Процессы в камерах сгорания ГТД Лефевр А. (1014188), страница 31
Текст из файла (страница 31)
К сожалению, более фундаментальные исследования смешения струй обычно не дают таких результатов, которые можно легко выразить в виде параметров, применяемых в практике проектирования камер сгорания. Тем не менее такие исследования полезны для опреде.
ления тенденций влияния конструктивных и режимных параметров. Температура элементарного объема газа у выхода из камеры зависит от всей истории его движения, начиная с выхода из компрессора. При прохождении камеры сгорания температура и состав газа быстро меняются под влиянием процессов горения, теплообмена и перемешивания, причем все они изучены недостаточно хорошо.
Например, на завершающий процесс перемешивания газов сложным образом влияют размеры и форма жаровой трубы и перепад давления на ее стенках, размеры, форма и коэффициенты расхода отверстий, распределение воздуха по различным зонам камеры и распределение температуры газа, поступающего в зону разбавления. В свою очередь для каждой конкретной камеры сгорания это распределение температур сильно зависит от характеристик распыливания топлива — размеров капель, угла топливного факела и дальнобойности, так как эти параметры определяют протекание реакций горения и, следовательно, процесс формирования поля температуры вытекающего из первичной зоны газа. Известно, что характеристики распыливания в значительной мере определяются величиной давления подачи топлива, особенно в случаях односопловых и двухсопловых форсунок.
Таким образом, можно ожидать, Аародикамика камеры сгорания 159 что поля температур также будут изменяться при изменении давления подачи топлива, хотя для каждой камеры сгорания степень этого изменения различна и зависит, в частности, от конструкции камеры и особенно от ее длины. Ввиду этого весьма желательно осуществлять доводку камеры по температурным полям при максимальных давлениях, поскольку этот режим работы двигателя соответствует максимальным тепловым потокам к лопаткам соплового аппарата и рабочим лопаткам.
Другой трудностью получения требуемой степени равномерности поля температуры является ненадежность экспериментальных данных. Вследствие ограничения времени и затрат на проведение испытаний построение полей температуры выполняют по измерениям в небольшом числе точек, а даже небольшое изменение положения зонда может привести к пропуску горячей локальной зоны в поле температуры на выходе камеры.
Поэтому для определения типичного поля температур весьма желательно исследовать три или четыре экземпляра камеры ввиду присущих им индивидуальных различий, К наиболее важным температурным параметрам относятся те, которые влияют на мощность двигателя и ресурс его горячих узлов. Одним из таких параметров является температура газа перед турбиной Т,, определяемая как среднемассовое значение температуры в выходном сечении данной камеры сгорания. Поскольку лопатки соплового аппарата турбины неподвижны относительно камеры, они должны выдерживать максимальное значение температуры, имею1цееся в поле. Следовательно, наибольшее отношение к проектированию лопаток соплового аппарата имеет такой параметр неравномерности температуры, который характеризует это максимальное значение. Обычно этот температурный параметр Т, называемый коэффициентом максимальной неравномерности температурного поля, определяется следующим образом: Т = (7иакс Ть)г(74 73), (4.42) где Т„,„, — максимальное измеренное значение температуры, Т,— среднее значение температуры воздуха на входе в камеру, Тс — среднее значение температуры газа на ее выходе.
Для лопаток турбины наиболее важна осредненная радиальная эпюра температур, которая получается из суммы измеренных значений температуры на данном радиусе жаровой трубы, деленной на число точек измерений по окружности (т. е. как среднее арифметическое значение). Типичная радиальная эпюра температур показана на рис.
4.27. Величиной, характеризующей неравномерность радиального распределения температуры, является так называемый коэффициент эпюрной неравномерности Т,: Т» (Тмг 74)(Тс 73) (4.43) 160 Глава 4 где Т,— максимальное значение температуры, осредненной по окружности. Определенные выше коэффициенты неравномерности наиболее удобны в случае, когда равномерный профиль считается идеальным. Однако в современных двигателях с высокими рабочими параметрами, в которых широко используется воздух для юо ЗЭ т„ Темпертлс ра Рис. 4.27. Эпюры температур по высоте лопатки Г.„. — — действительная эпюра; — расчетная эпюра.
