Процессы в камерах сгорания ГТД Лефевр А. (1014188), страница 37
Текст из файла (страница 37)
При этом коэффициент полноты сгорания топлива может быть представлен произведением двух коэффициентов, один из которых определяетея скоростью испаРениЯ Ч„, а дРУгой — скоРостью химической Реакции Ч,е. Чс=Ч Чсв. (5.31) В уравнении (5.31) множитель Ч„представляет собой долю топлива, испарившегося в первичной зоне. Если т!сз = 1, то Ч. = Чсе, и уравнение (5.31) обращается в уравнение (5 7) которое определяет долю паров топлива, превращающихся в результате химической реак- 40 ции в продукты сгорания. 060 з ПОЛНОТА СГОРАНИЯ В ПЕРВИЧНОЙ ЗОНЕ 10 ! 0 т /~'л При выполнении некоторых расчетов камер сгорания необРис. 5.!4. Зависимость полноты сто- ходимО знать температуру плараннк топлива в первичной зоне от мени в первичной зоне. В капараметра нагрузки 1!21.
честве примера таких расчетов можно привести определение концентрации загрязняющих веществ, образующихся в этой зоне, или определение тепловых потоков от пламени к стенкам 191 Полнота сгорания топлива фронтового устройства. Если коэффициент полноты сгорания в первичной зоне известен, то соответствующая температура пламени может быть определена по формуле 7п.з 73+ т)с, п.зг17ал (5.32) К сожалению, из-за трудностей, возникающих при измерении температуры газа в этой зоне, сведения о полноте сгорания в первичной зоне весьма скудны. Наиболее известной в этой области является работа 112). На рис. 5.14 представлены в обобщенном виде результаты приведенной в ней обработки экспериментальных данных для нескольких современных камер сгорания авиационных газотурбинных двигателей.
Предполагается, что погрешность этих результатов не превышает -Е7 %. КРИТЕРИИ ТЕПЛОВЫДЕЛЕНИЯ Обобщая, можно сказать, что полнота сгорания топлива при низких давлениях лимитируется кинетикой химических реакций или скоростью испарения, а при высоких давлениях — скоростью смешения.
В связи с этим нельзя сравнивать характеристики двух различных камер сгорания, если соответствующие Таблица б.к Критерии тепловыделенмя для камер сгорания газотурбинных двигателей Критерий тенлоиапря- женности Характерный параметр (зеличина. обратная параметру нагрузки) Источник дазленне Вт/(мз, Паз ) Модель по скорости распространения пламени и модель реактора идеального смешения, ур. (5.7) и (5.10) РзАз71к ехр (Т/300) Низкое (ииже 100 кПа) Вт/(мт Па) Параметр скорости смешения, ур. (5.17) Высокое (аыше 300 кПа) экспериментальные данные для одной из них были получены при низких, а для другой — при высоких давлениях.
В литературе используется ряд различных параметров, характеризующих уровень нагрузки (степень форсированности) камеры сгорания. Иногда возникает некоторая путаница с определением смысла и важности этих параметров. С целью устранения возможных недоразумений соответствующие критерии тепловыделення для двух крайних уровней давления приведены в табл. 5.2. 192 Гаава 5 ЗАКЛЮЧЕНИЕ По материалам настоящей главы можно сделать следующие выводы: 1.
Параметр 6 для модели процесса горения, основанной на скорости распространения пламени в первичной зоне, позволяет весьма удовлетворительно связать полноту сгорания топлива с основными режимными параметрами — давлением, температурой и расходом воздуха, а также с размерами камеры сгорания. Обобщенные по параметру 6 зависимости представляют большую ценность прн конструировании и доводке новых камер сгорания. 2.
При низких давлениях процесс горения в современных камерах сгорания авиационных ГТД, в которых обеспечено высокое качество распыливания топлив керосинового ряда, не зависит от процессов испарения и смешения; имеющиеся экспериментальные данные о полноте сгорания для них обобшаются по параметру О: РеьплхВк'м ехр (Тх)000) т1,9=1 ь м А 3. При низких давлениях экспериментальные данные о полноте сгорания топлива хорошо обобщаются также по параметру, основанному на модели реактора идеального смешения: 4. Если скорость тепловыделения лимитируется скоростью испарения, то коэффициент полноты сгорания определяется из соотношения 8(Црр)„1п (1+ В) (1+ 0,2в пей~) $е т( , Ве се 5.
