Процессы в камерах сгорания ГТД Лефевр А. (1014188), страница 55
Текст из файла (страница 55)
Тогда Я, = 0 5(1+ е ) о (е Та — а Та ) Величина е зависит от материала стенки, ее температуры и степени окисления. Такие типичные материалы, из которых изготовляются жаровые трубы, как нимоник, нержавеющая сталь и малоуглеродистая сталь, имеют степени черноты 0,7, 0,8 и 0,9 соответственно. Для величины а„найдена аппроксимирующая зависимость в широком диапазоне изменения температур 19]: а„,'е„=(Т„)Т,) '.
(8.6) теппопередвчп При подстановке этой зависимости в (8.5) получается 1с! =0,5 (1+ а ) ов„Т" (Т" — Те„з!). (8.7) Обычно состав и температура газа по объему жаровой трубы неравномерны. Учет этой неравномерности производится путем определения средних «эффективных» значений состава и температуры. В принципе повышения точности расчетов можно достичь методом разбиения газового объема на зоны 16]; 0,2 О,1 0,06 006 0,0! 0,0 0,0! 0,006 0,006 О,ОО 600 1000 1400 1600 2200 Темаерааура, К Рис.
6.2. Зависимость излучзтельной способности углекислого газа от темпервтуры (рсо, Хь в м.кПз) [1О). однако при этом нужно знать распределения топлива и температуры в зоне горения более точно, чем это известно для большинства существующих камер сгорания. Средняя температура продуктов сгорания Т, вычисляется путем сложения прироста температуры газов вследствие сгорания топлива ЬТ, и температуры на входе в камеру Тз: Тг Тз + бТм (8.8) Величина ЬТ, может быть найдена по стандартным номограммам. При пользовании ими в качестве значений отношения топливо/воздух принимают произведения текущих (от сечения. к сечению по длине жаровой трубы) значений и и т1,.
Боль- 282 Глава В шинство тепловых расчетов выполняется для высоких давлений в камере сгорания, когда полноту сгорания топлива можно принять равной 100%. Однако такое допущение неприменимо к первичной зоне камеры сгорания, где полнота сгорания редко достигает 90 о7о даже при довольно высоких давлениях. 02 о 0,06 0,02 б00 ГРРР МРО МРР 2200 Темперапгура, К Рис. 8.3. Зависимость излучательной способности водяного пара от температуры (10]. Значения е„ для углекислого газа и водяного пара могут быть определены по графическим зависимостям работы [7[, приведенным на рис. 8.2 и 8.3.
На этих рисунках излучательная способность представлена в зависимости от температуры газа; параметром является произведение парциального давления газа р на длину пути луча 1ь при общем давлении в среде 100 кПа (1 атм). Общее давление является суммой парциальных статических (а не полных) давлений всех компонент газа. Длина пути луча определяется размерами и формой излучающего газового объема.
В практических задачах с удовлетворительной точностью она может быть вычислена по формуле [8[ 1ь —— 3,4)т)А, (8.9) где )т и А — соответственно объем и поверхность полости, со- Теннопереяача 283 как для углекислого газа, так ООВ и для водяного пара. Влияние общего давления проявляется не только в увеличении концентрации молекул согласно формуле (8.10), но и в уширении поглощательных ООО2 ОО4 ООО ООО О1О линий с ростом давления. Поправочные коэффициенты к значениям е„приведенным на Рнс. 8.4. Зашшнность оншснтел'ного парпнального давления р водяного Рис.
8.2 н 8.3, для учета изме пара (вверху) н углекислого газа нениЯ Общего давлениЯ пРед- (вннзу) от отношения топлнво1воздух ставлены на рис. 8.5 и 8.6. От- х (81 метим, что на всех указанных рисунках фигурирует абсолютное парциальное давление газов р, так что общее давление Р оказывает двоякое влияние на излучение газов, большее, чем влияние х и 1ь.
Полосы излучения СОз и НзО частично перекрываются, поэтому каждый из этих газов поглощает излучение от другого газа. Когда эти газы присутствуют вместе, общее излучение от них получается меньше, чем сумма независимых излучений каждого газа в отдельности. После того как вычислено излучение от каждого газа, взаимное поглощение их может быть найдено по графикам рис. 8.7. Общая процедура расчета излучения от указанных газов сводится к следующему: 1. Вычисляются парциальные давления углекислого газа рсо, и водяного пара рн,о в продуктах сгорания [для топлив типа керосина (С„Н„) эти значения определяются путем умно- ООО держащей газ.
Для трубчатых камер сгорания значение 1ь находится в пределах от 0,604 до 0,9Р4 в зависимости от относительной длины жаровой трубы. Для длинных жаровых труб 1ь — 0,90к Для топлив типа керосина (С„Н,„) зависимость парциального давления углекислого газа и водяного пара от отношении топливо/воздух х (при постоянном общем давлении Р) приведена на рис. 8.4. Представлен- нао к ные результаты в диапазоне х, О1О,. ' ..... тапок =/1 соответствующем бедным сме-, ' ' 24оаксям (вплоть до близких к стехиометрическим, когда начи- Ооь иается диссоциация), можно аппроксимировать одной фор- "' — ', 1:, ( мулой 19] Ф р 2,1х О, 12' (8.10) Р 1+ 1,Озх 0,10 284 Глава 8 ження общего давления на относительные парциальные давления, приведенные на рис.
