Процессы в камерах сгорания ГТД Лефевр А. (1014188), страница 33
Текст из файла (страница 33)
Эти схемы лишь иллюстрируют, насколько эффективно спроектирована зона разбавления. Например, в случае пяти отверстий струи эжектируют 64,[ о~о расхода горячего газа, а в случае семи — 90,6%, т. е. в первом случае перекрытие потока может оказаться недостаточным для получения удовлетворительного поля температур на входе в турбину. Таким образом, описанная модель не позволяет определить величину коэффициента неравномерности поля температур, но 1бэ дародинамика камеры сгорания дает полезные указания относительно оптимального располо>кения отверстий для струй разбавляюшего воздуха и, следовательно, позволяет уменьшить время и стоимость доводки камеры сгорания.
ЗАКЛЮЧЕНИЕ Теоретические и экспериментальные исследования закрученных и циркуляционных течений, измерения глубины проникновения и перемешивания струй, а также коэффициентов расхода отверстий различного типа, включая щели охлаждения, помогли выяснить и устранить ряд причин вредных потерь полного давления и обеспечили достаточно надежную базу для аэродинамического проектирования традиционных камер сгорания ГТД. Одной из важных нерешенных проблем аэродинамики камер является устойчивость течения, особенно в прямоточных кольцевых камерах сгорания.
Необходимы новые конструктивные идеи для создания более устойчивых и воспроизводимых течений без увеличения потерь давления. Возможно, полезный вклад в решение этой проблемы могут внести конструкторы компрессора. ОБОЗНАЧЕНИЯ А — площадь; А,,„„„— геометрическая площадь отверстий; А,, аа — эффекгивная площадь отверстий в жаровой трубе; А,„— площадь кольцевых каналов; Аг = Ао, геок/Асс отношение плошадегк Са — коэффициент расхода; Є— диаметр втулки завихрителя (см. рис.
4.15); Рб — диаметр или высота жаровой трубы; Р, — внутренний диаметр кольцевой камеры сгорания; Р, — диаметр завихрителя; г( — диаметр; с(, — диаметр вторичных отверстий; У=р,Р,'./р,У„'— отношение потоков количества движения; К= 1+ ХРс/г1. — отношение динамических давлений на входе и выходе из отверстия; Кь Кг — константы в формуле (4.11); гг — отношение площадей поперечных сечений жаровой трубы и корпуса; Р— длина; М вЂ” число Маха; гп — расход массы воздуха; т, — эжектируемый расход массы воздуха; Глава 4 тр — расход массы топлива; тр — отношение расхода воздуха в первичную зону к полному расходу в камеру; т,, — расход в циркуляционном течении первичной зоны; т, †максимальн расход массы в возвратном течении; т, — расход воздуха через вторичные отверстия; т„— отношение расхода воздуха, поступающего в воздухозаборник, к полному расходу в камеру; и — число отверстий; Р— полное давление, Па; р — статическое давление, Па; д — динамическое давление, Па; й — газовая постоянная, 286,9 Нм/(кг К); г — радиус; отношение площади поперечного сечения корпуса к площади входа в камеру сгорания; р — длина оси струи; Зл — параметр крутки; Т вЂ” температура торможения, К; Т вЂ” коэффициент максимальной неравномерности поля температур; Т вЂ коэффицие эпюрной неравномерности температуры газа; и —,р' „,; Х вЂ” расстояние от отверстия вниз по течению; х — расстояние вниз по течению; У вЂ” глубина проникновения струи; а = лгв/т℠— отношение расхода воздуха через отверстия к расходу в кольцевом канале; р — отношение падения давления на жаровой трубе к падению давления в камере; у — отношение удельных теплоемкостей; Л вЂ” разность; Π†уг ввода струи; угол установки лопаток завихрителя; р, — коэффициент потери давления в диффузоре; р — плотность.
Индексы 0 — начальное значение; 3 — плоскость входа в камеру сгорания; 4 — плоскость выхода нз камеры сгорания; г — газ; диф ф — диффузор; к — камера сгорания; л — лопатка; макс — максимальное значение; Полнота сгорания топлива ВВЕДЕНИЕ Полнота сгорания топлива является одной из важнейших характеристик камеры сгорания. Неполное сгорание — это прежде всего непроизводительные потери топлива, которые недопустимы ввиду быстро возрастающей стоимости топлива и ограниченности его запасов, особенно на борту летательного аппарата. Другое важное соображение заключается в том, что неполнота сгорания топлива проявляется в нежелательных или вредных выбросах загрязняющих окружающую среду веществ, главным образом несгоревших углеводородов и окиси углерода. Для удовлетворения нормам выброса вредных веществ (см.
