Процессы в камерах сгорания ГТД Лефевр А. (1014188), страница 61
Текст из файла (страница 61)
Учет изменения скорости для диапазона 0,5(т<1,3 дает [431 Иц =0,069 [Йе,— ) С, = 0,069 — ' Йегд (Т „— Т,), (8.47) теппепередача з!з Следовательно, Р„У„= 191 кг/(м с), т= = — ' = 2,54. Ра!7е 488,7 Рп и По формуле (8.42) при т > 1,3 получаем 7) = 1,28 ( ~~ ) ( †, ) = 1у28 ( '~~ ) (18 ° 0,4) ее = 0,789, Т„ — Т „ 2280 — Те ,„ т! — т т' — 2288 888'" . Т„па — — 1176 К. По формуле (8.49) при и ) 1,3 получаем =0,10 ~~~~ (3,26 10) ' 18 ' (1176 — Те|)= = 1926(1176 — Т,) Вт/мз. Из предыдущего примера расчета имеем !т, = (794 460 — 0,0032Т„'а') Вт/мз, Рз = (2,29 ( !оо ) — 13 715) Вт/м', С, = (92!Т„„— 810 400) Вт/м', К~ а=21667(Т 1 — Т,) Вт/м'.
После подстановки выРажений длЯ Со Яо С, Я и К, в уравнение (8.28) находим Т 1 — — 1283 К, Т з = 1265 К. Сравнение температур стенок жаровой трубы с пленочным охлаждением и без него, полученных при одних и тех же исходных данных, показывает, что в результате применения пленочного охлаждения температура Т„1 снизилась на 357 К. Отметим, что при тех же исходных данных увеличение коэффициента светимости пламени с 1,7 до 4,0 приводит к повышению Т примерно на 80 К, а понижение эффективности охлаждения стенки т! с 0,789 до 0,7 вызывает повышение Т примерно на 66 К. Многочисленные расчеты температур стенок с пленочным охлаждением, выполненные для различных условий в типичных камерах сгорания ГТД [43), показывают, что температура охлаждаемой стенки зависит от режимных параметров камеры сгорания точно так же, как и температура неохлаждаемой стенки.
В частности, установлено, что температура стенки жаровой трубы возрастает: 1) при повышении давления; 2) при повышении температуры воздуха на входе в камеру; 3) при уменьшении расхода воздуха; 4) при увеличении размеров жаровой трубы. Результаты расчета температуры стенок для трубчатой камеры сгорания авиационного ГТД при давлении 3040 кПа 314 Глава а приведены на рис. 8.33. Для сравнения там же представлены результаты измерений температуры стенок жаровой трубы с помощью термокрасок. Во всех расчетах массовый расход воздуха через жаровую трубу в любом ее поперечном сечении (кроме зоны разбавления) принимался равным сумме расходов воздуха, поступающего через все отверстия до рассматриваемого сечения (без учета воздушной завесы, подаваемой через последнюю щель по .с/з а и го а ~а га за "о 'агой а поо 1000 о 1а га о 10 го зо .суз Рис.
3.33. Сравнение результатов расчетов и измерений температур стенок жаровой трубы (43). отношению к этому сечению). Из-за отсутствия точных данных о полноте сгорания топлива в разных зонах жаровой трубы расчет проводился параметрически для разных значений т)„ а потом выбиралось самое подходящее значение. Как видно на рис. 8.33, предложенный метод позволяет удовлетворительно описать характер изменения температуры стенки за щелью для различных зон при пленочном охлаждении жаровой трубы. Что касается абсолютных значений температур стенки, то наилучшее согласие результатов расчета с данными измерений получается при т1, = 0,85 для первичной зоны, т1, = 0,90 и 0,95 для промежуточной зоны, Ч, = 0,99 для зоны разбавления.
Необходимо отметить, что точный расчет температуры стенки в зоне разбавления невозможен из-за большого различия между температурой газа вблизи стенки и средней температурой газа в ядре потока. В конце зоны разбавления температура газа вблизи стенки ненамного ниже температуры газов на выходе из промежуточной зоны. Дело в том, что разбавляющий воздух, подаваемый через отверстия в стенке, попадает главным образом в центр жаровой трубы; начальное смешение этого воздуха с горячим газом у стенок иезначи- 315 тапаопарадача тельно, и только после столкновения встречных струй воздуха в центре камеры границы зоны смешения приближаются к стенкам. При такой картине течения количество воздуха, участвующего в смешении вблизи стенки, т.
е. в уменьшении температуры газа в этой зоне, определить трудно. Результаты расчета, представленные на рис. 8.33, были получены в предположении, что 50 о1о разбавляющего воздуха участвует в процессе постепенного перемешивания по длине зоны разбавления. Такое приближение, как видно на рис. 8.33, обеспечивает удовлетворительное согласие результатов расчета с экспериментальными данными. Отметим, что этот метод расчета следует применять с осторожностью к кольцевым камерам сгорания, где течение воздуха в зоне разбавления происходит иначе.
Влияние пленочного охлаждения нв удельные тепловые потоки На рис. 8.34 приведены типичные для современных кольцевых камер сгорания величины удельных тепловых потоков, вы- Оа 60 и 4а „га т а -га — 40 0 001 002 ааз 004 005 Диона,м Рис. 8.34. Распределение удельных тепловых потоков по длине камеры сгорания [48Р 1ЯО $ 1400 оа Маа фггаа В паа 1000 0.9 гг 1за4 Рис. 8.38. Диаграмма для проектирования пленочного охлаждения 148).
