Камеры сгорания газотурбинных двигателей Пчёлкин Ю.М. (1014167), страница 36
Текст из файла (страница 36)
рис. 57) без внутреннего заградительного охлаждения воздухом воспринимает от факела значительный конвективный поток теплоты дф „. = аф (Тфь — Т„,.). (89) Поток дф „может составлять 20 — 40 % дь „, что существенно увеличивает общее тепловое воздействие факела на стенку. Средняя характерная температура в данном сечении газового объема Тфа будет больше температуры воздуха Т„, но меньше теоретической температуры Т,, при данном коэффициенте а,, избытка воздуха в зоне горения. Можно считать Тф, — — Т, - '- А (Т, -- Т,), где экспериментальный коэффициент А =- 0,5 —;0,8. Используя критериальное соотношение Гухмана-Илюхина, найдем коэффициент теплоотдачи от факела к внутренней поверхности жаровой трубы мм (901 где (г, ) и (р,.), — истинная теплоемкость и коэффициент динамической вязкости газа при температуре стенки жаровой трубы Т„,.; 6, — расход первичного воздуха; й„,.
— внутренний диаметр (эквивалентный) жаровой трубы, 142 Теплоотдача от внешней поверхности стенки. Конвективный поток теплоты от наружной поверхности жаровой трубы к воздуху', проходящему в зазоре между трубой и корпусом, д,, ==я,„.,(Т.,„,-- Т„,). (9 !) Местная температура воздуха в зазоре Т„, = Т, + ХТ„. Обычно ЬТ„= 20 —;50 К. Более строго величину Тгп можно найти методом последовательных приближений, используя равенство уФ=а=а,сп,(ТМ Т„), (92) где Я„, и (1„— теплота соответственно, отданная факелом и полученная воздухом, омывающим снаружи на длине (.„поверхность предыдущей обечайки Р„на предшествующем участке. Упрощенно Я, = и,',,Е„(Т.„ц - — Т„'1, где а,',, = 0,03!9 ().!г"„) (Ке')' ', а це' = Г.„щ/т.
В большинстве случаев полагают, что Т„, = Т... или Т.„, = Т.„,. — д„б.„,()., где 5„,. — толщина степки жаровой трубы; Х вЂ” коэффициент теплопроводности материала стенки. Коэффициент теплоотдачи а,, от внешней поверхности стенки к омывающему ее воздуху находят в зависимости от структуры течения воздуха в зазоре и в частности от характера пограничных слоев (динамических, считая их совпадающими с тепловыми). В камерах сгорания с телескопическими жаровыми трубами, длины обечаек и ширина зазора й между ними и корпусом такие, что пограничные слои, образующиеся иа внешней поверхности обечайки и внутренней поверхности корпуса, сомкнуться не успевают: й, > 8, + б., (рис. 58).
Поэтому здесь можно использовать закономерности теплообмена при обтекании плоской пластины турбулентным потоком: а„, = 0,0255 (Х(х) (Ке)", (93) где це =- хш,lт; х — расстояние от начала обечайки до расчетного сечения; Х и м — коэффициент соответственно теплопроводности и кинематической вязкости воздуха; щ, — скорость воздуха в зазоре. Теплоотдача от внутренней поверхности стенки.
В современных теплонапряженных камерах сгорания обечайки жаровой трубы имеют внутреннее заградительное воздушное охлаждение, упрощенная схема которого для обечайки 2 дана на рис. 58. Из кольцевого зазора й,„'между корпусом 3 и предыдущей обечайкой 1 воздух для внутреннего охлаждения обечайки 2 поступает через кольцевую щель высотой й„, со скоростью"ш„, = ш, н температурой Т„,. На длине обечайки в турбулентной полуограниченной струе можно выделить три характерных участка: 1) начальный, длиной'х,,; 2) переходный, длиной (х„— х,,), где хотя бы на внутренней границе зоны смешения скорость ш,„= ш„,; 3) основной (х — хп), где ш~ = — ш~( %ц. !4з 1 Рис. 58.
Схема внутреннего охлаждения стенки жаровой трубы. Основываясь на результатах исследований, можно считать, что на начальном участке расчет коэффициента а'. и теплоотдачи допустимо проводить по зависимости (93). Она достаточно справедлива и для переходного участка при определении а',. „,. Конвективный тепловой поток, полученный струей воздуха от стенки в любом ее сечении на длине начального и переходного участков с/ж. ни=аж. н(7;и (94) Температура Тси находится аналогично Та, в выражении (92). Для первой обечайки Тл = Та.
