движущей сизы в авиации и находят постепенно все большее применение в качестве силовых установок на судах, тепловозах, гпузовых автомашинах и автоб сах. Вследствие этого производство газотур инных двигателеи стало одной из ведущих отраслей промышленности в наиболее развитых индустриальных странах мира и приобретает все более важное значение во многих развивающихся странах.

Возникшая в последнее время необходимость оценить возможность применения топлив, отличающихся по качеству от нефтяных топлив высокой очистки, а также озабоченность все возрастающим уровнем загрязнения атмосферы заставили обратить внимание на недостаточную изученность процессов горения и отсутствие исчерпывающего для современного уровня знаний руководства по рабочим процессам в камерах сгорания газотурбинных двигателей. В какой-то степени необходимость в этом удовлетворялась отличной книгой ТЬе Рез1пп апс1 Рече1оршеп1 о1 Паз ТцгЬ1пе СошЬнз1огз, выпущенной Хог1Ьегп Кезеагс1з апд Епп|пеег1пп Согрога1юп (Уоберн, шт. Массачусетс).

К сожалению, книга эта доступна лишь весьма ограниченному числу организаций, по заказу которых она была составлена. Следует отметить также, что, как свидетельствуег название книги, основное внимание уделено в ней опытно-конструкторским работам над камерами сгорания и лишь в малой степени — вопросам, связанным с протекающими в них процессами. Задача предлагаемой книги состоит в разъяснении сущности основных физических, химических и аэротермодинамических процессов при горении в газотурбинном двигателе п в показе првднсловие нх прикладного значения по отношению к характеристикам и конструкции камер сгорания. Она предназначена прежде всего аспирантам, специализирующимся в области авиационной и моторостроительной техники, однако может быть использована также ученымн н инженерами различных организаций, занимающихся исследованием, проектированием, доводкой и эксплуатацией газотурбинных двигателей. Хотя содержание ее охватывает различные области науки и техники, все они излагаются и трактуются с чисто инженерной точки зрения.

Надеюсь, что эта книга окажется полезной н как учебное пособие, н как руководство при разработке камер сгорания газотурбинных двигателей и стационарных газовых турбин. При написании этой книги автором был использован многолетний опыт преподавания курса горения в газотурбинных двигателях, в частности материалы интенсивного однонедельного курса лекций, который читается ежегодно в Кренфилдском технологическом институте (Великобритания) и в Лафайетском университете (США).

Этот короткий курс лекций был прочитан автором в ряде университетов и моторостроительных организаций Бельгии, Бразилии, Египта, Индии, Италии, КНР, Норвегии, Франции и Швеции. Материалы этих лекций постоянно обновлялись результатами собственных исследований, а также данными, полученными благодаря тесным связям с промышленными предприятиями, в работе которых автор принимал активьое участие в качестве проектанта и консультанта. Книга не требует привлечения каких-либо дополнительных бь л а ващзэаз у» ниямн в о ласти ки и химии. Автор надеется, что в ней содержится вся информация, необходимая для проектирования и анализа характеристик камер.

В соответствии с существующей тенденцией в книге используется Международная система единиц (СИ). В гл. 1 приведены основные требования к характеристикам камер сгорания и дано описание особенностей их конструкции, а также рассмотрены различные типы и конструктивные схемы камер. В гл. 2 изложены некоторые вопросы теории горения, в частности понятия о ламннарных и турбулентных пламенах„ суммарной скорости реакций, влиянии состава смеси и адиабатической температуры пламени. В гл.

3 рассматриваются конструкция и характеристики конических, плоских и кольцевых диффузоров. Гл. 4 посвящена характеристикам течения в камере сгорания н анализу взаимосвязей между размерами проточной части, потерями полного давления, полями температуры, гидравлическими характеристиками отверстий, глубиной проникновения и смешением воздушных струй с потоком газа, характеристиками завихрителей п распологкением отверстий на жаровой трубе. предисловие В гл.

5, 6 и 7 изложены основы и ключевые проблемы процессов горения. Возможности достижения высокой полноты сгорания топлива рассматриваются в гл. 5. Представлены три модели процесса горения, в которых скорости протекания лимитируются скоростью смешения, испарения или химической реакции. Механизм стабилизации пламени и методы, используемые для расширения диапазона устойчивого горения, описаны в гл. 6. Приведены результаты исследования влияния типа топлива, внешних условий и размеров стабилизатора на устойчивость процесса горения. На основании этих данных выведена зависимость, позволяющая п огнози в г аницы области :стойчивой або ~ реальных камер сгорания. Теория искрового загкигания и методы, применяемые для осуществления зажигания в камерах ГТД, излагаются в гл.

7. Рассмотрены вопросы, связанные с влиянием конструктивных особенностей камер, характеристик факела распыленного топлива и системы искрового зажигания на условия воспламенения топлива. Особое внимание уделяется важной проблеме высотного запуска камеры. Процессы теплообмена, определяющие тепловое состояние жаровой трубы, обсуждаются в гл. 8, где представлены также методы расчета температуры охлаждаемых и неохлаждаемых стенок жаровых труб. Заключает эту главу обзор перспективных методов охлаждения стенок.