Камеры сгорания газотурбинных двигателей Пчёлкин Ю.М. (1014167), страница 33
Текст из файла (страница 33)
Редкое расположение отверстий больших диаметров часто используют для ввода вторичного воздуха в зоне смешения иа глубину й .= 1. Скорости воздуха в отверстиях обычно имеют тот же порядок, что и скорости движения вторичного воздуха в кольцевом зазоре между жаровой трубой и корпусом камеры (в среднем 45 — 75 м!с). Анализ условий работы зоны смешения камер сгорания показал, что в жаровой трубе качественно можно организовать перемешивание потоков через соответствующий ряд отверстий. Равномерность поля температур газов за камерой также определяется относительной глубиной й ввода струй воздуха и шагом г отверстий. Оптимальный шаг (62) где г — число отверстий диаметром й„.
Для качественного смешения струи воздуха должны проникать примерно до центра жаровой трубы. В смесителе й = Ь„„.,~г„,. ~ 0,8 †; 1, Глубина проникновения (63) где й — опытный коэффициент, я = 1 при Ь„,,Ы„,. ~ 0,5; д = = р„шу(р,шд — отношение начальных динамических напоров струй 5 пчелкин ю. м. !29 и сносящего потока; ~„и б), -- объемный расход соответственно струи н сносящего потока. Неравномерность температурного поля в сечениях по длине зоны смешения жаровой трубы можно оценить по эмпирическому соот- ношению (Т„",, -- Т„',)((Т:.„— Т;) =--О,) (х, (х,)- ', Определим при одномерной схеме течения потери полного напора в потоке, возникщощие вследствие подвода теплоты 9.
Из уравнения состояния Ро =- КТ после дифференцирования получим г(Т =- (Р по+ о г(Р)1)(. Уравнение первого закона термодинамики г(О =- сп г(Т вЂ” о г(Р после подстановки ЙТ примет вид г(О - я г (с Р Ио -'; с,о Ир) Из уравнения неразрывности для Р = сапа( в форме ньп =- ОГР = бд = сопи выразим щ = — обг. Подставим ы в уравнение количества движения — о г(Р = О,бг(юз. 3 тогда удельный объем (для сечения И вЂ” (( оз)о=(Р, — Р)/Ог + о,. Следовательно, г(Π— — —,- .'; г, г(Р— — — „г(р. Рг, г ~п сг Р (( ~0.
Р С". (64) Используя выражение для числа Я = Р юз((ййТ), уравнения расхода н сосзояпия, преобразуем правую часть уравнения (64) к виду скт,(),'- й Из) с Т (й '; )) ыО - ' ' ' нр- ' '...— Рир. Р йМ; Для упрощенна примем теплоемкости сп и сг постоянными, обозначим множители прн пр и р г(р в правой части соответственно Сд в С,, Интегрируя полученное выражение в пределах от 0 до Я н от Рг до Р или Рз, получил! Я = С, (Р— Р,)— — 0,5Сз (рз — р";).
Обозначим (р, — р) через Лр, тогда 0,5Сз Лр' — (Сарг — С,) бр+ -Р Гг — О. Решением квадратного уравнения будет ар -.= (р, — С,, С,) — Рг(пг — Сь Сз)з 20(сз !30 где Т„,,', и Т;и — максимальная и средняя температуры газов на расстоянии х от сечения ввода струй; Т„'— температура воздуха. Формула справедлива для хЯ „. ) 0,4. В самом общем случае окончательное представление о качестве смешения так же, как и об эффективности распределения воздуха по длине горения, можно получить только после соответствующего экспериментального исследования образца на стенде. При этом нередко в процессе доводочных работ приходится корректировать результаты исходных расчетов. Суммы чисто гидравлических потерь при холодных продувках и при горении существенно не отличаются, а некоторое наблюдаемое различие значений связано с изменением характера течения, его параметров и их распределения по сечениям.
