Процессы в камерах сгорания ГТД Лефевр А. (1014188), страница 45
Текст из файла (страница 45)
Несмотря на это, данные, полученные в реакторах хорошего смешения, представляют значительный интерес для конструкторов, так как они показывают„какого наибольшего уровня объемной скорости тепловыделения можно достичь, когда фактически снимаются ограничения в скорости смешения, возникающие на практике вследствие необходимости свести к минимуму потери полного давления в жаровой трубе.
Стабилизации струями Турбулентное пламя может быть успешно стабилпзировано в потоке с помощью встречной струи [57, 58[. Возникающая при этом структура течения показана на рис. 6.34. Пламя стабилизируется в районе застойной зоны (1I ( 5), расположенной на некотором расстоянии от выходного сечения трубки, из 232 Глава 6 которой вытекает струя (это расстояние зависит от отношения скоростей струи и основного потока). Эксперименты по определению «богатого» и «бедного» пределов устойчивого горения показали, что наблюдаемые в опыте скорости при срыве пламени существенно зависят от химической природы вещества струи.
Поскольку скорость тепловыделения для углеводородовоздушных смесей максимальна при стехиометрическом составе смеси, можно ожидать, что наибольшая скорость потока при Гпз дли . лсшречлой сюлруи тур по ао Рис. 6.34. Схема стабилизации пламени встречной струей [57Р т — фронт пламени; У вЂ” циркулирующий газ, полностью или частично сгоревший; 3 — трубка встречной струи; 4 †критическ зона стабилизации пламени. срыве пламени будет соответствовать околостехиометрическим условиям в критической для стабилизации пламени зоне.
Реультаты экспериментов согласуются с этим предположением. 1ри стехиометрической смеси в струе максимум скорости срыва пламени соответствует стехиометрии и в основном потоке; для чисто воздушной струи максимум скорости срыва смещается в область значений ср ) 1.
Одним из преимуществ встречной струи как стабилизатора горения является то, что максимальное значение скорости потска при срыве пламени может быть достигнуто при значениях коэффициента избытка топлива ср в основном потоке, меняющихся в широких пределах, соответствующим подбором химического состава вещества встречной струи. Применительно к камерам сгорания реактивных двигателей стабилизация струями имеет еще одно важное преимущество: на режимах, когда форсирование двигателя по тяге более не требуется, струя может быть выключена. Потери полного давления на таких режимах уменьшаются до значительно более низкого уровня по сравнению с обычно используемыми стабилизаторами в виде плохо обтекаемых тел. До настоящего времени стабилизация пламени на струях практического применения в форсажных камерах еще не нашла вследствие большого Стабилизация пламени гзз числа технических проблем, возникающих при отборе и подводе воздуха для струй.
Струи используются также для стабилизации пламени с помощью так называемых струйных или газодинамических экранов [59]. В одном из вариантов газодинамический стабилизатор пламени представляет собой цилиндрическую трубку наружного диаметра 25 мм.
На диаметрально противоположных образующих трубки имеются два ряда отверстий диаметром 1 мм с отношением шага к диаметру, равным 2. Трубка устанавливается в камере сгорания таким образом, чтобы струи ддй воздуха вытекали перпендикулярно основному потоку (см. рш д рис. 6.7). о Преимуществом газодинамйческих стабилизаторов явля- рог ется то, что степень загромождения ими сечения камеры р, может изменяться соответственно эксплуатационным условиям посредством подбора лог шб аг дгб д перепада давления воздуха на и„ ОтВЕРСтЯХ ДЛЯ СтРУй. ВШЕ ОДНО Рис. б.эб. Границы «бедного» срыва преимущество сОстоит в умень- пламени для и'-образного и газодинашенин потерь полного давле- мичесиого стабилизаторов; Т, = ния на режимах, когда струи = боо к Рэ).
о -Н-образина стабилизатор; Д вЂ газодииа- МОЖНО ОТКЛЮЧИТЬ. СРЗВНИТЕЛЪ" миасский стабилизатор (струи топлиаозозные Опыты показывают, что га- душиой смеси температурой ееокь зодинамические стабилизаторы не столь эффективны, как обычные, в отношении обеспечения устойчивости горения, если в струях используется чистый воздух. Однако, как следует из рис. 6.35, характеристики срыва пламени для тех и других стабилизаторов вполне сопоставимы, если используются струи однородной топливовоздушной смеси.
