Процессы в камерах сгорания ГТД Лефевр А. (1014188), страница 42
Текст из файла (страница 42)
(6. 12) Приравнивая (6.!1) и (6.12) и подставляя р=Р/КТ и $' — /),' получаем ,1 и .)о.ге Ро МТо ехр (То/!50) /)с(! — Вг) .$ В этом соотношении не учитывается турбулентность основного потока. Анализ экспериментальных данных показывает, что турбулентность усиливает влияние скорости. Степень этого усиления может быть учтена следующим модифицированием соотношения (6.13): 2,25 [1 + 0,4(l (1 + 0,1 Ти)1 ) о.оо РолоТо ехр (То/150) /)с (1 — Вг) ) 278 Гиввв 6 Отметим, что уравнение (6.14) обезразмерено, так как константа 2,25 размерна, поскольку она выведена из константы скорости реакции и универсальной газовой постоянной В. Значение 2,25 подобрано из условия наилучшего согласования с экспериментальными данными. Уравнение (6.14) показывает, что величина коэффициента избытка топлива гр на «бедном» пределе устойчивого горения в,.
в основном зависит от темперах дан туры, в меньшей степени от ь 0,77 о Цаь скорости и совсем слабо от давления. Увеличение характерного размера стабилизатора х Р„ если оно не сопровождаетх ля= гаси Ся УВЕЛИЧЕНИЕМ СТЕПЕНИ ЗаГРО- и =ба"'7с мождения В„, всегда улучшает х ' характеристики «бедного» срыва пламени, т. е. уменьшает величину гр7гл. Если же одновременно возрастает и величина В„, то увеличение Р, улучшае 7 и=10»сгс , характеристики «бедного» сры1 ва пламени только до определенного значения В„ после чего они начинают ухудшаться.
Инвгенспаносагыпурбуленагносон,% Для конического тела, устанавливаемого в цилиндрической Рис. 6.21. Влияние интенсивности тур- трубе, критическое значение булентиости воздушного потока на степени загромождения равно «бедныгг» предел Устойчивого горения (Р = 90 кПа) 120]. нения (6.14) следует также, что в условиях Р, = сопз1 увеличение В„ (например, при уменьшении диаметра трубы или при добавлении еще одного стабилизатора в то же сечение трубы) всегда отрицательно влияет на характеристики «бедного» срыва пламени.
Предсказываемое уравнением (6.14) влияние на «бедный» предел устойчивого горения изменений скорости, температуры, давления и интенсивности турбулентности н газовом потоке, а также размера стабилизатора полностью подтверждается экспериментальными данными рис. 6.11, 6.13, 6.15, 6.17 и 6.21. Гетерогенные смеси. Уравнения (6.13) и (6.14) можно использовать также для прогнозирования «бедного» предела устойчивого горения в гетерогенных топливовоздушных смесях при условии, что скорость испарения топлива достаточно высока, чтобы гарантировать полное испарение всего топлива в пределах зоны горения. Если топливо испаряется неполностью, то ясно, что «эффективное» значение коэффициента избытка топлива гр оказывается меньше номинального значения.
Но «Об Ставили»ацил пламени 219 если доля испарившегося топлива известна или может быть вычислена, то ее можно использовать вместе с уравнением (6.14) для определения значения бр на «бедном» пределе устойчивого горения, т. е. !Ра,в(гетеРог.) =1 !Р!Ра(гомог.), (6.
15) где )' — доля топлива, испаренного как в зоне горения, так и в потоке перед этой зоной. Из анализа факторов, определяющих скорость испарения факела распыленного топлива, была установлена следующая зависимость [21]: !'=ю1+ 8 С' — "( — 1) (п(1+ В) (1+ 0,25СО (теб ) СЗ РГ сл тл()32 (6. 16) где бб — доля испаренного топлива в потоке перед зоной горе- ниЯ,  — паРаметР массообмена, а величины С!, Сг, Сб,,()бг и !хелп определены в гл.
7. Отметим, что, как следует из уравнения (6.16), величина ! формально может быть больше единицы. Однако это лишь означает, что время, требуемое для испарения топлива, меньше располагаемого, так что топливо полностью испаряется внутри циркуляционной зоны. В этих случаях следует принимать ! = 1 и, слеДовательно, бр!та(гетеРог.) = бр!Ра(гомог.). Для плохо обтекаемых тел-стабилизаторов подстановка величины грал (гомог.) из (6.14) и величины 7 из (6.!6) в уравнение (6.15) дает при больших числах )(епп и 11 =0 и (! + 0,! Ти) б,!б <ра,а(гетерог.) = С, ~ Рб'мРс (! — Вг) Тю ехР (Тю/!00) 1 х РР ~ ()Вбю (1+ О,!2Ти) Вс !и (! + В) (.
Ргрг (Ти!100) Вг (1 — Вг) 1 ' (6.17) Кривые на рис. 6.12, 6.18 и 6.20 построены по уравнению (6.17) с С4 = 0,005. Согласие расчетных н измеренных значеНнй бРаа ВЕСЬМа УДОВЛЕтВОРИтЕЛЬНОЕ. Скорость потока при срыве пламени Уравнения (6.14) и (6.17) пригодны только для случаев, когда доля топлива в смеси (или, в гетерогенных смесях, «эффективая» доля) значительно меньше доли топлива в стехиометрической смеси. Это ограничение возникает потому, что уравнение (6.12) справедливо только для бр ( 0,7.
