Процессы в камерах сгорания ГТД Лефевр А. (1014188), страница 43
Текст из файла (страница 43)
Условия проведения расчетов были теми же, что Стабилизация пламени 223 и в расчетах для рис. 6.24. Результаты показывают, что наибольшая скорость потока при срыве пламени получается в случае изооктана, так как у него наибольшая летучесть и наименьшая плотность.
Из этих результатов также следует, что характерные для более тяжелых и менее летучих топлив меньшие скорости потока при срыве пламени могут быть несколько увеличены как улучшением распыливания топлива, так и предварительным испарением некоторого количества топлива до зоны горения. СТАБИЛИЗАЦИЯ ПЛАМЕНИ В КАМЕРАХ СГОРАНИЯ Конструктор лишь в незначительной степени может регулировать количество свежей смеси, вовлекаемой в циркуляционную зону за плохо обтекаемым телом-стабилизатором.
Обычно это количество составляет только очень небольшую долю всего щотока, которая к тому же существенно меняется при изменении скорости и температуры воздуха (17] и. В основных камерах сгорания газотурбинных двигателей воздух поступает в циркуляционную зону через различные отверстия в жаровой трубе, и поэтому конструктор может достаточно точно регулировать количество воздуха, участвующего в горении в первичной зоне камеры, подбирая соответствующим образом число, размеры и форму отверстий. На рис. 6.26, а показана первичная зона, типичная для большинства трубчатых камер сгорания.
Ее существенной особенностью в том, что касается стабилизации пламени, является тороидальная зона возвратного течения, образованная и поддерживаемая воздухом, поступающим через расположенный вокруг топливной форсунки завихритель и через первый ряд отверстий в стенках жаровой трубы. Помимо того, что первичная зона представляет собой ту часть объема жаровой трубы, где выделяется основное количество тепла, ее важная функция заключается также в том, что благодаря циркуляционному характеру течения горящие и сгоревшие газы подмешиваются к поступающим в камеру воздуху и топливу.
Тем самым устанавливается непрерывный процесс воспламенения свежей смеси горячими газами и становится возможным поддерживать горение в определенных диапазонах изменения давления, скорости и отношения топливо/воздух. На рис. 6.26, б изображена первичная зона кольцевой камеры сгорания. По существу, она не отличается от первичной зоны трубчатой камеры, за исключением того, что большая часть участвующего в горении воздуха поступает через первый ряд отверстий в стенках жаровой трубы этой камеры. " Утверждения автора о существенном влиянии скорости и температуры воздуха не подтверждаются данными других исследований.
— Прим. ред. 224 Глава 6 В некоторых кольцевых камерах сгорания первичный воздух поступает из системы пленочного охлаждения стенок головной части камеры и, во все возрастающей степени, из системы предварительной подготовки топлива. Типичное устройство этого рода показано на рис. 6.26, в. Стабилизация пламени в камерах сгорания не была объектом такого детального экспериментального и теоретического исследовании, как стабилизация пламени плохо обтекаемыми телами, но полезные описания общего характера имеются в О целом ряде работ [45 — 48].
ц Как правило, максимум устой«о чивости горения достигается при подводе первичного воздуха через малое число отверстий большого размера. Это объясняется тем, что крупные у~ отверстия дают крупные струи О и крупномасштабные циркуляционные зоны, обеспечивающие достаточно большие времена для горения. Но для данб ного массового расхода увеличить размер отверстий можно только ценой уменьшения их числа. Никакого четкого указания относительно опти- О мального числа отверстий в жаровой трубе кольцевой камеры сгорания дать невозможно, но пару противостоящихотверстий на каждую топливную Рис.
6,26. Типичные конструктивные ФоРсУнкУ СлеДУет РассматРисхемы первичной зоны иамеры сгорв- вать как абсолютный минимум; ния. удвоение этого числа отверстий было бы предпочтительней. В работе [28) исследовались характеристики нескольких трубчатых камер сгорания, работающих на однородной смеси керосина с воздухом. В одну из камер, отличающуюся крупномасштабной циркуляционной зоной в ее головной части, смесь поступала через единственный ряд больших отверстий. В другой, так называемой камере-«перечнице», использовалось большое число мелких отверстий с целью обеспечить однородность во всей зоне горения. Области устойчивого горения, полученные для этих двух камер, показаны на верхней из диаграмм 225 Стабипиаация пламени рис.
