Процессы в камерах сгорания ГТД Лефевр А. (1014188), страница 58
Текст из файла (страница 58)
Коэффициент полноты сгорания топлива в этой 297 теппепередача зоне принимается равным 0,85. Следовательно, эффективное значение н,, = 0,85 Х 0,0588 = 0,050. При сгорании керосина в воздухе с Та — — 880 К, Р, =3040 кПа и и= 0,05 получается ЛТ, = !455 К. В расчете Т„ необходимо ввести поправку на испарение и последующий нагрев паров топлива. Согласно оценке, учет этого фактора снижает температуру газов на 55 К. Таким образом, Т„= 880+ 1455 — 55 = 2280 К.
При расчете удельного лучистого потока тепла от пламени /71 имеем !4 = 0,6 Оь = 0,0792 м; о = 5,67 Х 10-' Вт/(мз. К4); е„= 0,7; Т„= 2280 К; Е= 1,7; и = 0,0588. Подставляя эти значения в формулы (8.14) и (8.7), получаем а„= 0,61, /7, = 794 460 — 0,0032Т", Вт/м'. (8.29) Для расчета /7, используем формулу (8.19) (8.30) (8. 25) (8. 32) где а=5,67Х 10 а Вт/(мз Ка), ее =0,7, е, = 0,4, Рь/О, = = 0,1344/0,192 = 0,7, Т, = Та —— 880 К.
Подставляя эти значения в (8.19), получаем /74 =2,29 ( — ') — 13715 В т/м~. Вычисление С, проводится по формуле где й,=0,157 Вт/(м К), 14„=7,05Р,10 — ' кг/(м с), и„,, = =2,62 кг/с, В, =0,132 м, Аь =н/4. (0,132)'=0,01368 ма. Подстановка этих значений в (8.25) дает Сь „,,— — 562(҄— Т„,) =1280500 — 562Т, Вт/ма. Для расчета С, по формуле (8.26) ' пап ~ лаана / имеем Т. = Та — — 880 К, /4, =0,0553 Вт/(м К), !4, =3,89Х Х 10-4 кг/(м с), и„= 7,074 кг/с, А,„= н/4 Х(0,192'— — 0,13444) = 0,01476 ма, б,„= 0,192 — 0,1344 = 0,0576 м.
Таким образом, получаем С. =921(Т„„— 880) =921Те,— 810480 Вт/м4. Глава В Значение К, в рассчитывается по формуле (8.3): К1 = о во!2 (Т,„, — Т„,) = 21 667 (Т„,, — Т т) Вт/м' 2б Наконец, подставляя найденные выражения для )гь Сь )г,, Св и К1 т в уравнение (8.28), получим Т , = 1640 К, Т , = !603 К. В работе [9] пренебрегалось разностью температур внутренней и наружной поверхностей стенки жаровой трубы, так как расчет теплопередачи проводился при низком давлении в камере сгорания и, следовательно, при низком уровне тепловых потоков„ когда указанная разность является пренебрежимо малой.
Однако, как показал пример расчета, для современных газотурбинных двигателей с большой степенью повышения давления в компрессоре пренебрежение разностью температур по толщине стенки жаровой трубы может привести к значительным ошибкам в расчетах теплопередачи. Роль расчетной температуры неохлаждаемой жаровой трубы при проектировании Расчетная температура неохлаждаемой жаровой трубы без учета системы пленочного охлаждения является важнейшим параметром для конструкторской проработки жаровой трубы и для распределения воздуха вдоль нее.
Способ и характеристики охлаждения являются дополнительным фактором при более детальном проектировании камеры сгорания. Хотя рассматриваемый расчет температуры жаровой трубы проводился без учета охлаждения стенок, это не означает, что расчетная температура является максимально возможной.
Дело в том, что в расчетах скорость воздуха в кольцевом канале предполагается равномерной, но в тех местах, где местная скорость меньше средней ее величины, истинная температура стенок может оказаться выше расчетной. Часто местные перегревы стенок возникают в результате совместного действия двух факторов; низкой местной скорости воздуха в кольцевом канале, т. е.
у одной стороны стенки, и связанного с этим нарушения охлаждающей завесы у другой стороны стенки. Любые изменения в потоке воздуха вокруг жаровой трубы отражаются на значениях температуры стенок. Тем не менее расчетная температура стенок жаровой трубы, полученная в предположении равномерности потока, является хорошей мерой в определении необходимых расходов воздуха для охлаждения стенок. Кроме того, с помощью расчетной температуры можно определить качественное влияние режимных параметров на температуру стенки и найти, на каких режимах достигается 299 теплопевеяача максимальная температура стенки.
С помощью представленной процедуры расчета Т можно вычислить «коэффициенты влияния» на температуру стенки таких параметров, как давление, температура и расход воздуха. Таким образом, если расчетные режимные параметры, при которых реализуется максимальная температура стенки, находятся вне возможных режимов автономного испытательного стенда, можно внести соответствующие коррективы в результаты измерений на стенде для определения условий, при которых должна достигаться максимальная температура стенки.
