Процессы в камерах сгорания ГТД Лефевр А. (1014188), страница 18
Текст из файла (страница 18)
Еще одним важным фактором, влияющим на температуру пламени, является концентрация кислорода в смеси. Углеводородные топлива дают более высокую температуру пламени, когда горят в чистом кислороде (по сравнению со 2400 р', и сгоранием в воздухе). Чем выше концентрация кислорода, тем выше максимальная темас,2ООО пература пламени. В то же время испытания ~ иоо камер сгорания газотурбинных двигателей нередко проводят с использованием воздуха,балФ[400 ластированного продуктами сгорания (требуемый высокий Втзао $ уровень температуры воздуха [000 на входе в камеру обеспечивается посредством предвари- 800 тельного сжигания в нем некоторого количества топлива), что приводит к аномально выРис.
2.2о. Влияние балластирования соким концентрациям в нем воздуха на температуру пламени сте. хиометрической смеси [471. НвО и СОа и к пониженной кон- центрации Оа. Другим примером являются форсажные камеры, горение в которых всегда происходит с использованием воздуха, балластированного продуктами сгорания в основной камере двигателя.
В обоих случаях количество топлива, которое могло бы быть сожжено в расчете на единицу массы смеси, уменьшается из-за меньшего содержания кислорода в этой смеси. Дополнительный эффект, также понижающий температуру пламени, связан с увеличением теплоемкости продуктов сгорания вследствие более высокого содержания в них СОв и НаО. На рис. 2.25 показано влияние балластирования воздуха на температуру пламени стехиометрической смеси при начальной температуре 900 К и давлении 1 атм. Если в испытаниях необходимо получить реальную температуру пламени, то должно быть воспроизведено и действительное содержание кислорода.
Углеводородные топлива и их молекулярная структура. На температуру пламени влияют молекулярная структура топлива и отношение углерода к водороду в нем, так как при этом меняются низшая теплотворная способность топлива и удельная теплоемкость продуктов сгорания. В принципе при прочих рав- 91 Элементы теории горения ных условиях чем больше содержание в топливе водорода, тем ниже температура пламени. Величины адиабатического подогрева в пламени для топлив )Рб,,)Р4 и дизельного топлива ПР-2 приведены на рис. 2.20 — 2.22. Графики даны для двух уровней 1,7 7,6 1,5 3. ~,4 м 1,3 1,2 Рис.
2.26. Удельная теплоемкость при постоянном давлении для продуктов сго- рания смеси (СН2)» с воздухом. давления, 100 кПа (1 атм) и 2 МПа (20 атм), и для началь- ных температур от 300 до 1000 К. Значения удельной теплоем- кости продуктов сгорания (СН2),-воздушных смесей приведены на рис.
2.26 в зависимости от температуры. ОБОЗНАЧЕНИЯ А1— В— С— С,„— С,— С— С— 0— 022 010 020 020— Г(0— Е— ао воо воо 1ооо иаа моо маа звоо гаао ггао гвоа т,к площадь поверхности пламени; параметр массообмена; концентрация; фактор соударений; 020/0221 0~о/022' 020/032, удельная теплоемкость при постоянном давлении; диаметр капли топлива; средний заутеровский диаметр; средний диаметр; средний по плошади поверхности диаметр; средний по объему диаметр; диаметр сопла; энергия активации; Глава 2 à — доля паров в общем количестве топлива; ЛН, — низшая теплота сгорания; Й вЂ” коэффицент теплопроводности; йà — константа скорости прямой реакции; Й, — константа скорости обратной реакции; 1, — интегральный масштаб турбулентности; Ат — нижний предел воспламеняемостн, процентное содержанке топлива в смеси по объему; гп — массовый расход; и — показатель степени прн концентрации топлива; и — порядок реакции; Р— давление; р — парциальное давление; Й вЂ” газовая постоянная; К ел — и'О/тл, Кеол — и'Оаг/тл ', Гà — скорость прямой реакции; г, — скорость обратной реакции; 8 — скорость распространения пламени; 8ь — скорость нормального распространения пламени; Бà — скорость распространения турбулентного пламени; Т вЂ” температура; Т, — температура испарения (кипения); Тà — температура пламени; Тà — температура воспламенения; Т вЂ” температура смеси; Т, — начальная температура; à — время реакции; Г, — время испарения; Г~ — задержка воспламенения; У вЂ” скорость; и' — среднеквадратнческое значение пульсационной скорости; в' — объем зоны горения; $', — объемная скорость газа; и — показатель степени в зависимости й от давления; х — концентрация реагента, расстояние от сопла вниз по потоку; х„ — концентрация топлива; х, — концентрация кислорода; а = л/с,р — коэффициент температуропроводности; б — толщина зоны реакция; бъ — толщина ламинарного пламени; е — коэффициент диссипацин турбулентной энергии; П вЂ” колмогоровский масштаб турбулентности; Ч, — коэффицент полноты сгорания топлива; я — отношение топливо/воздух; 93 Элементы теории горения ч — коэффициент кинематической вязкости; р — плотность; ~р — коэффициент избытка топлива (эквивалентное отношение); Й вЂ” доля топлива, поступающего в зону горения в виде пара.
