Камеры сгорания газотурбинных двигателей Пчёлкин Ю.М. (1014167), страница 24
Текст из файла (страница 24)
ч4 В мояепт срыва плаиенп оба количесгва ипшоты шлюпы быть равны. Тогда д,'д, =. сопз1 плп кх 1Тв Т„) и„ = С ж/1Т„ — Т,,), где С, — коэффициент пропорциональности. Из данного уравнения можно получить выражение, которое легко приводится к критерию стабилизации Михельсона. Так, например, используя критерий Нуссельта и его связь с критерием Рейнольдса, получим: а == ) Хц/и' и, кроме того, Хи — — С.,Ре" -= Сыч)",т". После преобразований л~1~ — ( —.' " ) == сопэ1 или и~ го "ч ~, та — 70 На основе эксперимента получен показатель степени п =- 0,5.
Тогда й~*, Принимая величину з — а и считая отношение разностей температур неизменным, найдем критерий Михельсона: М) = Йп~!(юп) = соп51. В других исследованиях объем горячих продуктов сгорания ЗОТ рассматривался как высоконагретое тело в предположении, что условия стабилизации поверхности фронта пламени определяются зажиганием свежей смеси этим телом.
Математическое описание рассматриваемых явлений также дает соотношения, фактически аналогичные виду критерия Михельсона. В настоящее время теоретические исследования на основе критерия Михельсона получили широкое распространение. Между тем очевидно, что этот критерий еще далеко несовершенен, так как в некоторых случаях он не выполняется, в нем не отражены характеристики турбулентности потока горючей смеси и лишь в скрытой форме 1через величину и„) отражается влияние скорости химической реакции. В то время как при горении смеси в камерах сгорания ГТД турбулентность является основным фактором, определяющим условия стабилизации фронта пламени.
Поэтому следует остановиться на интересных представлениях, имеющихся в литературе, о турбулентной скорости распространения фронта пламени. Приняв т„ = т„ из выражения и, = — ),т„. получим 1З5) т„„,'т„ == ф'ш) (и,')Ь 5'и~ ! ' !..'~сия ~ 5ььи555555Н ш,:~.ь~ ! ~ жр«»я ЗФ =4'.. ~~5 ъ-',ф 3 Учитывая, что масипаб турбулеитиосгп ! и, ш', и:еем тга т„=- (5! 5а) (5ЦШ' И,) .-= тй5,. (35) Поскольку к' га — !', Ч5, .== 5(си, 55, (37) ! 1олучсннос вырзже5ше для критерия стзби.и5зац,5п с учетом турбулентности позволяет отметить, что влияние основных ее характеристик существенно. Представляется !!невидным, что не отдельные величины, а характерный комплекс параметров турбулентности должен определять условия стабилизаци! Новерхности ири турбулентном горении фронта пламени. Общие выводы н элементы расчета стабилизации фронта пламени за пяохообтекаемыми телами.
В схеме стабилизированного фронта пламени (рис. 42) в качестве и.юхообтекаемого тела ири;!сиен профиль уголкового сечения, нолуч55вший преимущественное распространение, особенно в форсажных камерах сгорания авиационных ГТД. Толщ! на пламени у кромок стабиль.5атора ис превосходит десятых до..сй миллиметра, увелич55взясь 55о мере у,5аленп» от исго. Скорость распространения фронта пламени в нзправ.цнии, псриендьк) лярном к тсчению Основнож! Потока, характер!,3) емзя угзом 55в, зависит от нескольких факторов и в Нерву!о очередь от размера стабилизатора 5(, состава горючей смеси и скорости потока ю.
Увс;шчеиие г! приводит к возрастанию угла раскрытия факела пламени (тф и одновременно к увеличеншо пределов устойчивости н,5амсип. Условия срыва пламени для стабилизаторов различных размеров достаточно хорошо обобщиотся в форме зависимости отношения (и~,),„55! от состава тонливовозлушной смеси: (ю„)„,,„й!" ==.
! (сс) Здесь (5с,)„,,„— предельная скорость потока свежей смеси, при которой происходит срыв пламени; н — иокззате,п степени, полученный, например, го результатам большого ч!.ела Огытов со стабилизаторами в виде цили5ьтрических стержней, расис 5оженнь5х перпендикулярно к потоку, н = 0,5. Показатель н несколько меняется в зависимости от числа Рейнольдса, ссобсино ири Кс == )О!. Наибольи5их значений (ц~,)„„достигает для смссей, ио соста5В Слизких к стсхиометричсским. Однако д,5я стзбилиз55т55ров о еиь мз. юго размера максимум реализуемых скоростей и.
с! ывз пламени из!ест место у несколько персобогащснных смесей. По фслогрзф:ям пламени зз стабилизаторами четко видно, что при увеличении г! 5! " Наступает переход от ламиизриого горения к турбу, ент5Н5Ь5у. У сгььи. Нззторов малых размеров (ц5,линдр .5измстром 2- 3 и!) фронт п.5амсии прзкз !'чсски вссгда лзмиизрный ыз рзсст05.иии ! !'О потОК) ) ло исско1ьких 96 десятков диаметров при любых числах Ке.
Хотя прн очень больших скоростях размеры пламени по направлению движения смеси резко сокращаются н поджигания всей ее массы не происходит. Уже при г( > 3 мм ламинарный фронт наблюдается лишь при очень малых числах Ке, а нри значениях Ке, характерных для камер сгорания ГТД, и при Н в несколько десятков миллиметров горение всегда носит ярко выраженный турбулентный характер.