охлаждения лопаток соплового аппарата и рабочего колеса турбины, желательно иметь эпюру температур с максимумом вблизи середины высоты лопатки, как показано на рис. 4.27. Коэффициентом неравномерности, учитывающим такую эпюру, является величина эпюрной неравномерности Т;. Тт (Т4, т Т4, И)манат(Т4 — Тэ), (4.44) где (Т,, — Т4 п)мане — величина максимальной разности осредненных по окружности действительной и желаемой температур, взятых при одинаковых значениях радиуса. Для описания распределений температуры на выходе камеры сгорания иногда используются статистические методы. Они предназначаются в основном для анализа факторов, влияющих на распределение температур в данной камере при ее доводке, и для выявления причин различий измеренных распределений в камерах номинально одинаковой конструкции [48 — 50].
Проектирование участка разбавления Количество воздуха, требуемого для разбавления, может быть найдено из диаграмм типа рис. 4.28, а также оценок диаметра жаровой трубы и ее коэффициента потерь давления. При проектировании участка разбавления главными параметрами яв- 161 Аародннамниа камеры сгорания ляются число и размер отверстий и длина зоны разбавления. Для получения удовлетворительного поля температуры газа на выходе из камеры проникновение струй воздуха и их число необходимо выбрать таким образом, чтобы создавались достаточ- ЗО :а ба 'в 60 400 500 600 700 800 ООО т„-т,, к Рис. 4.28.
Влияние повышения температуры газа в камере сгорания иа располагаемое количество воздуха для охлаждения и разбавления, Т, = 1800 К (1). но локализованные области перемешивания газа. Глубина проникновения струи из круглого отверстия зависит от его диаметра [см. (4.27)). Если число отверстий слишком велико, то проникновение струй будет слабым и горячее ядро потока пройдет через зону разбавления не затронутым. В другом предельном случае малого числа больших отверстий образуется холодное ядро (из-за чрезмерного проникновения струй), и перемешивание оказывается неудовлетворительным.
Таким образом, определение оптимального числа и размера отверстий является первым шагом в процессе проектирования участка разбавления. В исследовании аэродинамики трубчатых камер сгорания ))) установлено, что при любом данном отношении расходов разбавляюшего воздуха и газов т;/т„наиболее равномерное поле температуры газа соответствует некоторому значению Рс/пг(п Связь между тг/т„и О,/пггг показана на рис. 4.29 для 11 Зак.
7б! 162 Глава 4 нескольких значений Т,/Тз. Так как диаметр жаровой трубы Ос известен, то легко определяется величина пг(ь Зная величину нг(7з, из формулы (4.40) можно найти п и 077. Действительный геометрический диаметр отверстий для разбавляюпгего воздуха определяется затем из формулы (4.41). ДО ;10 ~- 1,0 0,0 од 05 а,. О,. ' 0,1 ат О,з О,, Оь ОО 1,0 2,0 зд,о пг.
2га Рис. 4.29, Диаграмма для проектирования зоны разбавления трубчатой камеры сгорания. 70 аз ь и 4 су пг 2 0,7 0,2 04 О,б ОЯ 1,0 2,0 ЗД 4,0 Из /та Рис. 4.30. Диаграмма для проектирования зоны разбавления кальпевой камеры сгорания с односторонним подводом воздуха. Оптимальные число и размер отверстий на участке разбавления кольцевой камеры сгорания можно установить аналогичным способом, используя зависимости для зон разбавления с односторонним (рис. 4.30) и двусторонним (рис.
4.31) подводом воздуха (22). Здесь использован параметр (20ь+ 01)з/Ы70ы где Оь — высота жаровой трубы, а О; ее внутренний диаметр. По- скольку Ри и Р; известны, указанные графические зависимости 163 Аэродинамика камеры сгорания также дают величину Ыь и по формулам (4.40) и (4.41) определяются оптимальные число и размер отверстий. Длина зоны разбавления обычно составляет -1,5Вь. При меньшей длине перемешивание оказывается недостаточным, а 6,0 5,0 4,0 Ее 40 00 0,2 О,З 0,4 0,6 0,6 10 2,0 Л,О 4,0 )л, /и Рис.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