Индексы у — газ; А — воздух; Р— топливо; 0 — начальное значение. Диффузоры ВВЕДЕНИЕ Повышение давления воздуха в ступени осевого компрессора сильно зависит от величины осевой составляющей скорости потока. Для получения расчетной степени повышения давления воздуха при наименьшем числе ступеней компрессора необходимо, чтобы эта скорость была велика.
Во многих авиационных двигателях скорость воздуха на выходе из компрессора может достигать 150 м/с, а иногда и большей величины. Сжигание топлива в потоке воздуха с такой скоростью нецелесообразно не только ввиду больших трудностей в осуществлении процесса горения, но и вследствие чрезмерно больших потерь полного давления. При скорости 150 м/с и повышении температуры газа в камере сгорания в 2,5 раза потери полного давления вследствие горения составили бы — 20 % прироста давления, полученного в компрессоре.
Таким образом, до начала процесса горения величину скорости потока воздуха существенно (обычно примерно в 5 раз) уменьшают, для чего между компрессором и жаровой трубой камеры сгорания устанавливают диффузор. Диффузор представляет собой расширяющийся канал, в котором происходит торможение потока, а уменьшение скоростного напора сопровождается повышением статического давления. Эффективность этого процесса преобразования энергии имеет большое значение, так как любые потери в диффузоре приводят к уменьшению полного давления. Потери в диффузорах обусловлены трением газа о стенки и отрывом пограничного слоя (образованием застойной зоны). В длинных диффузорах с малым углом раскрытия потери давления вследствие трения газа о стенки велики (рис. 3.1).
Такие диффузоры не применяются ввиду их большой длины (в авиационных двигателях, где длина имеет первостепенное значение, важно, чтобы расширение потока происходило на возможно меньшем расстоянии). С увеличением угла раскрытия диффузора его длина и потери на трение уменьшаются, но зато становятся существенными потери, связанные с отрывом потока. Ясно, что при любой заданной степени расширения проходного сечения диффузора существует оптимальное значение угла раскрытия, при котором общие потери давления минимальны. Значение этого угла обычно находится в интервале от 7 до 12'.
Днффуаоры В авиационных двигателях для уменьшения длины диффузора желательно увеличивать угол его раскрытия до наибольшей допустимой величины. Таким образом, оптимальная конструкция диффузора выбирается в результате компромисса между длиной и потерямн давления. С точки зрения конструктора идеальным является такой диффузор, в котором требуемое уменьшение скорости потока достигается на самой малой длине при минимальных потерях полного давления'и равномерном и устойчивом течении на выходе из диффузора.
В настоящее время имеется достаточное количество экспериментальных данных для проектированиятакого диффузора, однако профйль скорости на его входе должен быть симметричен и не слишком неравномерен.' К сожалению, в большинстве авиационных двигателей профиль скорости на выходе из компрессора является неравномер- в н осел рпскрмлия рнс. ЗЛ. Влияние угла раскрытия днффуаора на потери давления.
I — потери иа трение; 2 †поте иа отрыв; 3 в полные потери. ным и несимметричным и, кроме того, заметно изменяется в зависимости от высоты н скорости полета. В этих условиях нельзя обеспечить стационар- устройств возникают различные недостатки в аэродинамике каность течения, вследствие чего в отсутствие специальных меры сгорания и, что особенно важно, неравномерность и нестабильность распределения температуры газа в выходном сечении камеры. Поэтому должно быть обеспечено однородное н устойчивое течение на входе в диффузор. В литературе есть много данных о характеристиках кониче'ских, плоских и кольцевых днффузоров, но следует проявлять большую осторожность при интерпретации этих данных.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