Наибольшее отличие значений потерь давления связано с подводом теплоты к рабочему телу в процессе горения. Потеря давления в потоке газов при подводе теплоты. Известно, что при подводе теплоты к потоку газа его полное давление снижается, но по-разному в зависимости, например, от формы канала. В расширяющемся канале потери будут меньше, чем в сужающемся. Подставив зпачсяпя С, и Сг.
гггоггчггтетьгго нолт чнг 1р — — (! — Мз)— Рг/г г ! '-' 2,'г ',т(/ г / ! /+! ~ 2 ' гТ; Ог юснгельнос снижение статического давлепи р г Значение Т, определяется по температуре торможения: Т, = Т,"l(1 + 0,5 (/г— — !) М-,*). Величина а„= 0 при гг = 0 или при скорости на входе нгг = О, т е. Мг -= О. Тогда статические давления до подогрева и после него равны: Р, =- Р . Кроме тога, нз урзвненпя (65) следует, что при данных М, и Т*, к единипе массы воз. духа можно поднести вполне определенное максимальное количество теплоты гг „., что соответствует условию равенства нулю подкоренного выражения (65) прн /го/г стижении потоко» и кана ге скорости звука (Мг = !).
При этом (о ) а„. = — (!— В*т / с — У(г), а максиызльный относительный подогрев смеси (;,)...-- О (! — 5!'!Р г р Т !' /,ь, „2 (/г - ! ) М ( ! 1- О, 5 (й — ! ) М Д (66) Рг . Р (! р О 5 (/: — !) й!г)г !г' определим р) по известному числу М. Если параметры потока после подогрева известны и газовая постоянная /( = сопИ, то М! .= ыг/(й/г Те) .. (а)/(йКТг) ) (нгг/нгг)т Х Х (Т,/Тг).
При /(г — /7з нз уравнения расхода рю =- сопз1 нг сом Т,/Т, = (Рг/Р,) Х Х (юг/жа) =- (юггкУ]/(1 — о>). бр Из уравнения количества двнгкення Р, — Р = р ж (ю, ю,). Тогда — - = —., + ~ и,/'(/. 51-"!) ~ + 1 1 — гт„ !- ! =-, + 1 =. —; — '- !. Следовательно, М., '.'1,' ДРРг Ргрггвг о, + йй(з Таким образом, ( — о,) /', Рь(! 1-0,5(/г-- Цй! )агга — ! о7 Р, (! -г- 0,5(/г !) 51()ь М вЂ” гг ! '; 0,5 (/г -- !) й (! — о,) (! + 0,5(/г — 1) Л!()Мга (67) !31 Прн М, =. ! Я = 0 н и, — — - О, следовательно, н пнлнндрической тр)бс газ может двигаться со скоростью звука тольио при отсутствии подогрева.
При постоянном массовом расходе газа и заданных М, и Т*, с увеличением количества подведенной теплоты возрастает температура газа и соответственно уменьшается его плотность. Скорость потока растет, но, в спою очередь, падает статическое давление по длине канала. Очевидно, что при данном Р, в случае непрерывного подогрева может наступить гломепт, когда скорость газа в канале достигнет скорости звука, и канал не сможет пропустить заданный расход. Рассматривая канал от сечения / — / до сечения П вЂ” // при () ~ Цч„х, можно найти ЛР = Р, — р,, а затем Р,. Йз выражения Относительные потери полного,)авлс пня за счс) тслько подогрева газов о', —- = (Рг Рс)/Р! 1 — РПРг или ! ! ),цз '!ь !г, 1) 1 505(/г !) / (! — и,) (!,! 0,5(/, .
1) )1;)а !ь-') Прн о, =- (о~)шах имеем (Оч) ! .'- /ц! ( /г '. ! )/г !),--)) ( г)шх /, ! ' 2 ц (/ сншченне Т* можно получить нз равенства 0 =- Л/'. Т.,* =-- Т) ' 0 (с,)с, где (с ) — среднее значение теплоемкосп) в интервале температур Т; — 'Т,". Слеп ср ловагельно, величина о,*, зависит от числа 01, и относнтсльн1го поде~трава т " == !/ (с,Т;), так чак о" —. / (М,; от), а и, - /, (М: т). ПРн 51, сопз1 о,* - О, если о, = О, т.
