Процессы в камерах сгорания ГТД Лефевр А. (1014188), страница 27
Текст из файла (страница 27)
Линии постоянных скоро. отей одиночной и двух встречных довательных близко Располострун 1281. женных струй обнаружено, что и — д струи. у=м, хыу=м, и=щй; струя, находящаяся в тенипер- б — одна струя, аааимадейстаующая с про. вой, почти не отклоняется, пока тиаопоаожнай стенкой. не достигнет границы первой струи, после чего обе струи сливаются. Глубины распространения такой объединенной струи немного больше, чем для одной струи, вытекающей из отверстия с площадью, равной сумме плошадей двух отверстий.
139 Авродикамика камеры сгорания ных веществ. В промежуточной зоне интенсивное перемешивание струй воздуха с поступающими из первичной зоны горячими газами ускоряет окисление сажи и преобразование диссоциированных продуктов в конечные. Наконец, получение удовлетворительных профилей температуры в выходном сечении камеры также зависит от того, насколько тщательно перемешаны воздух и продукты сгорания в зоне разбавления. 1,0 а.в .
а,т 0,6 0,5 0,4 ыаз 02 0,1 '2 л 4 5570910 15 20 50 4050 5/ф Рис. 4.12. Влияние длины перемешиваиия струи 5011 и ее угла ввода О иа параметр перемешанности ЬТ~Та 120). В общем случае на процесс перемешивания между струями и горячими газами в жаровой трубе влияют следующие факторы: 1) форма отверстия, из которого вытекает струя; 2) угол ввода струи; 3) отношение скоростей 7/1/У„; 4) отношение плотностей р;/р„; 5) протяженность струи 5/511; 6) характеристики турбулентности струи; 7) наличие других струй, как соседних, так и встречных; 8) близость стенок; 9) профиль скорости струи на выходе из отверстия и в потоке горячих газов. Не все указанные факторы одинаково важны.
На практике основными являются отношения скоростей и плотностей, угол ввода струи и длина перемешнвания струи. Эти факторы определяют скорость процесса перемешивания. Одиночные струи. Характеристики перемешивания одиночных струй с потоком изучались в ряде экспериментальных работ. Среди них работа [201 имеет наибольшее отношение к камерам сгорания газотурбинных двигателей. В ней исследовано влияние скоростей газа и струи, температуры газа, диаметра и угла ввода струи.
Степень перемешанности оценивалась 260 Глава 4 величиной параметра ЬТ(ЬТ0 = (҄— ТЬ м„„Я҄— Т,), (4.28) где Т, — температура газа основного потока, Т; — начальная температура струи, Ть „„„— местное значение температуры на оси струи. В экспериментах были получены значения этого параметра при истечении струй из отверстий различного диаметра, направленных под различными углами по отношению к основному потоку. Оказалось, что наиболее подходящей характерной длиной для обобщения данных по (дТ(КТ0 является длина струи вдоль ее оси 5. На рис.
4.12 приведены зависимости КТ7КТ0 от 5/гз; для углов подачи струй, равных 51 220 50 40 0 0,5 10 йб 2,0 2,5 т' /т Рис. 4ДЗ. Влияние расположения отверстий и расхода разбавляюпзего воздуха на среднеквадратияеское отклонение температуры от (22]. е в а/Рг.=1,0, 0=90'. Π— 8 отвеРстий н 3.2 см; х — 6 отвеРстии з 3.2 смг сх — 6 отвеРстий РВВ 1 Э 3,2 см; Π— 6 отверстий д 2,3 см; ° — 6 отверстия Э 1,9 см. и 90'. Показана также зависимость степени перемешанности в случае осесимметричной струи воздуха (из работы 129] ).
Очевидно, что с ростом угла подачи от 0 до 90 ' скорость перемешивания сильно увеличивается. Ряды струй. В работе [221 исследовалось перемешивание струй воздуха с потоком горячих газов в широком диапазоне изменения определяющих параметров — температуры и скорости потоков горячего и холодного газа, диаметра отверстий, угла ввода струй и длины смесителя.
