Процессы в камерах сгорания ГТД Лефевр А. (1014188), страница 25
Текст из файла (страница 25)
КРтеи те Т4(Та 1 (4. 10) Анализ результатов измерений позволяет представить это выражение в виде ЬР„„(ц = К, (Т,(Т, — Кв). (4. 11) Значения величин К5 и Кт можно найти в работах (2 — 51. При нс очень больших степенях подогрева газа величина ЬР„,Р обычно составляет О,б — 1,0 еуо Ра. (тт Аэродинамика камеры сгорания потерь давления и нагрузки процесса горения (степени форсированности), о чем будет идти речь в гл. 5. Однако для большинства камер сгорания промышленных установок и некоторых авиационных двигателей площадь поперечного сечения, необходимая для получения высокой полноты сгорания топлива, оказывается настолько малой, что потери давления становятся непомерно большими.
Вследствие этого величина А полностью определяется общими потерями давления в соответствии с формулой (4.1): ( 3 3 ) 3 — 4( 34) (4.12) Площадь поперечного сечения жаровой трубы На первый взгляд кажется, что максимальное увеличение площади поперечного сечения жаровой трубы является благоприятным, поскольку приводит к уменьшению скорости и уве.личению времени пребывания газа в жаровой трубе, что улучшает воспламенение, повышает устойчивость пламени и полноту сгорания топлива. К сожалению, при фиксированном значении площади сечения корпуса камеры увеличение поперечного размера жаровой трубы может быть достигнуто лишь за счет уменьшения площади кольцевых каналов.
При этом скорость в кольцевых каналах растет, а статическое давление уменьшается, что приводит к уменьшению перепада статического давления на стенке жаровой трубы. Это нежелательно, поскольку для хорошего перемешивания необходимо обеспечить достаточно глубокое проникновение струй воздуха внутрь жаровой трубы и высокую интенсивность турбулентности. Удовлетворительным критерием смешения может служить отношение перепада статического давления на стенке жаровой трубы /эРь к динамическому давлению потока в зоне горения да а Если через й обозначить отношение площадей поперечных сечений жаровой трубы и камеры, то оптимальное значение (с соответствует наибольшему значению величины /)Рь/дк э. В работе (6) получено следующее выражение для (эРс/дэ и ЬР, з — '=1+ — ' — Х 2 дп. э Гп.
э гкр дР3 4 (1 мгс) + Л (г (1 ~) 11 ~ (4 16) Х (1 — ь)2 Это выражение можно использовать для оценки величины ЬР,/д„, „зная А и соответствующие значения величин Т,, Т„„ ЬРэ-с/д, тэ, т.„Л и г, которые известны по предварительным опенкам. Оптимальное значение гс находится из графика зависимости (эРс/д„, от й (рис. 4.1). Как видим, увеличение коэф- 128 Глава 4 фициента потерь оказывает благоприятное влияние на 75Рь/д„,. Выбор правильного значения й существенно связан с потерями давления. Поперечный размер жаровой трубы следует увеличивать с ростом коэффициента потерь давления таким образом, 70 60 50 =40 За га 10 а а, ад а,а ау а,а аа К Рис. 4.1. Влияние обп4ик потерь Давления в камере сгорания на оптимальный размер жаровой трубы.
п40 —— ОЛ2, п4 =0,20, г 0,0. А=О,З, Тп и — — 2400 К. чтобы обеспечить наибольшее улучшение характеристик перемешивания. Вместо использования графика на рис. 4.1 удобнее вычислять оптимальное значение йппт по формуле (4.14) получаемой путем дифференцирования зависимости (4.13). Следовательно, (4.15) Соотношения (4.12) — (4.15) применимы для трубчатых, трубчато-кольцевых и кольцевых камер сгорания. ТЕЧЕНИЕ В КОЛЬЦЕВОМ КАНАЛЕ Условия течения в кольцевом канале оказывают существенное влияние на поле течения внутри жаровой трубы, а также на температуру ее стенки.
Среднее значение скорости в кольце- шэ Ларадннамнна намерм ссарання вом канале связано с величинами характерной скорости в камере и отношения площадей сечений жаровой трубы и корпуса. На практике, кроме этого, на величину скорости влияют изменения профиля скорости на входе в камеру и характеристики нстечения "воздуха в жаровую трубу через ряды отверстий и щелей охлаждения. Хотя высокие значения скорости в кольцевом канале способствуют усилению конвективного охлаждения стенок жаровой трубы, более предпочтительно уменьшение этой скорости по следующим причинам: 1) при малых изменениях скорости и статического давления в кольцевом канале через отверстия жаровой трубы, находящиеся в одном ряду, проходит одинаковое количество воздуха; 2) коэффициенты расхода отверстий имеют более высокие значения; 3) углы втекания струй воздуха увеличиваются; 4) потери давления на трение уменьшаются; 5) потери давления прн внезапном расширении потоков за отверстиями и щелями охлаждения в жаровой трубе уменьшаются.