8.4). 2. Вычисляются рсо,/ь и рн,ось причем 1ь рассчитывается согласно формуле 18.9). 3. Определяются всо, и ен,о по рис. 8.2 и 8.3 соответственно. 4. Определяются поправочные коэффициенты Ссо, и Сн,о по рис. 8.5 и 8.6 соответственно. 1 ю 0,5 20 40 10 100 200 500 Р, кпа Рис. 8.5. Корректирующий коэффициент для излучательной способности углекислого газа в зависимости от общего давления 1'1ОР о О, О, 0 20 40 60 00 1ОО 120 051РиаотР1 клг Рис.
8.0. Корректирующий коэффипиент для излучательной способности водяного пара в зависимости от общего и парпиального давления,1101. 5. Определяется степень взаимного поглощения излучения газов Ьв согласно рис. 8.7. 6. Общая излучательная способность газов рассчитывается по формуле в„= в„,с„, + в„„С„, — бв. Представленная процедура обеспечивает хорошую точность расчета только для несветящегося пламени. Для давлений ниже 285 тепиопередвча 500 кПа (5 атм) и бедных топливовоздушных смесей указанную процедуру можно заменить приближенным расчетом по формуле Ривса [!1] е„= 1 — ехр~ — 290Р(к!ь) ' Т„' ~ь (8.12) где Р— давление (кПа), ҄— температура (К), !ь — длина пути луча (м).
Для малых значений е, (8.12) сводится к более удобной и удовлетворительной по точности формуле 8„=290Р(м1ь)п Тг ' . Пример расчета. В цилиндрической жаровой трубе диаметром 0,23 м и длиной 0,3 м находятся продукты сгорания при 00Ь 002 О ОД ОД ОЬ аВ ~ОО аг аг Оа ОД !ОО О2 ар О,б а,В !О Рис. 8.7. Корректирующая поправка к излучательной способности углекислого газа н водяного пара иа взаимное поглощение (!О!. температуре 2000 К, давлении 450 кПа и отношении топливо/воздух и =0,05. Необходимо вычислить излучательную способность газа в жаровой трубе.
Согласно рис. 8.4 рсо, = рн,о = 0,098 Х 450 = 44 кПа. По формуле (8.9) !ь = 3,4()7/А)= 3,4 0,0125/0,3 = 0,1413 м. Следовательно, рсо,!ь=рн.о!ь=0,1413 Х44=6,22 м кПа. Изрис.82, 8.3, 8.5, 8,6, 8.? определяем соответственно есо,— 0,049, ен,о= =0,036, Ссо,= 1,34, Сна=-2,!О, озе=0,0!4. Наконец, находим по формуле (8.11) е„=- О 049 2( 1,34+ О 036 Х 2,10 — О 014= = 0,12?, а по приближенной формуле (8.13) е, = 290 Х Х 450(0 05Х 0 1413)о,ь Х 2000-Кз 0 123 Излучение светящегося пламени При горении углеводородных топлив в камере сгорания образуются сажистые частицы; эти частицы оказывают большое влияние на характеристику излучения пламени. При атмосферном давлении частицы малы по величине и их мало в пламени; 286 Глава 8 200 ф 150 Ф 100 50 1ооа а оаа Е Я 500 и = ооа Кз 200 а 0 7 9 11 15 15 17 12,0 12,5 13 0 13,5 Ова 1Д5 Массовое содерэконое водорода,% Массовое содермаеае водорода, % Рис. 8.9.
Влияние массового содержания водорода в топливе на излучение пламени 1'141. Поэтому при высоких давлениях излучение сажи становится преобладающим, и пламя излучает в инфракрасной области спектра как абсолютно черное тело. В этих условиях жаровая труба нагревается интенсивным лучистым потоком и усложняется проблема обеспечения ее работоспособности.
Для решения этой проблемы необходимо управлять процессом образования сажистых частиц, в связи с чем необходимо знать механизм образования сажистых частиц и распределение их по размерам. Излучательная способность такого пламени может быть вычислена (при задании оптических свойств сажи) нли измерена. Опубликованных данных по излучению пламени удивительно мало. Во многих работах содержится больше описаний измерительной аппаратуры, чем результатов измерений. Однако имеется уже достаточное количество экспериментальных фактов, на основании которых можно сделать выводы о качественном влия- Рис.
8.8. Влияние давления и состава топлива на излучение пламени 1'!31. поэтому энергия излучения частиц сажи оказывается незначительной по сравнению с энергией излучения газов. Однако даже незначительное излучение этих частиц в видимом спектре длин волн делает пламя светящимся. С повышением давления интенсивность излучения частиц сильно возрастает, в результате чего роль излучения углекислого газа и водяного пара в общем излучении пламени уменьшается. При высоком давлении, характерном для современных газотурбинных двигателей, образуются крупные сажистые частицы и в большом количестве.
25О l гву Теппепередвчв нии состава топлива и параметров камеры сгорания на излучение пламени и его излучательную способность. Влияние состава топлива. Существенное влияние состава топлива на излучательную способность пламени и интенсивность его излучения было обнаружено в ряде независимых экспериментальных исследований, проведенных с камерами сгорания различного диаметра (от 5 до 75 см).
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
