Процессы в камерах сгорания ГТД Лефевр А. (1014188), страница 40
Текст из файла (страница 40)
Так как скорость распространения пламени и скорости химических реакций достигают максимума вблизи стехиометрической величины к, можно предположить, что скорость, при которой происходит срыв пламени, также будет наибольшей в смеси околостехиометрического состава. Это действительно так в большинстве имеющих практическое значение случаев, когда число Ке достаточно велико и процессы переноса имеют турбулентный характер. Но при числах Ке ниже определенного, критического значения, примерно 104, в области, где смешение осуществляется уже посредством молекулярной диффузии, максимум скорости срыва пламени может наблюдаться при величинах коэффициента избытка топлива «р, которые значительно отличаются от 1.
В работе [6[ отмечалось, что эти значения ~р .„были больше 1 для бензина, но меньше 1, когда в качестве топлива использовался метан. Это отличие приписывалось разнице в величинах отношений молекулярных масс обоих топлив к молекулярной массе кислорода. 207 Стабипиэачия пламени Когда [се ) 10', преобладает турбулентная диффузия и максимум скорости потока прп срыве пламени всегда соответствует стехиометрическому [или несколько большему) отношению топливо/воздух х. Все области устойчивого горения, полученные для однородных смесей, подтверждают это [рис. 6.8 — 6.10).
Но 0,15 0,12 0,05 004 0,01 0.025 0,05 0,7 нур09500В5 Рис. 6.8. Характеристика срыва пламени, стабилизированного иа диске [19]. Др 2,0 2,0 1,5 в 1,0 0,5 0,5 »1,0 0,5 0,6 00 ол 0,1 0,25,0,5 1Р 1,5 тл 1» пга. 10' Рис. 6.10. Характеристика срыва пламеии для реактора хорошего смешеиия, приведенная к входной температуре 400 К [27]. 5 Ю 20 50 71,095р555 ВВ Рис.
6.9. Характеристика срыва пламеии для трубчатой камеры сгорания [28]. в случае распыленных жидких топлив вершина области устойчивого горения достигается при к, которые отличаются от стехнометрнческого на величину, зависящую от характеристик факела распыла и от полноты сгорания топлива.
Так, если значительная часть топлива покидает зону реакции несгоревшей, вершина области устойчивого горения располагается с «богатой» стороны от стехиометрии. Если же характеристики форсунки и структура воздушного потока таковы, что количество воздуха, вовлекаемого в факел распыливания топлива, уменьшается при уменьшении расхода топлива, то вершина области устойчивого горения будет иметь тенденцию располагаться с «бедной» стороны от стехиометрии.
Но во всех случаях максимум устойчи. вости горения достигается тогда, когда <эффективный» состав 208 Глава ь смеси в зоне горения, вычисляемый не по всему количеству воздуха и топлива, а только по действительно принимающему участие в горении, оказывается стехиометрическим. Скорость потока. Любое увеличение скорости потока неизбежно оказывает отрицательное воздействие на устойчивость горения.
Это иллюстрирует рис. 6.2, на котором представлены а,в 0,7 о,в 0,5 0,4 ' о га да ва ва !ао скооосмь основного помо«0, мус Рис. 6.11. Влияние скорости потока смеси на «бедный» предел устойчивого горения 1201. ОР— — !О см, Р=йо кпа, Та=300 К, топлвво — газообразный пропан.
1,2 ы зь о,в 0,4 о га 40 ВР Ва Скороапь основного притока,ма Рис. 6.12. Влияние скорости основного потока на «бедный» предел устойчивого горения 12Ц. В =00!. Т =ЗОЗ К, Р=ьоо кйа, средний заутеровскнй диаметр капель топлива 00 мкм. г Р†маз: .С, †дизельн топвнво! д — нзооктан. границы области устойчивого горения для смеси лигроина с воздухом при использовании стабилизаторов четырех различных размеров. Видно, что увеличение скорости сужает диапазон составов смеси, внутри которого возможно устойчивое горение. Влияние скорости на «бедный» предел устойчивого горения демонстрируется иа рис. 6.11, где приведены экспериментальные данные для пропановоздушных пламен, стабилизированных коническими стабилизаторами в 100-мм цилиндрической стабилизация пламени 209 трубе. Четыре кривых на этом рисунке относятся к четырем различным размерам стабилизатора.
Аналогичные данные для гетерогенных смесей воздуха с мазутом, дизе.чьным топливом и изооктаном показаны на рис. 6.12. Температура. Принимая во внимание хорошо известный экспоненциальный характер зависимости скорости химических реакций от температуры, можно ожидать, что увеличение начальной температуры смеси должно расширять пределы устойчивого горения и увеличивать скорость потока при срыве пламени. Это следует и из всех опубликованных экспериментальных данных, хотя в отношении степени влияния температуры на Цт 0,6 в, 0,5 ОА Од 500 400 500 600 Начальная аьанаеральура вазруха, К Рис. 6.13.
