Процессы в камерах сгорания ГТД Лефевр А. (1014188), страница 32
Текст из файла (страница 32)
4.31. Диаграмма для проектирования зоны разбавления кольцевой камеры сгорания с двусторонням подводом воздуха. при большей почти не уменьшается неравномерность поля температур, так как дополнительный расход воздуха на охлаждающую завесу стенок приводит к уменьшению располагаемого количества разбавляющего воздуха. Обобщение результатов экспериментов Наиболее важными параметрами, от которых зависит равномерность температурного поля газов в выходном сечении камеры, являются длина жаровой трубы и перепад давления на ее стенках. Первый определяет располагаемые для перемешивания время и длину, а второй — глубину проникновения струй разбавляющего воздуха и скорость их смешения с продуктами сгорания.
Из анализа экспериментальных данных для трубчатых, трубчато-кольцевых и кольцевых камер сгорания установлено, что "„'"', '=~( —;х —,'-), (4.45) где ЛРс — перепад давления на стенке жаровой трубы, 1,ь — ее полная длина, х)4 — диаметр илн высота жаровой трубы. Обобщение данных для трубчатых и кольцевых камер сгорания показано соответственно на рис. 4.32 и 4.33. Отметим, что в качестве обобщающего параметра используется отношение ь/12 жаровой трубы в целом, а не только участка разбавления. 11е 154 Глава 4 Для трубчатых и трубчато-кольцевь(х камер сгорания получена зависимость т„„— т, т., ЛР,х-! = 1 — ехр (Х вЂ” 0,0?Π— = 4 а 27, 4/ (4.46) а для кольцевых ЬР 4 1 — ехр ~ — 0,030 — г' =5)4 4 3 27 4) (4.47) Из сопоставления рис.
4.32 и 4.33 видно, что при любом заданном значении 1,с/0х неравномерность поля температур в 0,5 60,4 м мОд м ~~ 0,2 л . д! фо 20 ЗР 40 50 50 70 80 90 700 (Ь!Юь ОР IЧ Риц 4.32. Коэффициент максимальной неравномерности температуры газов в трубчато-кольцевых камерах сгорания. — формула (4.46). ф 0,4 н В-О,З Н 0,2 во! е- о 20 ЗО 50 50 70 80 90 700 (570)ь ОРь 74 40 первом случае меньше. Это объясняется меньшими значениями скорости воздуха в кольцевых каналах трубчато-кольцевых ка- Рис. 4.33.
Коэффициент максимальной неравномерности температуры газов в кольцевых камерах сгоранвя. — формула (4.47!. 165 аэродинамика камеры сгорания мер, что приводит к лучшему проникновению и перемешиванию струй воздуха. Более того, распределение давления в кольцевых каналах трубчато-кольцевых камер меньше зависит от изменений профиля скорости воздуха на входе в камеру.
Это результат влияния продольных зазоров между жаровыми трубами, которые автоматически обеспечивают радиальное выравнивание давления по всей длине камеры. В противоположность этому в кольцевой камере разность давлений между внутренним и наружным кольцевыми каналами определяется формой профиля полного давления потока перед воздухозаборником жаровой трубы. Формулы (4.46) и (4.47) можно представить в виде лр, Еь=0ь (А — ~(и - ) где Т =(Ткакс Та)/(Т4 Та), А=0,07 для трубчатых и 0,05 для кольцевых камер.
Формула (4.48) может быть полезной на стадии предварительного проектирования при оценке минимальной длины жаровой трубы, требующейся для получения заданной степени равномерности поля температур. Определение неравномерности поля температур в автономных стендовых испытаниях Достижение заданной степени равномерности поля температур обычно является трудоемким и дорогостоящим делом, поэтому стендовые испытания должны готовиться и проводиться очень тщательно с тем, чтобы получить подробные и надежные результаты при минимальных затратах.
Отметим следующие общие требования к испытаниям камер на стенде: 1. Стендовые испытания должны проводиться на предельных режимах по температуре воздуха и продуктов сгорания, а также по скорости потока в камере. 2. Если на камерном стенде нельзя получить максимального давления, то окончательную доводку поля температур следует проводить на двигателе.
