Процессы в камерах сгорания ГТД Лефевр А. (1014188), страница 56
Текст из файла (страница 56)
Почти во всех этих исследованиях были сделаны попытки связать интенсивность излучения пламени с химическим составом и молекулярной 0,6 7,0 0,6 , 0,4 0,2 0 в.ы ОД 0,6 0,4 0,2 — 0,4 9 10 И 72 15 14 15 16 1У массовое содержанае водорода, д 0 5 10 15 20 25 50 55 Павление, 100кпо Рис. 8.! 1. Зависимость излучательной способности пламени в первичной зоне жаровой трубы от давления 1201. г,=000 к, 11н=вО, ь з. Оу — загазованный воздух с кислородом; тз — загазованный воздух; 67 — чистый воздук. Рис. 8.10. Влияние массового содержания водорода иа температуру жаровой трубы для крейсерского режима полста 115, 161. структурой топлива или же с такими его характеристиками, как точка дымления или параметр светимости.
В работах ]12, 13] определялось влияние состава топлива на излучение пламени для различных топлив при давлениях вплоть до 2000 кПа. Результаты опытов с камерой сгорания «Филлипс» диаметром 5 см ]!3] приведены на рис. 8.8 (экспериментальные точки опущены ради четкой демонстрации зависимостей). Видно, что имеется удовлетворительная корреляция между интенсивностью излучения пламени и содержанием водорода в топливе. Кроме того, при атмосферном давлении, когда излучение газов является преобладающим, интенсивность излучения пламени действительно не зависит от состава топлива.
Аналогичные результаты (рис. 8.9) были получены в экспериментах с камерой сгорания двигателя «Аллисон» Т63 (14]. Влияние содержания водорода в топливе на температуру стенок жаровой трубы для различных камер сгорания показано на рис. 8.10. Все представленные данные соответствуют крей- 288 Гпава 8 серскому режиму полета (температура воздуха на входе в камеру сгорания изменялась в пределах от 547 до 756 К).
Для обобщения экспериментальных данных использовался параметр [Ть ТООЦТт-о Тз). н !ООО ". ООО о 600 ь ЕОО ь 200 ь Числитель этого параметра представляет увеличение температуры жаровой трубы Тс относительно значения Тс„соответствующего некоторому эталонному топливу с содержанием водорода 14,5 о7о. Отметим, что данные рис.
8.10 получены на камерах сгорания с распыли- Макс. ванием топлива центробежными форсунками и «богатой» зопепзаан,',"и ной горения 112, 17 — 19). При Макс. пневматическом распыливании топлива и «бедной» зоне горения зависимость температуры жаровой трубы от содержания водорода в топливе должна проявляться значительно слабее. Влияние режимных пара- 2 е и О в . 20 80 [ метров. Для камеры сгорания давленое, вокпа газотурбинного двигателя реРис. 8.12. Влияние типа топливной жимными параметрами являфорсунки нн максимальное излучение ются давление, температура пламени [21). воздуха на входе, скорость воз— -- днуксоплонан форсунка; — пненнатннескаа форсунка.
душного потока и отношение топливо/воздух. Давление. Влияние давления на излучательную способность светящегося пламени проявляется через химический механизм образования сажи, качество распыливания топлива, распределение топлива по зоне горения и смешение топлива с воздухом.
Природа влияния и относительный вклад каждого из перечисленных факторов еще не определены. Пока только выяснено, что излучательная способность пламени и интенсивность его излучения существенно возрастают с повышением давления [рис. 8.11 и 8.12). На рис. 8.1! представлены данные по излучательной способности в трубчатой камере сгорания диаметром 9,5 см при давлении до 3000 кПа )20), а на рис. 8.12 — результаты измерений удельного лучистого теплового потока для трубчатой камеры сгорания диаметра 15 см )21).
Последний рисунок демонстрирует сильное увеличение излучения пламени с ростом давления. Кроме того, видно, что в случае двухсопловых струйных форсунок излучение пламени в первичной зоне жаровой трубы ненамного больше, чем для пневматических форсунок, а в промежуточной зоне — втрое больше.
289 теппопередача Температура на входе. Все имеющиеся данные свидетельствуют о том, что излучение пламени должно заметно увеличиваться с повышением температуры воздуха на входе в камеру сгорания, хотя относительный вклад излучательной способности и температуры газа в указанное увеличение излучения пламени неизвестен. Качественные оценки влияния температуры воздуха на входе при высоких давлениях в камере сгорания получены в работах 113, 22]: в диапазоне температур воздуха на входе ЛООО 8 12 16 20' Средняя скоросшь, м2с Рис.
8.14. Влияние скорости потока на излучение пламени в камере сгорания с пневматическими форсунками, Рз = = 800 кПа 121). 8 12 16 20 Средняя скоросяв, и lс Рис. 8.13. Влияние скорости потока на излучение пламени в камере сгорания с двухсопловыми форсунками, Рз.= = 800 кПа 121), от 800 до 1000 К повышение температуры на 100 К вызывает рост излучения пламени примерно иа 10 %. Скорость.
