Процессы в камерах сгорания ГТД Лефевр А. (1014188), страница 57
Текст из файла (страница 57)
(8.14) 1йе 292 гив в Коэффициент светимости в этой формуле представляет собой эмпирическую поправку, вводимую для согласования результатов расчета с экспериментальными данными. Эксперименты показывают, что коэффициент светнмости сильно зависит от массового соотношения С/Н и (в меньшей степени) от давления в камере сгорания [9, 20, 24 — 261, а также от типа топливных форсунок [21]. Значение Е должно уменьшаться ниже по течению от первичной зоны горения в результате выгорания сажистых частиц. 3 у'Г В работе [91 для Е дано следующее выражение: у Е = 7,53(С/Н вЂ” 5,5)'". / (8. 15) В работе [25) предложено другое выражение: /.
= 0,0691 (С/Н вЂ” 1,82)~'и, (8.16) Рис. 8.)Э. Влияние отношения углерод/водород нл коэффициент светимо- которое позднее этими же ав- торами было упрощено без К вЂ перес; Π— газояль: Π†дизельн топливо; и — мазут. — расчет по фор- СНИЖЕНИЯ ТОЧНОСТИ; муле (8.)эп — — расчет по формуле (8.18); — — — расчет по формуле )8.)т). 7 — 3 (С/Н 5 2)8 то (8 !7) Для топлив типа керосина (С/Н = 5,67) из формул (8.15) и (8.17) следует 1=1,7; это значение Е хорошо описывает излучательную способность пламени в первичной зоне камеры сгорания ГТД при умеренных давлениях [9,27[. На рис. 8.!9 сравниваются значения Ь для обычных жидких топлив (от керосина до мазута), вычисленные 'по формулам (8.15)— (8.! 7) .
Коэффициент светимости удобен для грубой оценки излучения факелов в топках или других аналогичных системах при низком давлении. Однако введение такого параметра представляется сомнительным для расчетов при высоком давлении, когда влияние распыливания н распределения топлива на образование сажи (и, следовательно, на излучение пламени) является не менее важным, чем состав топлива. В принципе излучательную способность пламени можно рассчитывать, если заданы размеры, концентрация и оптические свойства сажнстых частиц [3,28[.
Теория Ми [29] позволяет рассчитать распределение излучения по длинам волн от облака частиц. Эта теория еще требует су)цественного развития, а пока конструкторы при проектировании камер сгорания газотурбинных двигателей, работающих при высоких давлениях, вынуждены ориентироваться на скудные экспериментальные данные. 293 таппппарпдача ИЗЛУЧЕНИЕ СТЕНОК Лучистый поток тепла Ре от стенки жаровой трубы к стенке наружного корпуса камеры сгорания может быть вычислен при следующем предположении: обе стенки являются серыми с рав- номерными степенями черноты еп и е, и температурами Т„, и Т, соответственно.
Тогда результирующий лучистый поток от жа- ровой трубы определяется выражением ~ ( т~~ — г~~) Р,А (! — еп)(е Ап+ ((Л„,гп,. + (! — е,)(е,А, (8.18) в случае корпуса из алюминиевого сплава и Р = О,бо(Т! — Т4) (8.21) для стального корпуса. где А, — площадь поверхности жаровой трубы, А, — площадь поверхности корпуса, г,— угловой коэффициент между жаровой трубой и корпусом.
Количество тепла, передаваемое посредством излучения от жаровой трубы к корпусу, обычно невелико по сравнению с конвективной теплопередачей от жаровой трубы Се (9). При низкой температуре стенок жаровой трубы величину Р,А„ можно совсем не учитывать, а при высокой температуре стенок влияние этой величины становится весьма значительным. Расчет величины Р, может быть выполнен только приблизительно, так как нет надежных данных о степени черноты стенок. Поэтому с удовлетворительной степенью точности температуру корпуса при вычислении Ре можно принять равной Тм а угловой коэффициент — равным 1. Таким образом, выражение для результирующего лучистого потока тепла можно привести к виду Р,=,, „,„„(Т,— Т,).
(8.19) Для трубчатых камер сгорания А /А, равно отношению диаметров жаровой трубы и корпуса в соответствующем поперечном сечении. Для трубчато-кольцевых камер сгорания, в которых высота кольцевого канала изменяется вокруг жаровой трубы, значение А /А, можно принять равным 0,8. В случае кольцевых камер сгорания значение А /А, чуть больше 1 для внутренней обечайки жаровой трубы и чуть меньше 1 для ее наружной обечайкн. Точные значения степеней черноты различных материалов можно заимствовать из работы [10]. Для практических же расчетов, основываясь на типичных значениях степеней черноты стенок и отношений диаметров, можно рекомендовать Р, = 0,4о (Т4 Те) (8.20) 294 Глава $ (8.22) или "а) ~Асям / (8.23) где гидравлический диаметр жаровой трубы 4(41 определяется как И41 = 04 = 4Аь(24 Аь — площадь поперечного сечения жаровой трубы, 24 — смоченный периметр.