6.27, ясно демонстрирующей преимущество однорядной камеры по устойчивости горения, достигнутое благодаря крупной циркуляционнсй зоне. Но, как отмечалось в работе [28), уровень полноты сгорания топлива при срыве пламени в однорядной камере был значительно ниже, чем в камере-«перечнице». Поэтому если области устойчивого горения построить в координатах коэффициент избытка топлива ф — скорость тепловыделения в единице объема, камера-«перечница» окажется более предпочтительной для достижения максимальной скорости тепловыделения (нижняя диаграмма рис. 6.27).
Факторы, влияющие на устойчивость горения в трубчатых жаровых трубах, исследовались и в работе [26). В опы- Ногуузко тах, цель которых состояла в установлении влияния изменения числа и размера отверстий для подвода воздуха и длины циркуляционной зоны, изменялись диаметр жаровой трубы (от 5 до 12,7 см) и давление (от 17 до 50 кПа). Эмпи. Ооьемноя скорого!аисиоеидепенп ц рическое обобщение данных показало, что пределы устой- Рнс.
6.27. Сравнение характеристик чивого горения являются функ окнорякной камеРы сгорания н камецией комплекса (7уро,в где Ры-«веревкины» 1281. У вЂ” СКОрОСтЬ В ПЕрВИЧНОй ЗОНЕ, камера. а  — диаметр камеры. Такой же' результат был получен авторами рассматриваемой работы в предшествующих исследованиях с реактором хорошего смешения [27). Они интерпретировали этот результат как указание на то, что устойчивость горения в камере зависит от суммарной скорости химических реакций в первичной зоне.
Влияние рода топлива Влияние рода топлива на «бедный» предел устойчивого горения было исследовано с использованием камеры сгорания двигателя «Аллисон» Т-63 [49). Соответствующие результаты для топлив ЗР5,,)е1А, бензина и дизельного топлива показаны на рис. 6.28 в виде зависимостей величины фпе при «бедном» срыве пламени от параметра нагрузки 0-'.
Определение и обсуждение параметра 9 дано в гл. 5, здесь же интересно отметить, что 0-' соответствует комплексу 1![(1»Р) еде, который !5 зьк, и! 226 Глава б почти идентичен обобщающему комплексу Г//0Роа, использованному в работах ]26, 27]. Из рис. 6.28 следует, что различия в топливах не имеют значения на режимах большей мощности, т. е. когда горение лимитируется в основном скоростью смешения, но они заметно проявляются на режимах малого газа или холостого хода, когда стабилизация пламени лимитируется главным образом скоростью цю испарения. одв ВПРЫСКИВАНИЕ ТОПЛИВА ОО2 Ключевым фактором для погасания пламени в бедной смеси является способ впрыска топлива. Неравномерное распределение топлива центробежными форсунками, как простыми, так и двухсопловыми, приводит к тому, что горение мл(о' р" )' рис.
6.2в. Влияние рода топлива на концентрируется в областях, «беднып» предел устойчивого горения где смесь значительно богаче что, даже когда средняя величина отношения топливо/воздух х значительно ниже соответствующей нормальному «бедному» пределу устойчивости горения, пламя продолжает удерживаться благодаря наличию в зоне горения локальных областей с околостехиометрической смесью. Поэтому центробежные форсунки обеспечивают широкие пределы устойчивого горения и в особенности хорошие характеристики «бедного» срыва пламени (типичное значение отношения воздух/топливо при срыве - 1000). В противоположность этому пневматические форсунки, которые создают значительно более равномерное распределение топлива, характеризуются существенно более узкими пределами устойчивого горения (типичное значение отношения воздух/топливо на «бедном» пределе -200).
Влияние распыливания топлива на «бедный» срыв пламени иллюстрирует рис. 6.29 (подробнее эти вопросы обсуждаются в гл. 10). В настоящее время значительный интерес представляет схема организации рабочего процесса в камере, предусматривающая предварительное испарение и смешение топлива с воздухом с целью получения бедной смеси в зоне горения.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