Влияние начальной температуры воздуха на «бедный» предел устойчивого горения 120]. 47=ее ийи О =М сч; В=1ЕЕ «П,, ство эти данные единообразием не отличаются. Следующие результаты демонстрируют эти расхождения: Хэддок [22]: 47' „Т,"1 Хитрин и др. [23]: сг' -Т,'"-; Норстер [24]: Ущ, ехр [ —,', )]Те ", Хоттел и др. [26]: Ув — Т, 'для бедной смеси и 1Уво — То для богатой смеси. В работе [26] разные результаты для бедной и богатой смесей авторы объясняют тем, что «бедный» предел устойчивого горения в большей степени зависит от кинетики химических реакций, а «богатый» вЂ” от смешения.
Анализируя данные этой работы для «бедного» предела (часть их приведена на рис. 6.13), авторы работы [20] пришли к выводу, что Ть -ем Фнасо (Теехр 15(1 ] где Фее — значение коэффициента избытка топлива на «бедном» пределе устойчивого горения. 14 за«. 7б! гГО Глава б Давление.
Увеличение давления всегда повышает устойчивость горения. Это видно из рнс. 6.14, на котором приведены данные, полученные при исследовании влияния давления на стабилизацию пламени плохо обтекаемыми телами 119]. В ряде более поздних исследований, выполненных с плохо обтекаемыми телами-стабилизаторами, жаровыми трубами камер сгорания и реакторами хорошего смешения, положительное влияние давления на пределы устойчивого горения было полностью подтверждено ]27, 28].
Обобщенные данные по влиянию давления на ста- 007 о,г г аоа 0,09 а,ов 0,07 0,06 0,05 а,а а,оз зо 50 90 Г20 150 с коросмь, м/с понижения давления на характеристики стабилизации пла- 119). Рис. 6Ц4. Влияние мени 2,5-см диском " Насколько нам известно, первой была работа В. Ф. Дунского, выполненная в 1948 г.
в нашей стране. — Прим. ред. билизацню пламени в трех различных камерах сгорания представлены на рис. 6.8 — 6.10. Для газовых смесей повышение давления расширяет область устойчивого горения, увеличивая скорость потока при срыве пламени, особенно в богатой и околостехиометрической смесях.
Влияние на скорость потока при срыве в бедных смесях очень невелико (см, рис. 6.15). В гетерогенных смесях эффект от повышения давления более выражен, как это можно видеть на рис. 6.16, что приписывают положительному воздействию роста давления на скорость испарения топлива (благодаря увеличению числа 44е).
Степень влияния давления на скорость потока при срыве пламени обычно выражают соотношением 17ло — Р~. Опубликованные величины т для больших чисел Ре (более 109) находятся в диапазоне от 0,75 до 1,0 ]3, 19, 26 — 28]. Турбулентность. Первым экспериментальным исследованием влияния турбулентности на стабилизацию пламени была, по-видимому, работа Вильямса и др. 18]гг, проведенная с пламенами в газовых топливовоздушных смесях, стабилизированными с помощью цилиндрических стержней (прутков).
Наблюдалось 211 Стабмлмзацмя пламени 0,7 0,5 го 40 60 ЯО Давление,кПО Рнс. 6.15. Влияние давления на «бедный» предел устойчивого горения [20]. В =1О см; и-ЗО мус; т,-ЗОО К. О, О, 0,4 0,7 ьаз 0,5 О, 05 О, а, 4 д Д иамеер сглабцлилалгоро, см Рис, 6.16. Влияние давления воздуха на <бедный» предел устойчивого горения [21]. В =0,34, и=зо м/с. средний заутеравскнй диаметр капель топлива 100 мкм. Π— мазут г 4 †дизельн топливо: СЗ вЂ” наооктан. Рис. 6.17. Влияние размера стабилизатора пламени на «бедный» предел устой- чивого горения [20].
Р =ОО кпа, 7,=300 к, топливо†газообразный пропан. 14* и Ь 0,5 0,4 0 50 700 Давление воздукп, кйа ы О, З Глава Ге 212 несомненное понижение стабильности горения при увеличении интенсивности турбулентности, что связывалось с изменением средней величины местной скорости газа вблизи стабилизатора. Вше одним результатом, который рассматривался как подтвер>кдение этого предположения, было то, что для стабилизаторов большего размера пределы устойчивого горения изменялись при увеличении турбулентности в меньшей степени. Влияние турбулентности на стабилизацию пламени изучалось также в работе 120~. Результаты подтвердили отрицательное 0,8 50 аа а ю Ла Я га о о 5 10 0,4 'а 1а га д«амевр апабтлалащора, см Рис.
6.18. Влияние размера стабилизатора пламени на «бедный» предел устойчивого горения по уравнению (6.17) 1211. Р=100 кпа, Т,=Из К, 0=30 м1с, Ги=тум средний заутеровский диаметр капе.ть топлива 00 мкм. Π†маз; Уь †дизельн топливо; (3 в изооктан. а 5 10 14 18 гг м-м Рис. 6.19. Влияние формы стабилизвтора в виде плохо обтекаемого тела на пределы устойчивого горения 1291. воздействие увеличения турбулентности на стабильность горения.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