Например, влияние высокого давления на температуру стенки может быть воспроизведено путем увеличения температуры или уменьшения расхода воздуха либо одновременным изменением обоих параметров (конечно, при этом не воспроизводятся изгибные нагрузки на жаровой трубе). В тех же целях может быть использовано другое топливо, при сгорании которого образуются вещества с повышенным коэффициентом светимости. Влияние режимных параметров на температуру стенок жаровой трубы В камере сгорания любой конструкции температура стенок жаровой трубы зависит от давления, температуры на входе, отношения топливо/воздух и расхода воздуха. Проанализируем влияние указанных параметров на температуру жаровой трубы, сначала при их индивидуальном, а затем и одновременном изменении. Для этого в качестве примера рассмотрим трубчатую камеру сгорания при следующих исходных данных [9]: О, = = 0,272 и; .0у = 0,229 м; йа« = 0,9йм й«з = 0,2бйз', еау = 0 7; е,=0,44.
Основные результаты расчета приведены на рис.8.20— 8. 27. Давление Давление оказывает наибольшее влияние (при постоянных значениях других параметров) на излучательную способность пламени и, следовательно, на интенсивность его излучения. Из экспоненциальной зависимости (8.14) следует, что при высоких давлениях излучательная способность пламени растет слабее, чем при низких. Кроме того, увеличение давления способствует небольшому росту температуры пламени из-за уменьшения диссоциации.
Этот фактор также более сушествен при низких давлениях. Зависимость температуры стенки жаровой трубы от давления показана на рис. 8.20. Температура воздуха на входе в камеру. Эта температура йо-разному влияет на различные процессы в жаровой трубе. Когда воздух на входе загазован, как это нередко бывает в реальных летных условиях, рост Т, вызывает увеличение температуры продуктов сгорания и, следовательно, величин Я1 и Сь Кроме того, ухудшается охлаждение стенок жаровой зоо Глава в трубы из-за уменьшения разности между температурами стенки и охлаждающего воздуха. В результате совместного действия указанных факторов температура стенок жаровой трубы значительно увеличивается с ростом Т,, как это показано на рис.
8.21. На многих стендах для испытаний камеры сгорания воздух на входе немного подогревается во вспомогательной камере. При этом максимальная температура газа в первичной зоне (00 700 ыб 7 ьв600 50 60 (00 рз, кпа 500 те 00 500 тз и Рис. 8.21. Зависимость температуры стенки жаровой трубы от температуры воздуха иа входе в камеру сгорания 191. Д вЂ” эксперимент; — расчет пп урапнению (в.звк Рис. 8.20. Влияние давления иа темпе- ратуру стенки жаровой трубы 191. (З вЂ” эксперимент; — расчет пп уранне. нию (а.зап жаровой трубы зависит не от Тз, а от температуры воздуха на входе во вспомогательную камеру сгорания.
Так как эта последняя величина бывает практически постоянной, то Тз оказывает влияние только на значения Дв и Св. Следовательно, величина Т растет с увеличением Т,, но в меньшей степени, чем при чистом воздухе. Загазованность воздуха на входе в камеру сгорания оказывает небольшое положительное влияние на охлаждающие свойства воздуха в кольцевом канале. Это связано с увеличением коэффициента конвективной теплоотдачи благодаря наличию паров воды в охлаждающем воздухе [увеличивается член 7е,((ааа в формуле (8.26)].
Отношйние топливо/воздух. Результаты расчета температуры стенок в первичной зоне жаровой трубы приведены на рис. 8.22 в виде зависимостей от и в этой зоне. Как видно на этом рисунке, температура стенок достигает максимума, когда отношение топливо/воздух превышает м„,„на 10 о(о. Кроме того, здесь показано, как изменяется температура стенки с увеличением относительного расхода воздуха в первичной зоне. Увеличение температуры стенки в этой зоне с ростом относительного расхода воздуха происходит в основном из-за интен- зо1 теппопередвчв сификации конвективной составляющей теплопередачи от продуктов сгорания Сь Расход воздуха. Величины гг1 и гез не зависят от расхода воздуха (при постоянном давлении), а значения С1 и С, пропорциональны величине и,'з Так как величина Сз/(Сз + Яз) близка к единице, а величина С1/(С1 + й1~) составляет примерно 0,5, то отсюда следует, что увеличение расхода воздуха вызывает возрастание теплосъема со стенок жаровой трубы в большей степени, чем увеличение притока тепла к стенкам.
угоо 1за 000 ьв/г „поо ~з 900 ооо поа уоо г д т, кг1с ааг 006 020 ам зг э Рнс. 8.22. Влнянпе отношения топлн. во/воздух в первичной зоне нв температуру етенкн жаровой трубы в этой зоне. Рнс. 8.23. Влияние расхода воздуха нз температуру стенки жаровой трубы 19). Гэ — эксперимент; — расчес пе урапненннэ (з.ззп Таким образом, температура стенок с увеличением расхода воздуха снижается. Эта зависимость показана на рис.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