С целью ограничения размеров камер сгорания и потерь давления большинство камер сгорания спроектировано так, что значения средних скоростей потока в них мало отличаются. Однако несколько испытаний проведено с целью определения зтого влияния 121); установлено, что излучение пламени уменьшается с ростом скорости (рис. 8.13 и 8.14). Это влияние объясняется улучшением перемешивания топлива, воздуха и продуктов сгорания благодаря повышенному уровню турбулентности при увеличенной скорости.
Для камер сгорания с пневматическими цзорсунками влияние скорости на излучение пламени наиболее значительно (рис. 8.14) вследствие улучшения распыливания топлива с ростом скорости воздуха '. " С увеличением скорости течения лучистый поток к стенкам жаровой трубы уменьшается также вследствие снижения концентрации сажи из-за уменьшения времени пребывания среды в полости жаровой трубы. — Прим. ред. 1О ззи гш 2000 к Б в1000 Ь 800 й зз 600 Р 200 4 1000 и 3 й 500 ьз ф 200 290 Глава В Отношение топливо/воздух. Любое уменьшение расхода топлива снижает концентрацию топлива в зоне горения и, следовательно, уменьшает количество образовавшейся сажи с сопутствующим снижением излучательной способности пламени; одновременно снижается температура пламени.
Таким образом, суммарное влияние отношения топливо/воздух м на излучение 72 70 ' во Е гл 60 "а 7000 ы воо и 600 т 400 40 80 !20 760 Отношение воздух/топливо 40 20 76 М 20 22 24- 26 Отношение воздух/теппиао Рис. 8.16. Влияние отношения воздух/топливо иа излучеиие пламеии в камере сгорания с пиевмагическими форсуиками 1211. О давление 7,55 Мнв; д †давлен 7ЛЗ МП . Рис. 8.16. Зависимость лучистого теплового потока к стенкам жаровой трубы от отношения воздух(топливо и типа топлива [23) Рв !'2 Мпв, 75=575 К, ты=975 К, О!. 0,5 и.
— — — природный гвв; — ° — легкое котельное топливо: — тяжелый диогиллаг. пламени должно быть значительным. Это влияние иллюстрируют рис. 8.15 (для трубчатой камеры сгорания с пневматическими форсунками при двух значениях давления) и рис. 8.!6 (для большой промышленной камеры сгорания при использовании трех различных топлив). Влияние величины и на излучение пламени показано также на рис. 8.1!. Для каждого из трех значений отношения воздух/топливо излучение пламени сначала увеличивается по длине жаровой трубы до некоторого максимального значения, а затем уменьшается; тем не менее во всех трех случаях уровень излучения остается высоким. При увеличении расхода топлива происходит смешение максимального значения излучения пламени к концу жаровой трубы. При высоких значениях отношения воздух/топливо (что соответствует режиму малого газа) максимальное излучение пламени получается вблизи Тепиоперадача фронтовой части жаровой трубы.
С увеличением расхода топлива максимум излучения пламени смещается вниз по потоку. Максимальное излучение получается при самом большом расходе топлива, причем максимум наблюдается значительно ниже по потоку от первичной зоны горения. Таким образом, при малой мощности двигателя наиболее серьезной проблемой является перегрев головной части жаровой трубы, при полной мощности — промежуточной ее части. Влияние размеров камеры сгорания. Увеличение размеров жаровой трубы должно приводить к росту излучения пламени 7000 000 ~к 2ООР ы 70ОР В 24 Ц и о 800 70 Р 400 0 4 д 72 Расстояние от форсунки,см к 000 сз 400 200 0 0,5 7,0 7,5 2,0 Юс, м Рис.
8,17, Распределение излучения пламени по длине жаровой трубы при .различных отношениях воздух/топливо, Рз = 1,3 МПа [211. Рис. 8.18. Влияние диаметра жаровой трубы и типа топлива на лучистый поток тепла к ее стенкам [231. Рз — — 7,ЗМПв, Тз=зта К, Т =ЗТЗК, 77и ЗΠà — природный гяз; 3 — легкое котельное топливо! 3 — тяжелый диетиллят. из-за увеличения длины лучей; это влияние наиболее значительно при малой излучательной способности пламени. На рис.
8.18 приведены результаты измерений [23[, демонстрирующие указанное влияние. Так, для тяжелого дистиллята четырехкратное увеличение диаметра жаровой трубы вызывает рост лучистого потока тепла на 20 ог7о. Расчет излучения светящегося пламени Когда светимость пламени относительно малая, например в случае горения керосина при низком давлении, излучательную способность пламени можно вычислить по формуле (8.12), вводя в нее дополнительный коэффи71иент соетимости Ь [9]: и„= 1 — ехр [ — 290РЛ (н1з)сд Т„"1.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