Таким образом, для исследования характеристик срыва йламени в топливо- 220 Глава 6 воздушных смесях околостехиометрического состава необходим иной подход. Приводимое далее описание такого механизма срыва пламени охватывает все существенные факторы и, кроме того, обладает тем достоинством, что является простым.
Гомогенные смеси. Время пребывания газа в зоне ближнего следа за стабилизатором определяется уравнением 1, = С,(),/К .(6.18) т, = ро/и„, (6 19) где т — массовая скорость расходования смеси в единице объема. При срыве пламени (т. е. при У = Уао) имеем С вЂ” то и Скоросаоо потока Сотое Ро аО оо Состотоо и сшао = Ро Рис. 6.22.
Влияние давления на стабилизапию пламени в однородной топ.ливовоздушной смеси. (6,20) Объемная скорость выделения тепла может быть связана со скоростью распространения ламинарного пламени соотноше- нием ( лгооао ) о а (6.21) Подставляя т из уравнения (6.21) в (6.20), получаем Со ьз("о. (6 22) Отметим, что влияние давления в уравнении (6.22) учитывается через коэффициент температуропроводности ао. Следовательно, в случае бимолекулярной реакции, для которой скорость распространения ламинарного пламени не зависит от давления, имеем Уао — Р0о. Этот результат вместе с наблюдениями, свидетельствующими о независимости от давления «бедного» предела устойчивого горения при малых Чо, означает, что общее влияние давления на область устойчивого горения такое, как показано на рис.
6.22. где С, — коэффициент формы, значение которого зависит от ряда параметров, влияющих на форму зоны ближнего следа, таких, как форма стабилизатора и коэффициент его сопротивления. Время, необходимое для го- рения, определяется как Стабилизация пламени 221 Соотношения типа (6.22), представляющие аналогичные зависимости скорости потока при срыве пламени от скорости распространения ламинарного пламени и размера стабилизатора, предлагались в работах 136 таблица бп Значения коэффициента 36, 41, 42].
грормы для различяых стабилизаторов Для стабилизатора, рас- пламени положенного в трубе, уравнение (6.22) преобразуется к виду Козффнмнент форлгы С Тнп стабилизатора у 1 В с б В 5~ Пнлиндр ао ' Конус (1 = 30' (6.23) 45' 90' 1,20 1,33 1,40 1,48 1,60 В работе (40] уравнение (6.23) было применено для Рис. 6.23. Сравнение расчетных и экс.периментальных значений скорости потока при срыве пламени (Р = = 100 кПа) (40). Данные соответствуют стабилизаторам разного размера заа о 2аа заа Источ ннк Обозначение гн К 1221 П21 1!91 091 Нз1 101 ьо олз ьо 0,72 о уз ьо н осы ззз ззз Зоб зоз 420 ззз О Ь 22 1п) 200 заа 4аа Пвор сч, игус На рис.
6.23 измеренные максимальные значения скорости при срыве пламени сопоставлены с вычисленными по уравнению (6.23). Совпадение в принципе хорошее, и это служит подтверждением справедливости рассмотренной простой модели для определения скорости потока при срыве пламени. Гетерогенные смеси. Приведенная выше модель может быть распространена на гетерогенные смеси, если величину 5, в (6.22) заменить следующим более обшим выражением для скорости распространения пламени 144]: Сз(1 о) р 8С Рг1п (1+ В) Яь~ ] обобщения экспериментальных данных 16, 19, 22, 43] по срыву пламени в газовых топливовоздушных смесях.
Коэффициенты формы, использованные при этом, даны в табл. 6.1. ггг Глава 6 Подстановка величины 5 вместо 50 в (6.22) дает (уно = б'Фс Са (1 П) Ррсргпаа ао 8СГ(тг)и(! -)- В) 54 ~ (6.25) На рис. 6.24 приведены величины скорости срыва пламени (уло, вычисленные из уравнения (6.25) для Ъ'-образного стабилизатора с углом при вершине 30' и с шириной основания 1 см в потоке керосиновоздушной смеси при нормальном давлении 60 о 40 йза Го о 0 20 70 о го 40 60 зо 700 057, мкм а го чо аа 80 700 Злл,мкм Рис. 6.24. Влияние диаметра капель и доли нспаренного топлива на скорость срыва пламени по уравнению (6.25) 140). Р=!ООкпа. То=570 К, В=575, Зг 05 и(с, топливо — керосин. Рис.
6.25. Влияние диаметра капель и типа топлива на скоростьпотока при срыве пламени по уравнению (6.25) (40). Р !00 кпа, Т =500 К, я=О. — дизелье нос топливо; — — керосина — — — изооктан. и комнатной температуре. Эти результаты показывают, что величина (7во сильно зависит от размера капель и быстро уменьшается при увеличении среднего заутеровского диаметра. Кривые на рис. 6.24 иллюстрируют также благоприятное влияние предварительного испарения топлива между сечением его впрыска и зоной горения, выражающееся в увеличении скорости потока при срыве пламени.
Так, например, увеличение доли 55 испаренного до зоны горения топлива с 0 до 0,4 увеличивает скорость срыва пламени с 34 до 50 м/с при среднем заутеровсном диаметре капель 20 мкм. Влияние типа топлива на величину (/во показано на рис. 6.25. Три кривых на графике представляют значения (гво, вычисленные из уравнения (6.25) для изооктана, керосина и дизельного топлива, плотность которых составляет 692, 775 и 900 кг/ма, а параметр массообмена равен 6,1, 3,75 и 2,8 соответственно.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