Проведенные с газодннамическнми стабилизаторами опыты показали, что количество свежей смеси, вовлекаемое в циркулрционную зону, примерно в 5 раз больше, чем для обычных У-образных стабилизаторов при одинаковой степени загромождения. По-видимому, это происходит вследствие того, что струи создают интенсивный турбулентный массобмен между основным потоком и циркуляционной зоной. Более высокие уровни турбулентности могли бы также создать предпосылки для повышения полноты сгорания топлива и скорости тепловыделения в зоне горения ниже по потоку от стабилизатора. Глава б Потенциальные преимущества газодинамических стабилизаторов, определяемые возможностью менять степень загромогкдения и низким уровнем потерь полного давления прн отсутствии горения, в совокупности с умеренностью требований к перепаду давления на струях и расходу газа в них делают их очень перспективными для применения в форсажных камерах.
Но прежде чем их потенциал будет реализован на практике, необходимо более детально изучить гидродинамические аспекты и особенности горения при рассматриваемом способе стабилизации. Каталитмческие стабилизаторы Каталитическая стабилизация пламени для форсажных камер связана с использованием каталитических поверхностей, которые инициируют и поддерживают дежурное пламя, от которого горение распространяется на весь поток.
Основная идея этого способа стабилизации состоит в том, что в протекающей через катализатор топливовоздушной смеси происходит повьы шение температуры и концентраций химически активных веществ и тем самым создается след горячих и горящих газов, аналогичный тому, который существует за обычным стабилизатором пламени в виде плохо обтекаемого тела. В системе, предложенной в работе )60], стабилизатор представляет собой кольцевую сотовую конструкцию, имеющую 12 пористых керамических сегментов с каталитическим покрытием.
Пористая структура позволяет уменьшить потери полного давления (по сравнению с монолитным телом того же размера) или увеличить размеры стабилизатора. Реагенты, проходя через данное устройство, окисляются так же, как это происходит в основной камере сгорания каталитического типа. Результаты испытаний рассматриваемого варианта стабилизатора показывают, что каталитическая стабилизация пламени перспективна для применения в авиационных форсажных камерах. Легкость воспламенения смеси, устойчивое горение и высокая полнота сгорания топлива уже продемонстрированы [60), правда ценой повышенных потерь полного давления (11— 17 % по сравнению с примерно 5 % в обычных камерах). Необходимы дальнейшие исследования для нахождения разумного компромисса между полнотой сгорания топлива и потерями полного давления при обтекании стабилизатора, улучшения распределения топлива и для разработки более жаростойких каталитических и обычных материалов.
Среди материалов, проходивших испытания в качестве войможных каталитических стабилизаторов, выделяются кордьерит, представляющий собой алюмомагниевосиликатную керамику, применяемую в автомо- Стабнлнаацня племена 235 бильных каталитическнх конвертерах, и нитрид кремния, обладающий высокой ударной прочностью н способностью выдерживать высокую температуру (2170 К) (601. ОБОЗНАЧЕНИЯ А — площадь поперечного сечения камеры сгорания;  — параметр массообмена; В, — степень загромождения сечения циркуляционными зонами за стабилизаторами пламени; „— степень загромождения сечения стабилизаторами пламени; С вЂ” константа; Со — коэффициент сопротивления; С, — коэффициент формы стабилизатора; с — удельная теплоемкость при постоянном давлении; О, — диаметр или ширина стабилизатора пламени; 0 — характерный размер; Ор — диаметр трубы; Озз — средний заутеровский диаметр капель топлива в факеле распыливания; Š— энергия активации; ( — доля испаренного топлива; й — коэффициент теплопроводности;  — длина циркуляционной зоны; т — расход газа; и — порядок реакции; Р— давление;  — газовая постоянная;  — скорость распространения пламени; Вь — скорость распространения ламинарного пламени; Т вЂ” температура; Т„ — интенсивность турбулентности, %; 1, — время горения; 1, — время пребывания в ближнем следе за стабилизатором пламени; 0 — скорость газа; Уво — скорость потока при срыве пламени; Р— объем зоны горения; Й/срр — коэффициент температуропроводности; х — отношение топливо/воздух; р — коэффициент динамической вязкости; р — плотность; т — время задержки воспламенения; й — доля топлива, поступающего в зону горения в виде пара; ~р — коэффициент избытка топлива (эквивалентное отношение); 235 Глава 6 Индексы г— А— Р— Но†О— 3— газ; воздух; топливо; смесь; вода; значение при срыве пламени в бедной смеси; начальное значение; значение на входе в камеру сгорания.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