Длина начального участка упрощенно хн = (йа, + 0,56 )/гг — аа. Угловой коэффициент гт = = 0,08 —:0,15; расстояние аи = 14 (6а,- -г 1) ! т', величина т = вас!гон,. Принимается хи = 1,2хи. На основном участке характерные скорости го и температура Т, на внутренней границе зоны смешения сильно мейяются по ходу потока, что усложняет здесь расчет теплового потока: д„о „.. = ~„. (тж — та), где сс„',-, — коэффициент теплоотдачи от стенки к струе на основном участке. Используя установленную Рейнольдсом зависимость между теплоотдачей и трением при подобии полей температур и скоростей, когда Рг =-- 1, получаем и' =(),'х) 0 038(ю .тва)оа где щ = гон, (хн/х)', а =- (0,361+ и)/(0,722+ и) при и = 6/6. Толщина внутреннего пограничного слоя 6 =- 0,37х(о/(хги,я)1".
Толщина струйного пограничного слоя 6 = С ((1 — ти)/(! + т,) ) х, где пь, = сц йв„и с — 0,3. Н4 Рассмотрев баланс теплоты элемента объема в пограничном слое па основном участке струи, достаточно строго можно получить за- висимость Т,. н йх)( — '" ) грт, 107) Т. = Т„. и+ 1ть, где Тгн Тгн ( р ) 0082 где Тгн и Тги — температура соответственно среды на внешней границе струйного пограничного слоя в конце и начале обечайкп, 1,„п— длина охлаждаемой обечайки; )з = 1,05 —:1,1Π— константа. 5 12. КОНСТРУКЦИИ КАМЕР СГОРАНИЯ Рпс. 59.
Секционная камера сгорания авиационного ГТЛ <Ларга с центробежным компрессором 115 Наибольший опыт создания и эксплуатации ГТЛ накоплен в авиапии. На рис. 59 показана камера сгорания авиационного двигателя «Дарг» с центробежным компрессором и секционной камерой сгорания, что в последнее время встречается довольно редко.
Центробежный компрессор обусловил наклонное расположение всех шести камер этого блока. У этого лвигателя ли аэ б, температура воздуха перед камерой 540 К, газа за камерой 1200 К. Теплонапряженпость рабочего объема 1 МДж!(ма Х Х ч ° Па), потери полного давления в камере приблизительно равны 7 еуа.
Топливо в каждую калгеру бтока подается центробежной форсункой Д установленной в центре лопаточного завихрителя 2. В корпусе 4 расположена цилинлрическая жаровая труба 3. Для ее оклажлення используются ряды отверстий б, пропускающие струи воздуха на полки возпухопаправляющих колец б. Отдельные жаровые трубы соединены патрубками зля переброски пламени 8 Газы нз цилиндрических жаровых греб поступают в кольцевой газосборник 7. В настоянное время распространен ГТЛ с осевым компрессором и трубчато-кольцевой илн кольпевой камерой гэ о' ,2/ т "ь се о )бл../ /7 Ы /5 Ф:" Рнс.
60. Камера сгорания авиационного ГТД с осевым компрессором сгорания. Так, например, для двигателя ВВ-211 степень повышения давления равна 27, температура воздуха на входе в камеру составляет примерно 873 К, температура газов за калгерой приблизительно 1473 К. Наружная коническая обсчайка / камеры (рис. 60) и внутренняя 2 образуют диффузор перфорированного фронтового устрой. ства 3, который очень глубоко входит в общий днффузор камеры !/, почти достигая лопаток /2 спряыляющего аппарата осевого компрессора.
Смесительныс отверстия б и 8 соответственно в наружной обечайке 4 и внутренней 9 телескопической жаровой трубы имеют различные размеры н форму, обсспс. чивая достаточно равномерное поле температуры газов перед сопловыми лопатками турбины 7. Центробежные форсунки /О с воздушным распылнванием установлены в центре лопаточных завихрителей. Оригинально крепление обечаек жаровой трубы, обеспечивающее подвод охлаждающего воздуха. На определенном расстоянии до конца каждой обечайки имеется Г-образный фланец — бурт 5 с небольшими отверстиями, осн которых параллельны направлению движения воздуха К этому фланпу приварена последующая обечайка, перекрывающая предыдущу/о, нэ которой в зоне перекрып/я выполнены мелкие радиальные отверстия, также пропускающие воздух для внутреннего заградительного охлаждения.
Взаимодействие горизонтальных и вертикальных струй, втекающих в кольцевой объем, обеспечивает равномерное растекание воздуха и выход его сплошной кольцевой струей. Отечественный авиационный двигатель ЛИ.20 (рис. 61) имеет осевой компрессор /, кольцевую камеру сгорания 5 и газовую турбину В. Камера снабжена двумя воспламенительньп и устройствами 4, имеющими пусковую центробежную форсунку и электрическую свечу. Жаровая труба /! телескопического типа центрирустся и фиксируется в корпусе с помощью восьми пальцев, входящих во втулки 3, приваренные к коническим головкам. Внутренняя и наружная стенки кольпевой жаровой трубы соединены фронтовой обечайкой — обтекателем /2, имеющим десять конических головок с лопаточными завихрителями — стабилизаторами, в центре которых установлены рабочие двухступенчатые односопловые центробежные форсунки 2. При тепловом расширении хвостовая часть жаровой трубы скользит по направ.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