Для большинства камер сгорания наиболее критичными являются участки кольцевого канала в головной части жаровой трубы и вблизи отверстий подвода разбавляющего воздуха. Воздушный поток из диффузора нередко имеет в головной части жаровой трубы толстый пограничный слой, что не позволяет использовать щели охлаждения, работающие на перепаде статических давлений. Трудности возникают и в случае использования воздушных щелей полного напора вследствие отрыва потока, часто возникающего в месте стыка диффузора с кольцевым трактом. Профиль скорости потока в кольцевом канале постепенно выравнивается по мере истечения воздуха через отверстия в стенках жаровой трубы, но если воздух в кольцевом канале может проходить без сопротивления в полость за отверстиями зоны разбавления, то могут возникнуть возмущения потока, которые вызовут его циркуляцию с перемежающимся и случайным режимами течения.
Особенно склонны к этому явлению трубчато-кольцевые камеры сгорания. При этом в наиболее неблагоприятных случаях воздух в отверстия жаровой трубы поступает с различных направлений. Это не только нарушает нормальную структуру потока в полости жаровой трубы, но и приводит к нерегулярному ее изменению во времени. Одним из методов решения этой проблемы является установка препятствий за отверстиями, выполняемых в виде перегородки между внутренним и наружным корпусами камеры.
В перегородке имеются большие отверстия, через которые 9 зак. 7и Глава 4 2ЗО проходят жаровые трубы и протекает часть воздуха для охлаждения горячих выходных секций камеры. Устройства такого типа эффективно предотвращают возникновение случайных циркуляцпонных течений в кольцевом канале. На жаровых трубах кольцевых камер препятствие часто выполняется в виде непрерывного выступа, расположенного непосредственно за отверстиями для подвода разбавляющего воздуха. Степень загромождения кольцевого канала выступом Рнс. 4.2, Управление течением воздуха через отверстая зоны разбавления. 1 — разделнтельнан пластнна: 2 †отверст дла ввода разбавлаюгдего воздуха; 3 †выст. обычно составляет около 2/3.
Другим способом воздействия на поток в этой части кольцевого канала является коническое расширение жаровой трубы, что уменьшает чрезмерное торможение потока вблизи отверстий. Если шаг между отверстиями для подвода разбавляющего воздуха больше высоты кольцевого канала, то при входе воздуха в отверстие возможно образование вихря, изменяющего глубину проникновения струи и скорость перемешивания. Интенсивность вихря зависит от отношения площади отверстий к площади кольцевого канала в плоскости отверстий.
При малом значении этого отношения вихри не образуются, что является еще одним аргументом в пользу проектирования жаровых труб, обеспечивающих достаточно большой перепад давления. Средством устранения этих вихрей, которые могут возникать как в трубчатых, так и в кольцевых камерах сгорания, является постановка продольных разделительных пластин в каждом отверстии.
Такие пластины, укрепленные либо на жаровой трубе, либо на наружном корпусе, особенно эффективны в сочетании с перегородкой или выступом (рис. 4.2). Аэродинамика камеры сгорании ТЕЧЕНИЕ ЧЕРЕЗ ОТВЕРСТИЯ В ЖАРОВОЙ ТРУБЕ Течение воздуха через отверстие зависит не только от размера отверстия и перепада давления, но также от формы канала и усЛовий течения в окрестности отверстия, которые могут сильно влиять на величину эффективного проходного сечения. Коэффициент расхода Уравнение, определяющее истечение через отверстие, имеет вид т, =СоА,, „„[2р,(Р, — ру)]в", (4.16) где Р1 — полное давление перед отверстием, Р, — статическое давление за отверстием. ао Рис. 4.3.
Схема течения воздуха через отверстие в жаровой трубе. 1 — корпус; 2 — жаровая труба. Для большинства отверстий в стенках жаровой трубы направление потока в канале параллельно плоскости отверстий (рис, 4.3). Поэтому выражение (4.1б) можно представить в виде А о и Р о и Р 1 а — =С (1+ — '")" (4.18) или а(А =С,Коб (4.19) где е" = пто7птоп Ат = Ао. тоок(Аап 7С. = 1 + ааРь(т1оп.
Замечено, что в окрестности отверстий происходит некоторое. 1'скривление линий тока, зависящее от размеров канала, скорости набегающего потока и перепада давления на жаровой трубе [7]. Таким образом, на величину коэффициента расхода отверстия оказывают влияние следующие факторы: (зг Глава 4 1) тип отверстия (например, плоское или отбортованное); 2) форма отверстия (например, круглое или прямоугольное); 3) отношение шага отверстий к высоте кольцевого канала; 4) перепад давления на жаровой трубе; а,в 0,7 0,6 „аь од 0,2 о,( о 2 3 )4 6 В Ю га 302(06080 К Рис. 4.4.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