Если процесс горения в камере определяется скоростью испарения, то по найденным из эксперимента значениям коэффициента полноты сгорания на эталонном топливе Ь можно определить коэффициент полноты сгорания на другом топливе а, для этого в соотношение Чра Ррепе1в(1+ Ве) Рр,пе, 1в(1+ В ) следует подставить соответствующие значения рр, В и О. 6. При относительно высокой полноте сгорания, превышающей, например, 90 %, оценку экономичности камеры при переходе на альтернативное топливо целесообразнее производить 193 Полнота сгорании топлива по формуле ') 1 — '!еь Ррьпь !" (1+ хха) 1 — Ч, р 0 1п(1+ВЬ) 7. Если процесс горения лимитируется скоростями химической реакции и испарения одновременно, то коэффициент полноты сгорания топлива может быть представлен в виде произведения двух коэффициентов, определяемых скоростями соответствующих процессов: ОБОЗНАЧЕНИЯ' А)— А„— площадь поверхности пламени; площадь характерного поперечного сечения камеры сгорания; параметр массообмена; характеристическая температура для скорости реакции; удельная теплоемкость при постоянном давлении; средний заутеровский диаметр капли; критическое значение среднего заутеровского диаметра капли; максимальный диаметр или высота проточной части камеры; низшая теплотворная способность топлива; коэффициент теплопроводности; масштаб турбулентности; константа в уравнении (5.5); массовый расход; число капель, порядок реакции; давление; перепад давления на жаровой трубе; характерный скоростной напор; и'Р!и„ вЂ” число Рейнольдса для капли; В— Ь— Р— ки т— т— ив Р— схРь '! х Йео = ') См.
примечание к выражению (5.27). — Прим, ред. !3 з,. тм Ча = Че, еЧее. 8. При высоких давлениях процесс горения лимитируется скоростью смешения, н полнота сгорания топлива определяется следующим параметром: Ч,„.=1~ — '. '( — ') ~. 9. При высоких давлениях скорость тепловыделения (тепло- напряженность) удобно определять в единицах Вт/ма Па, а при низких давлениях (ниже атмосферного) — в Вт/ма Паа. $94 Глава 5 Индексы адиабатическнй; газ; первичная зона; стехиометрический; характерное значение; воздух; топливо; альтернативное топливо; исходное (эталонное) топливо; значение в зоне горения; начальное значение; вход в камеру. ад— г— п.
з— стех— х— А— Р— с— О— 3— Яг — скорость распространения турбулентного пламени; Т вЂ” температура; ЬТ вЂ” повышение температуры в процессе сгорания; Глр — время пребывания в зоне горения; У вЂ” скорость; Уà — скорость струи; и — характерная скорость в камере сгорания; 0 — среднеквадратическая пульсационная скорость; У вЂ” объем; т), — коэффициент полноты сгорания; 5),, — коэффициент полноты сгорания, лимитируемого скоростью испарения; т),„„ †коэффицие полноты сгорания, лнмитируемого скорсстью смешения; 5),а — коэффициент полноты сгоРаниЯ, лимитиРУемого скоростью химической реакции; х — отношение топливо/воздух (по массе); р — динамическая вязкость; т — кинематическая вязкость; р — плотность; <р — коэффициент избытка топлива (эквивалентное отношение).
Стабилизация пламени ВВЕДЕНИЕ При проектировании камеры сгорания газотурбинного двигателя должны быть приняты меры, гарантирующие, что горение в камере будет поддерживаться во всем диапазоне эксплуатационных режимов, включая переходные режимы быстрого набора и сброса оборотов ротора.
Для промышленных газотурбинных установок это не представляет особой проблемы, так как низкие скорости воздуха и высокий уровень потерь давления, свойственные таким установкам, способствуют устойчивому горению. В отличие от них авиационные камеры сгорания предназначены для эксплуатации при очень низких температурах и давлениях воздуха на входе и при величинах отношения расходов топлива и воздуха н, далеко выходящих за нормальные пределы горения углеводородовоздушных смесей. Эффективное горение должно обеспечиваться в сильно турбулизоваиных воздушных потоках, скорости которых значительно превосходят нормальную скорость распространения пламени в топливовоздушной смеси.
Более того, пламя не должно гаснуть и в разного рода необычных условиях, которые иногда встречаются в полете, например при попадании в двигатель атмосферной влаги или льда. Основные принципы стабилизации пламени очень просты. ' Если горение в потоке газа инициировано и скорость потока У выше скорости распространения пламени 5, то пламя будет сноситься вниз по потоку со скоростью У вЂ” 5. Если выше скорость пламени, то оно будет перемещаться против потока со скоростью 5 — У. Только при У = 5 пламя будет занимать стационарное положение. Следовательно, на практике зона пламени представляет собой геометрическое место точек, в которых скорость распространения пламени равна скорости потока газа.
Согласно краткому определению, данному в работе 111, «условием стабилизации пламени в поле течения с неравномерными распределением скорости является наличие в этом поле точки, в которой скорость течения равна и противоположна по направлению скорости волны горения». Назначение стабилизатора пламени состоит, следовательно, в том, чтобы создать в высокоскоростном газовом потоке 13» 196 Глава 6 0,01 Рис. 6.1. Типнчнан область стабилиза иии пламени. область со скоростью, меньшей, чем скорость распространения пламени в топливовоздушной смеси.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