Типичный пример полученных результатов показанна рис.4.!3 для трубыдиаметра 1? см. Изменения температуры проводились в плоскости, отстоящей на 17 см от сечения ввода струй. Видно, что во всех случаях расположения отверстий увеличение расхода в струях сначала повышает степень перемешивания, а затем снижает равномерность распределения температуры. Из этого рисунка также видно, что для достижения более равномерного распределения дяродкнамнка камеры сгорания температуры следует увеличивать число отверстий, что, по-видимому, объясняется увеличением количества областей, в которых происходит процесс перемешивания.
Результаты проведенных в ХАЗА исследований перемешивания в прямоугольной трубе при изменении расстояния между отверстиями и отношения потоков количества движения изложены в работах )23, 251. Измеренные профили температур на различных расстояниях от отверстий представлены в этих работах параметром (Т, — Т;)/(Т, — Т1), где Т; — местное значение температуры. Этот параметр по существу совпадает с параметром, определяемым формулой (4.28). Общий вывод исследований состоял в том, что основное влияние на перемешивание оказывают те же самые гидродинамические и геометрические параметры, которые определяют глубину проникновения струй.
Самым важным параметром, влияющим на перемешивание, оказалось отношение потоков количества движения струй и основного течения. С увеличением этого отношения и расстояния от плоскости ввода струй эффективность перемешивания повышается. Эти же выводы были независимо получены авторами работ [20, 221 для труб кругового сечения.
Одним нз недостатков вышеупомянутых работ МАВА является односторонняя подача струй в канал. Двусторонняя подача изучалась в работе 1301, где отверстия в противоположных стенках располагались как по одной оси, так и со смещением, что позволяло создавать течения с соударением или перемежающимся проникновением струй. Испытывались отверстия различной формы, в том числе простые отверстчя в стенке, а также с наружными козырьками и с внутренней отбортовкой.
Результаты экспериментов показали, что для отверстий прямоугольной формы с козырьками и без них перемешивание улучшается с увеличением отверстий и расстояния между ними. Различие полей температур газа в выходном сечении камеры для встречных и смещенных струй наиболее заметно в случае отверстий с внутренней отбортовкой. Взаимосвязанными оказались влияния на перемешивание шага между отверстиями и отношения скоростей воздуха в струях и газа в горячем потоке. При величине шага отверстий, равном высоте лопатки турбины, наблюдается большое изменение радиального профиля температуры газа с образованием горячего или же холодного центрального ядра в зависимости от величины отношения скоростей. Если же величина шага равна половине высоты лопатки турбины, то образуется горячее центральное ядро при любых величинах этого отношения.
Полученные в МАЬА и Кренфильде результаты и эмпирические зависимости для полей температур нельзя безоговорочно использовать при анализе процессов в зоне разбавления реальных камер сгорания ввиду значительного влияния на поля тем- 142 Глава 4 ператур воздуха, охлаждающего стенки жаровой трубы, неравномерности распределения температур в потоке горячего газа, поступающего в зону разбавления, и ускорения потока в этой зове 126]. Тем не менее эти результаты полезны при проектировании жаровых труб. В работе 131] развита полуэмпирическая модель формирования поля температур газа на выходе кольцевых камер сгорания.
В этой модели сделана попытка учета всех аспектов процесса подвода воздуха. Эмпирические зависимости, описывающие процессы в зоне разбавления, используются совместно с расчетной процедурой, учитывающей вклад пристеночной воздушной завесы. Дополнительно учтено влияние профиля температур газов, поступающих из первичной зоны в зону разбавления, на поле температур газа в выходном сечении камеры сгорания. Исходный (на выходе из первичной зоны) профиль температуры определяется методом дедукции по результатам экспериментального определения поля температур газа в выходном сечении камеры. Затем этот профиль использовался для анализа изменений поля температур на выходе в зависимости от распределения смесительного и охлаждающего воздуха, формы зоны разбавления и режима работы камеры сгорания.
Более полное описание модели и вычислительных процедур приведено в работе [31], где демонстрируется также хорошее согласие результатов экспериментов и моделирования. АЭРОДИНАМИКА ЗАВИХРИТЕЛЕЙ Основным требованием к камерам сгорания всех газотурбинных двигателей является стабилизация пламени в,широком диапазоне режимов работы двигателя. Выполнение этого требования представляет особые трудности для камер авиационных двигателей, работающих в тяжелых условиях пониженных давлений и температур окружающей среды, а иногда и при наличии влаги и льда в забираемом воздухе. На устойчивость горения определяющее влияние оказывает структура течения в первичной зоне камеры.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