Турбулентность чаще всего отрицательно сказывается на процессе стабилизации. Рост масштаба 1, а главное интенсивности турбулентности е = ш'!ш, приводит к значительному сокращению пределов стабилизации, особенно для стабнлизазоров м.лых размеров (! — 5 мм), при д>30— 40 мм влияние турбулентности становится уже несущественным. Фазовый состав смеси и наличие жидких капель в потоке заметно влияет на стабилизацию. В результате инерции капель они не следуют за потоком, огибающим стабилизатор, нагретый горячими продуктами сгорания, а попадают на его поверхность и интенсивно испаряются. Это ведет к образованию переобогащенной по сравнению с основной массой смеси у кромок стабилизатора и расширению пределов стабилизации пламени на бедных смесях; причем с ростсм скорости потока число капель, попадающих на стабилизатор, увеличивается. Влияние давления и температуры потока смеси на пределы стабилизации можно выяснить, анализируя выражение для критерия стабилизации в форме 3 = солэ1 аш!и,'.
Считая скорость неизменной, определим структурную зависимость остальных величин от давления и температуры в потоке. Из изложенного выше очевидно, что и, - (Т„~ТД" 1(р,~р,Т. (38) Коэффициент температуропроводности, как это следует из молекулярно-кинетической теории газов, а — (Т,7ТД'7(ра рД. Следовательно, определяющий размер стабилизатора может быть связан с давлением и температурой соотношением Й - сопз1 —,, ((Т~|Т )з~ — г (7з,~р ) -ы) л, Очевидно, что влияние температуры сильнее влияния давления. При повышении давления и температуры размер стабилизатора, необходимый для стабилизации пламени, должен быть меньше. Для воздушных смесей углеводородных топлив получена следующая зависимость (39) 1=((Т 'Т)п" (д,'77) з) '.
В других исследованиях влияние температуры оценивают, напри мер, степенью, равной 1,2. Положительное влияние оказывает подогрев самого стабилизатора. Эффективность подогрева зависит от температуры смеси и размеров стабилизатора. Отмечено также влия- 4 пчвлкии ю. м. 97 ние формы стабилизатора в связи с зависимостью от нее размеров зоны обратных токов и характера течения в циркуляпионноп области. Стабилизаторы значительных продольных размеров приводят к турбулентному режиму течения в пограничном слое выше точки отрыва потока.
У таких стабилизаторов максимальная скорость срыва пламени (цч)„,„, — с1. Для стабилизаторов с малымн размерами в направлении движения потока (диски, пластпны, стержни, установленные поперек течения) предельная скорость срыва (и,)„,,„— — (гй". Показатель степени и = 0,5. Исследователи отмечают, что эффект стабилизации, например, длинным цилиндром, установленным поперек потока, выше, чем сферой того же характерного размера.
Поэтому параметр, оценивающий влияние формы стабилизатора, должен учитывать не только определяющий размер А но и, по-видимому, коэффициент лобового сопротивления, определенную характеристику объема плохообтекаемого тела и др. Следует отметить также влияние акустических возмущений на пределы устойчивого горения смеси за стабилизаторами. В зависимости от частоты, амплитуды и мощности источника колебаний, состава смеси будет меняться воздействие возмущений, но диапазон устойчивой работы при этом всегда несколько сужается.
При расчете необходимого размера стабилизатора можно исходить из критерия стабилизации М! — - г(и„':(аш) = сопз!. Величину и„ берут для наиболее бедных смесей, т. е (и„) пп учитывая возможное местное обеднение смеси за стабилизатором. Скорость потока ев принимается наибольшей для данной камеры сгорания.
Следует отметить, что завышать размеры стабилизатора нецелесообразно, так как перекрывая сечение и увеличивая скорость потока в узких местах, повышаем потери давления в камере сгорания. Кроме того, рост скорости потока у стабилизатора ухудшает условия его работы. Очевидно, нужно искать оптимальные размеры стабилизатора и скорость потока из условия экстремума критерия стабилизации в функции изменения затенения сечения 1 камеры сгорания. Затенение сечения ).
как отношение наибольшего поперечного сечения стабилизатора к площади камеры сгорания в данном месте связано со скоростью потока (без учета сжимаемости) следующим образом: ш (1 — 1) = С, =- сопз!. В случае осесимметричной конструкции г( = С, ! 1. Критерий стабилизации М! = (1 — 1) и„'Сз х х у') )(С,а) == сопя!. Оптимальное значение 1,„., ==- 1~3. Практически стабилизатор редко выполняют в виде одного тела, целесообразно устанавливать рассредоточенно ряд стабилизаторов минимальных размеров, общей площадью, равной найденной, оптимальной.
При этом выгодно располагать все стабилизаторы не в одном сечении, а со смещением по потоку (см. рис, 40). Полученный так называемый эшелонированный стабилизатор будет обладать меньшим суммарным сопротивлением при той же эффективности процесса стабилизации. В данном исполнении конструкция будет менее склонна к режимам неустойчивого нульсационного горения. 98 Гетерогенное горение Рассмо~рим горение жидкого и твердого топлива в газообразном окислителе (кислород воздуха), при наличии совокупности физической и химической неоднородности реагирующей системы. В гомогенной системе взаимный контакт реагентов осуществляется смешением, после чего процесс горения может развиваться в любой части объема смеси, В гетерогенной системе взаимодействие между реагирующими веществами может осуществляться только на поверхности соприкосновения химически активных фаз системы, т.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