численные для Ра = 2428 кПа, Та — — 800 К, Т, = 2000 К [48) . Указанные величины могут быть представлены в виде диаграмм 316 Глава а С повышением давления в двигателе количество воздуха, необходимого для пленочного охлаждения жаровой трубы, увеличивается. При этом может оказаться, что ббльшая часть воздуха, предназначавшегося для зоны разбавления, пойдет на пристеночную завесу. Решение этой проблемы в последние годы ведется путем поисков новых, более эффективных методов охлаждения и конструкций жаровых труб, которые бы позволили уменьшить расход пристеночного охлаждающего воздуха, необходимого для обеспечения заданного ресурса .жаровых труб.
Газ в камере Пленочное охлаждение югд с интенсификацией вазддю д конвекцнн Рис. 8.36. Различные метолю охлаж- Исследования показывают, ленин стенок ф что значительное уменьшение цией наружной коппекциа; б — пленочное расхода охлаждающего воз охлагкдение с многостатйным оРошением духа может бъ|ть достиГнуто стенки; е — транспнрациоиное охлаждение; а — перфорационное охлаждение; д — пле ПутЕм Интсионфнкации кОНвЕкночное охлаждение а сочетании с перфорационным. тивной теплоотдачи от внешней поверхности жаровой трубы ~49, 50]. На рис.
8.36, а показана конструкция системы охлаждения с двойными стенками, благодаря которым осуществляются пленочное охлаждение стенок и интенсификация внешнего конвективного охлаждения. Из результатов расчетов и опытов следует, что существует оптимальное соотношение расходов воздуха, идущего на пле- с учетом характеристик пленочного охлаждения. Такая диаграмма (рис. 8.35) позволяет выбрать значения эффективности охлаждения Ч и коэффициента наружной конвективной тепло- отдачи СйДТ„й — Т,) в зависимости от задаваемой температуры Газ в камере стенки, а по ним — подходящую систему охлаждения.
охлаждаюшии ДРУГИЕ МЕТОДЫ воз дйл ОХЛАдКДЕНИЯ СТЕНОК вЂ” — Ребра в канале а Газ в камере — Л угнув Одлаждаююии вазаил о о оо 6 Газ в камере охлаждаю ии воздаю „„,~,,р~:-Ф Ф Ф за тепловередача ночное и конвективное охлаждение, при котором получается минимум температуры стенок жаровой трубы. Так, в одном опыте интенсификация конвекции позволила понизить температуру стенки примерно на 50 К почти без изменения расхода воздуха на пленочное охлаждение [50[. В другом опыте расход воздуха на пленочное охлаждение удавалось уменьшить на 75 э/з без изменения температуры стенки Т .
Дальнейшее усиление наружной конвекции может быть достигнуто путем создания поверхностной шероховатости стенок, путем химического травления поверхностей охлаждающего канала в двойной стенке жаровой трубы [51]. Охлаждение путем многоструйного орошения Другой метод интенсификации охлаждения стенки (в дополнение к пленочному ее охлаждению) состоит в орошении стенки струйками воздуха (рис. 8.36,б). Охлаждение в этом случае осуществляется подобно описанному выше, но канал, образованный двумя стенками, закрыт со стороны входа, и наружная стенка канала перфорирована.
Воздух, поступающий в виде струек через несколько рядов отверстий, охлаждает внутреннюю стенку, а затем вытекает в жаровую трубу из щели в виде кольцевой завесы [52). Транспирациониое охлаждение По известным свойствам материалов при высоких температурах и тем механическим и термическим напряжениям, которым подвергаются жаровые трубы, можно оценить максимально допустимую температуру стенки, Идеальной является система охлаждения, при которой жаровая труба везде имеет одинаковую максимально допустимую температуру.
Если есть более холодные участки стенок, это означает, что охлаждающий воздух на этих участках используется нерационально. По этим соображениям, наиболее экономичным считается транспирационное (пористое) охлаждение. Жаровые трубы изготовляются из пористого материала, а охлаждающий воздух протекает сквозь стенку в поток горячего газа (рис. 8.36,в). Благодаря большому числу мельчайших каналов в стенке создается очень большая поверхность для теплообмена между стенкой и охлаждающим воздухом.
Кроме того, при равномерном распределении пор по поверхности стенки тоненькие струйки воздуха почти сразу сливаются между собой на выходе, образуя защитный слой относительно холодного воздуха на внутренней поверхности жаровой трубы. В результате этого конвективная теплопередача от горячего газа к стенке жаровой трубы З(8 Глава а '.
88 В о '5 2о Д й и сз Тнх — Тд. ~'тдсср душ) в„= =~( т, — т„(, лфф (8.50) где ҄— температура охлаждающего воздуха на входе в стенку, тле — удельный расход (на единицу поверхности стенки) охлаждающего воздуха, йзфф — эффективный коэффициент теплопроводности пористой стенки, à — толщина стенки. Результаты опытов, проведенных с пористыми стенками разной проницаемости, представлены на рис. 8.38. Расчет охлаждения пористой стенки.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