гл. 11) требуется обеспечить полноту сгорания топлива, превышающую 99% на всех рабочих режимах. Авиационные двигатели должны удовлетворять дополнительному требованию, заключающемуся в том, что достаточно высокий уровень полноты сгорания топлива, скажем от 75 до 80 %, должен быть обеспечен и на режиме набора оборотов прн повторном запуске двигателя после срыва пламени на большой высоте.
Относительно высокая полнота сгорания топлива в этом случае требуется потому, что на режиме авторотации двигателя давление н температура воздуха, поступающего в камеру сгорания, близки к их значениям в окружающей среде; на больших высотах они настолько низки, что диапазон устойчивого горения становится очень узким. В этом случае попытка с помощью системы регулирования двигателя компенсировать снижение полноты сгорания подачей большего количества топлива может привести к срыву пламени на «богатом» пределе (гл. 6). В связи с этим важно, чтобы размеры камеры сгорания авиационного двигателя были бы достаточно большими и выбирались из условия обеспечения необходимого уровня полноты сгорания топлива при запуске двигателя на предельной высоте, для которой гарантируется надежный запуск.
Характерная для настоящего времени тенденция к использованию топлив пониженного качества или так называемых альтернативных топлив, обладающих повышенной вязкостью и более широким диапазоном температур кипения, может существенно осложнить проблему достижения высокой полноты сго- Полнота «таранил топлива т 73 рания. Это связано со снижением качества распыливания и увеличением времени испарения таких топлив в камере сгорания. Для решения проблемы использования указанных топлив потребуется уделить значительно большее внимание исследованию физических процессов горения, чем это обычно делалось в прошлом.
ПРОЦЕСС ГОРЕНИЯ ( ше итти /ИО 1 (5.1) где т, — массовая скорость испарения, т„ — массовая скорость смешения,тв — массовая скорость химической реакции. Процесс горения в газотурбинном двигателе поддерживается обычно путем впрыска в циркуляционную зону камеры сгорания жидкого топлива, которое затем воспламеняется с некоторой задержкой по времени, необходимой для частичного или полного его испарения.
Основное назначение этого процесса состоит в том, чтобы повысить температуру воздушного потока до заданного уровня при минимальном расходе топлива. Отсюда следует, что при конструировании камер сгорания ГТД очень важно знать взаимосвязи между полнотой сгорания топлива, размерами камеры сгорания и изменяющимися по режимам параметрами — давлением, температурой и расходом воздуха. К сожалению, в первичной зоне камеры сгорания газотурбинного двигателя одновременно протекает большое число весьма сложных физических и химических процессов. К ним относятся распылнвание и испарение топлива, смешение его с воздухом н продуктами сгорания, химические реакции и теплообмен.
Прогресс в отношении выделения отдельных процессов из общего комплекса и оценки значения каждого из них при различных внешних условиях невелик, и поэтому в настоящее время не представляется возможным создать достаточно строгую общую теорию. В связи с этим вывод обобщающих параметров, устанавливающих связь между характеристиками процесса горения, размерами камеры и условиями ее работы, может быть сделан пока только на основе упрощенных моделей зоны горения. Одна нз таких моделей базируется на хорошо известном и широко используемом предположении о том, что суммарное время, необходимое для сгорания жидкого топлива, представляет собой сумму времен, необходимых для испарения топлива, смешения его паров с воздухом и продуктами сгорания и протекания химической реакции.
Поскольку располагаемое для горения время обратно пропорционально массовому расходу воздуха тю то коэффициент полноты сгорания можно представить 1111 в виде шл Глава 5 В реальных устройствах для сжигания топлив максимальная скорость тепловыделения может, в зависимости от условий, лимитироваться скоростью испарения, скоростью смешения или скоростью химических реакций либо, в редких случаях, всеми тремя этими скоростями одновременно. Однако при переходах от одного режима горения к другому вполне возможно, что суммарный коэффициент полноты сгорания будет определяться скоростью только двух из трех упомянутых процессов.
Прежде чем приступить к исследованию таких случаев, рассмотрим по отдельности влияние процессов протекания химических реакций, смешения и испарения на полноту сгорания. ПРОЦЕССЫ ГОРЕНИЯ, ЛИМИТИРУЕМЫЕ СКОРОСТЬЮ РЕАКЦИИ Существуют два широко распространенных способа приближенного описания процесса горения в камере сгорания, в основе которых лежит предположение о том, что суммарная скорость тепловыделения определяется скоростью протекания химических реакций: моделирование по скорости распространения пламени н моделирование реактором идеального смешения.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