3. Камерный испытательный стенд должен обеспечивать близкую имитацию профиля скорости воздуха на входе в камеру, а также крутку потока. 4. Должны быть устранены неконтролируемые утечки воздуха на выходе из камеры. 5. Следует строго контролировать расход воздуха через щели охлаждения. Это важно потому, что изменения технологии изготовления камер могут существенно повлиять на гидравлические характеристики щелей. 6. Испытания нужно проводить на нескольких экземплярах камеры для определения случайного разброса данных. Если это 164 Глава 4 невозможно, то камеру следует несколько раа перебрать и после каждой переборки провести испытания с определением поля температур. 7. Следует проверить рабо~у форсунок в отношении гидравлических параметров и распределения топлива по факелу распыливания.
МАТЕМАТИЧЕСКОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ Турбулентное течение газа с переменной плотностью, возникающее при взаимодействии потока продуктов сгорания, струй 1 2 3 4 Рис. 4.34. Линии тока в осевой плоскости зоны разбавления трубчато-кольцевой камеры 15Ц. Рис. 4.35. Поверхности тока в зоне разбавления и газосбориике трубчато- кольцевой камеры [511. 167 Аэродинамика камеры сгорания воздуха и пристеночной воздушной завесы, пока не удается точно описать с помощью современных методов моделирования; потребуется значительное усовершенствование этих методов, прежде чем их можно будет уверенно применять в задачах проектирования камер сгорания. Пока используются более простые модели, основанные на комбинации принципов динамики жидкости, йадежных экспериментальных данных и прямых математических процедур. В работе !51] была развита модель этого типа для расчета формы струй воздуха зоны разбавления от места их ввода до ~ррг7рг Гг ой 0,4 а о,г о о,г о,с о,о а,о т,о х~о, Рис.
4.36. Траектории струй 1О!!. выхода из камеры. Учитывалась реальная форма камеры, поток горячих газов представлялся трубками тока внутри зоны разбавления и газосборника, а для расчета траекторий струй использовались соотношения баланса массы и количества движения. Линии тока внутри зоны разбавления и газосборннка определены в предположении радиального равновесия потока в продольной (осевой) плоскости.
На рис. 4.34 показаны линии тока в жаровой трубе трубчато-кольцевой камеры в отсутствие струй разбавляющего воздуха. На рис. 4.35 показаны сечения поверхностей тока, получающихся в результате преобразования течения. Из сравнения рнс. 4.34 и 4.35 ясно виден сложный трехмерный характер течения.
Параметрами, которые следует задавать при расчете траекторий струй разбавляющего воздуха, являются величина начального количества движения струи (падение давления на жаровой трубе), угол ее ввода и температура потока. Модель трехмерной струи 151! аналогична разработанной в работе [52! для струп из круглого отверстия в поперечном спосящем потоке. Кроме того, модель учитывает изменения скорости бокового расширения струи при изменении угла между струей и сносящнм потоком, а также произвольные изменения скорости н этого угла.
168 Глава 4 Метод, по-видимому, применим к зонам разбавления различной конфигурации. На рис. 4.36 показано сравнение траекторий одиночной и двух встречных струй с одинаковым расходом массы и потоком количества движения при их подаче в трубу кругового сечения.
При отношении потоков количества движения, равном 3,6, одиночная струя проникает в поток дальше оси трубы, а встречные струи в этом случае не достигают оси и 1О,ЗЯ Рис. 4.37. Степень перекрытия потока струями в сечении б с пятью равномерно расположенными по окружности отверстиями в зоне разбавления [5Ц. Рис. 4.88. Степень перекрытия потока струями в сечении б с семью равно- [18) винэнввдсвд эпос в илвиюбэвьо изэонжЫяо оп инмннэжонопэвб сидел теоретически не должны распространяться глубже, чем на половину радиуса. На рис.
4.37 и 4.38 показаны положения осей струй, доля горячего газа, эжектируемого каждой струей, и приближенно часть площади в выходном сечении газосборника, занятой струями, для зон разбавления с пятью и семью отверстиями. В обоих случаях размеры отверстий, расстояние между ними и расположение (шахматное) были одинаковыми. Поскольку анализ не учитывал турбулентного перемешивания, то части площади поперечного сечения на рис. 4.37 и 4.38, не перекрытые струями, нельзя считать областями с температурой, равной температуре набегающего потока.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