Таким образом, получаем С1 —— 0,020 а", " ) (҄— Т„,1). 22," ~Ль „) (8.24) Возникают некоторые затруднения в использовании формулы 8,24) для первичной зоны. Они подробно обсуждены в работе 9). Здесь укажем лишь на три фактора, которые обязательно нужно учитывать при расчете температуры стенки в этой зоне. В первичной зоне имеется возвратное течение газов, и только вблизи стенок реализуется течение, которое соответствует аналогии с трубным течением. Поэтому среднее значение т„(А, должно вычисляться путем суммирования прямого и обратного потоков газа.без учета их противоположных знаков. Если в жаровой трубе установлен завихритель воздуха, то местная скорость газа у стенки должна быть увеличена пропорционально 1/совр, где 8 — угол между вектором местной скорости и осью жаровой трубы. Весьма важным является выбор определяющей температуры газа для подстановки в формулу (8.24).
Выбор величины среднемассовой температуры газа Т„является вполне корректным для расчета излучения пламени. Однако в первичной зоне КОНВЕКТИВНАЯ ТЕПЛОПЕРЕДАЧА К ЖАРОВОЙ ТРУБЕ Из четырех процессов теплообмена, которые совместно определяют температуру жаровой трубы, расчет внутренней конвективной теплопередачи является наиболее неточным. Дело в том, что газ в первичной зоне жаровой трубы находится при высокой температуре и непрерывно подвергается физико-химическим изменениям. В этой зоне существуют большие градиенты температуры, скорости и состава среды.
Кроме того, невозможно четко определить поля течения газов, характеристики пограничного слоя и температуру газа для расчета теплопередачи. В отсутствие каких-либо более точных данных целесообразно предположить, что классическое соотношение, полученное для теплопередачи в прямой трубе, справедливо и для жаровой трубы при интенсивной турбулентности в ней: Я = 0,0283 Ке а', 295 теппепередече обычно формируют такой радиальный профиль температуры, что температура газа около стенки получается меньше средне- массовой. С учетом этого фактора коэффициент 0,020 в формуле (8.24) нужно изменить на 0,0!7. Тогда формула (8.24) для расчета конвективной теплопередачи в первичной зоне принимает вид (8.25) КОНВЕКТИВНАЯ ТЕПЛОПЕРЕДАЧА ОТ ЖАРОВОЙ ТРУБЫ Эта составляющая теплопередачи может быть с удовлетворительной степенью точности вычислена по формуле (8.22), в которой число Рейнольдса 1(е определяется по среднему гидравлическому диаметру воздушного кольцевого канала: В,а=4А „/Е,а, где А,„и Л „— соответственно площадь и смоченный периметр поперечного сечения кольцевого канала.
Для трубчатой камеры сгорания ~аа ~.~а ~Ь а для кольцевой камеры 0 „равен удвоенной высоте кольцевого канала. Далее предполагается, что в кольцевом канале существует полностью развитое турбулентное течение. Следовательно, (8.26) аа ~. лаана l Здесь физические свойства воздуха вычисляются при температуре Т,. В принципе температура воздуха растет вдоль кольцевого канала, но обычно это увеличение составляет несколько градусов и может не учитываться в расчетах. РАСЧЕТ ТЕМПЕРАТУРЫ НЕОХЛАЖДАЕМОЙ ЖАРОВОЙ ТРУБЫ Выше были получены формулы для расчета всех четырех процессов теплопередачи, а именно 7г = 0,5о (! + е ) е Т г л (Т"' — Т' 5) (8.24) 22," Г Л,п„2 29а Глава а в том числе для первичной зоны горения (8.25) (8.27) Яз = Яо (Т' — Т,'), где 2 зависит от излучательной способности корпуса камеры сгорания [см.
(8.20) и (8.21)), и (8.26) 22алд ~ Лаана l Условие равенства тепловых потоков на стенке имеет вид г,+С,=)7,+С,=У(Т~ — Т.а)=К,, (8.28) Процедура расчета Температура стенки неохлаждаемой жаровой трубы рассчитывается следующим образом: !. Вычисляется среднее значение отношения топливо/воздух я для рассматриваемой зоны жаровой трубы. Если необходимо вычислить максимально возможную температуру стенки в зоне горения, то величина х должна выбираться на 10% больше стехиометрической. 2.
Определяется зависимость Д1 от Т 1 согласно формуле (8.7), в которой излучательная способность пламени вычисляется с использованием рис. 8.2 — 8.7 или непосредственно по формуле (8.14). 3. Определяется зависимость %з от 7' з согласно формуле (8.27). 4. Вычисляется С~ как функция Т ~ с помощью формул (8.24) или (8.25), причем я и р для продуктов сгорания берутся при температуре Т„. 5. Вычисляется Сг как функция Т, с помощью формулы (8.26); значения я и и для воздуха берутся при температуре Т,. 6. Решается уравнение (8.28) относительно Т, и Т,, Пример расчета.
Необходимо вычислить температуру стенки в первичной зоне неохлаждаемой (без завесы) жаровой трубы трубчатой камеры сгорания при следующих исходных данных: Ра = 3040 кПа; Т, = 880 К; диаметр корпуса камеры сгорания 0,192 м; наружный диаметр жаровой трубы О,!344 м; толщина стенки жаровой трубы 0,0012 м; внутренний диаметр жаровой трубы 0,132 м; е,=0,4 (сплав алюминия); е =0,7 (нимоник 75); /г = 26 Вт/(м К); т,„= 7,074 кг/с; т,,, = 2,62 кг/с; я„,, = 0,0588; Т. = 1,7 (керосин ). Температура газа в первичной зоне Т, определяется по формуле (8.8).
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
