Процессы в камерах сгорания ГТД Лефевр А. (1014188), страница 29
Текст из файла (страница 29)
4.18, 4.22, 4.23 ясно, чтозавихрители с изогнутыми лопатками аэродинамически более эффективны. При заданном расходе воздуха эти завихрители создают циркуляционные течения большей интенсивности н протяженности при меньших потерях полного давления. Кроме того, для течений за завихрителями с изогнутыми лопатками характерны более высокие градиенты скорости и интенсивности турбулентности 139~. Сравнительно небольшая эффективность завихрителей с плоскими лопатками объясняется тем, что течение воздуха в них является отрывным в отличие от течения вдоль изогнутых лопаток, где поток поворачивается постепенно и не отрывается от поверхности с меньшим значением давления.
В последнем случае, кроме того, поворот потока происходит на больший угол, что приводит к усилению крутки и радиального течения на выходе из завихрителя, причем при меньших значениях потерь давления. Эти соображения о преимуществах завихрителей с изогнутыми лопатками кажутся весьма убедительными и решающими. Однако пониженное значение потерь не всегда является существенным преимуществом, поскольку требуемый расход воздуха через завихритель с плоскими лопатками можно получить, увеличив его размеры. Более того, полосчатая структура течения, обусловленная отрывами у каждой плоской лопатки завихрителя, благоприятно влияет на устойчивость процесса горения. В ряде приложений выявляется еще одно ценное качество завихрителя с плоскими лопатками, заключающееся в том, что профиль скорости у его выхода более равномерен, а его максимум менее смещен к наружным кромкам лопаток, чем для завихрителя с изогнутыми лопатками.
Вследствие этого обеспечивается большой расход воздуха в основную зону сажеобразования, которая, как правило, располагается непосредственно за форсуикой. Этими пргчинамн в конечном счете объясняется предпочтительное использование завихрителей с плоскими лопатками во многих камерах сгорания. Однако если завихрители используются совместно с пневматическими форсункамн, то их лопатки обязательно должны быть изогнутыми, так как следы за плоскими лопатками неблагоприятно влияют на качество распыливания топлива.
СТАБИЛИЗАЦИЯ ВСТРЕЧНЫМИ СТРУЯМИ Другим широко применяемым способом создания циркуляционного течения в первичной зоне камеры сгорания является 151 Азродинамииа камеры сгорания использование встречных струй. В трубчатых камерах сгорания жаровая труба обычно имеет один ряд отверстий, расположенный в конце первичной зоны. В кольцевых камерах чаще делают два ряда отверстий на противоположных стенках жаровой трубы. Размеры, число и расположение отверстий на противоположных стенках жаровой трубы обычно одинаковы, что обеспечивает встречную подачу струй (рис. 4.25).
При столкновении струй часть воздуха направляется вверх по потоку, в первичную зону, способствуя созданию большой циркуляционной зоны, что благоприятно влияет на воспламенение и пределы устойчивого горения. Другая часть воздуха из этих струй направляется вниз по потоку и участвует в процессе дальнейшего перемешпвания газов. ~ т~- Если фронтовая стенка жаровой трубы плоская, то отверстия для ввода вторичного воздуха лучше всего располагать Рис.
4.25. Циркуляииоииое течение и на расстоянии 0,5йс от нее первичной зоне камеры сгорания, обИх расположение в случаях разоиаииое течеиием из зааихрителя другпй формы фронтового уст- и струями, направленными навстречу ройства определяется из уело- друг другу. вия создания устойчивого цнркуляцнонного течения в первичной зоне типа показанного на рис. 4.25. Количество циркулирующего воздуха, эжектированного системой противоположно направленных струй в трубчатой камере, определено в работе [44].
Для восьми отверстий в стенке. жаровой трубы оно дается зависимостью на рис. 4.26, нз которой следует, что для типичных значений отношения диаметров с( /0х отношение массовых расходов близко к 50 о7о. В работе [45] также исследовалось течение в циркуляционной зоне трубчатой камеры сгорания. Результаты этих исследований представляются зависимостью [46] и„зlт, = 0,5 э(п 0Т„", (4.36) где 0 — угол ввода струй первичного воздуха, а Т, — отношение температур газа в первичной зоне и поступающего воздуха.
Из выражения (4.36) следует, что с увеличением этого отношения температур или уменьшением угла ввода происходит существенное уменьшение количества воздуха, принимающего участие в процессе горения в первичной зоне. Подобный же анализ при использовании дополнительных экспериментальных данных [47] в основном подтвердил Глава 4 обнаруженное в работе (44) влияние г(,/ьть на лз,,,/т,.