с. при отсутстваи подогрева т. Я с,Т)') 0 Величина и,' б);ст максимальной при тнм, и определит (и,) При повышении /Ы до ! величина (о;) снигкается )о пуля. так как с ростом М, уменьшается максимально возможный подогрев и Я (г Т;) = 0 при ти !. Наибольшее значение о; (несколько превышающее 0,2) достнгастсп пря М, — ь 0 и т. гс. В расчетах общих потерь давления в камерах сгорания обычно принимают, )то онн равны сумме чисто гидравлических потерь нрн холе.)ных продувках н потерь при подводе теплоты.
Последние нередко расс штывают по зчпнрическнм завис)гчосгям типа (45) — (49). Составляющие суммарных потерь давления. Характер изменения полного и статического давлений в каналах по длине камеры сгорания различен, например, в колю!евом зазоре и внутри жаровой трубы. Полное давление рабочего тела уменьшается, но по-разному, тогда как статическое давление, например, в зазоре между жаровой трубой и корпусом, поддерживается примерно постоянным или даже несколько увеличивается. Это объясняется тем, что по длине кольпевого канала вследствие постепенного перетекания воздуха внутрь жаровой трубы его количество уменьшается, а площадь поперечного сечения канала обычно оставляют постоянной, чтобы увеличить перепад статических давлений по длине канала, обеспечивая глубокую подачу струй воздуха в зоне смешения.
Статическое давление по длине жаровой трубы, как правило, снижается, Суммарные потери давления складываются нз с.тед) ющих основных составляющих потерь полного давления (Л//;,)т (рис. 55): !) во входном диффузоре (Лрд)х; 2) во фронтовом устройстве ЛРы, и в отверстиях Р,' — р„'; 3) внутри жаровой трубы Лр„. Последние включают потери на смешение потоков, па трение и тепловые потери.
На различных режимах абсолютные суммарные потери полного давления в камере и соотношение отдельных составляю)них будут изменяться. При сгорании топлива в камере, когда Он = сопя! доля Ло„' будет возрастать с уменьшением я„так как увеличивается подвод теплоты к потоку.
Представление о характере этих изменений дает рис. 55. Результаты исследований показывают, что при холодных продувках камер Лр„' = 5 —:)2 охз, Лр)ш --. 30 —:45 о/е и (Лр„*)з = = 35 —:50 ого общих потерь. Прн горении топлива с сс, = 3 —;4 суммарные потери полного давления в камере сгорания увеличиваются !32 и" "-' 1 р ч а мт и„) ' ю Х Ге/1'а ра а) Рнс. 55. Изменение потерь лавления в камере сгорания примерно на 30 — 50 ага по сравнению с потерями давлений при холодных продувках, и доли отдельных составляющих потерь становятся соизмеримыми, достигая примерно 25 — 35 егга. Затраты энергии, которые связаны с уменьшением полного напора ноздуха в камере сгорания должны улучшать условия протекания рабочего процесса в результате снижения скорости воздуха, образованна зональной структуры потока за фронтовым устройством, необходимой для обеспечения смесеобразования и т, д, Отдельные составляющие потерь полностью устранить невозможно, но рациональное их снижение без ухудшения рабочих характеристик камеры необходимо.
В первую очередь это касается потерь в диффузоре, так как они составляют существенную долю общих потерь. Прп правильном проектировании потери в диффузоре могут быть снижены без ухудшения рабочего процесса. Анализ отдельных видов потерь полного давления в камерах сгорания ГТД дает представление об основных закономерностях их изменения и влияния на ннх различных факторов. Однако действительный пропесс течения газа при подводе теплоты, различных местных скоростях и температурах, неравномерном тепловыделении по длине и сечению камеры более сложен.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