Кроме того, оказалось, что число отверстий первичных струй также влияет на отношение расходов. В трубчатых камерах оптимальное число отверстий для достижения максимума т,,,/т, составляет 6 — 8. В' настоящее время отсутствуют точные данные о соотношениях расходов воздуха в первичной зоне камер, в которых одновременно используется комбинация из завихрителя, сталкиваю- 0,0 Од 0,4 'и ,00 а 'а 02 00 0 0,2 0Д ОД 0Д 1,0 '~5 удь Рис. 4.26, Зависимость расхода воздуха в цирнуляционном течении от диаметра отверстий, и = 8, р,/р„, = 8,0 (44]. шихся струй первичного воздуха, пристеночной воздушной завесы и пневматической форсунки. Для предварительных оценок количества воздуха, участвующего в горении, можно использовать следующее выражение: лен з = лтл+ шее+ азы+ об(тпы+ ш).
(4.37) Здесь и„,, (тя, на рис. 4.26) — полный расход воздуха в первичную зону, т, — расход воздуха через завихритель, й,е — расход воздуха через форсунки, ты — расход воздуха через противонагарные щели, ты — расход воздуха в пристеночной завесе, идущего на охлаждение цилиндрического участка жаровой трубы до вторичных отверстий,т, — полный расход воздуха вторичных струй. СТАБИЛИЗА4ИЯ ПЛОХО ОБТЕКАЕМЫМ ТЕЛОМ Стабилизаторы пламени в виде плохо обтекаемых тел широко применяются в форсажных камерах и в прямоточных двигателях, но довольно редко — в основных камерах сгорания.
153 аэродинамика камеры сгорания Причина этого состоит в том, что в форсажных камерах единственной функцией стабилизатора является удержание пламени, тогда как в основных камерах кроме стабилизации пламени требуется создать область с высоким тепловыделением. Последнее требование совершенно невыполнимо при стабилизации плохо обтекаемыми телами, поскольку их аэродинамика не обеспечивает сколько-нибудь значительного внедрения воздуха в область следа и последующего перемешивания воздуха с топливом и продуктами горения по сравнению с завихрителями и сталкивающимися струями. Более того, степень внедрения воздуха в след за плохо обтекаемым телом сильно зависит от условий работы камеры сгорания. Более полно эти, а также другие свойства стабилизаторов пламени в виде плохо обтекаемых тел обсуждаются в гл. 6.
РАСПРЕДЕЛЕНИЕ ПОДАЧИ ВОЗДУХА ПО ЖАРОВОЙ ТРУБЕ Одним из важных вопросов проектирования камер сгорания является определение числа, размера, формы и расположения отверстий в жаровой трубе, обеспечивающих внутри ее такое распределение потоков воздуха, чтобы были хорошее зажигание, эффективное и устойчивое горение, требуемое охлаждение стенок и необходимый профиль температуры подаваемого в турбину газа. Если в стенке жаровой трубы имеется ряд из и отверстий эффективного диаметра 4, то полный расход массы воздуха т~ через эти отверстия равен т,. =(п(4)псар Ц. (4.38) Г1оскольку и, = (2 ЛР,!р,)", (4.39) то т =(и(4)п(Р(2р КР,)ал и 15,25ж~ пс(' = (Р, ар,~та))а ' Чтобы определить величину с(ь необходимо лишь задать максимальную глубину проникновения струй У„„„по формуле (4.27), поскольку другие величины либо легко вычисляются, либо известны.
Тогда число отверстий п следует из формулы (4.40) . Действительный (геометрический) диаметр отверстий определяется по формуле (,= Г,.~С',а, (4.41) Глава 4 454 где Са берется из графиков рис. 4.4 или 4.6 (см. также [10— 16) ). Формулы (4.27), (4.40) и (4,41) можно использовать для нахождения оптимальных числа и размера отверстий, через которые воздух поступает в поток за первичной зоной горения.
Формулы (4.40) и (4.41) применимы также к течению струй через вторичные отверстия, однако глубина их проникновения не может быть определена по формуле (4.27) из-за очень сложного характера течения в этой части жаровой трубы и особенно вследствие захвата значительной доли воздуха первичной циркуляционной зоной.
Величины Н~ для трубчатых камер сгорания можно определять из формул (4.40) и (4.41) при п =6 — 8. В случае кольцевых камер сгорания можно рекомендовать одинаковое расположение отверстий для подвода вторичного. воздуха на противоположных стенках жаровой трубы, а число отверстий каждого ряда выбирать равным удвоенному числу форсунок. Предпочтительно располагать половину отверстий на одной образующей с форсунками, а другую половину — посередине между ними. Для анализа процессов в камере жаровую трубу разделяют на три основные зоны: первичную, промежуточную и зону разбавления. Горение происходит главным образом в первичной зоне. В промежуточной зоне небольшое количество воздуха подается в поток горячих газов, вытекающих из первичной зоны, что уменьшает их температуру и этим способствует рекомбинации диссоциированных продуктов реакции.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
