Процессы в камерах сгорания ГТД Лефевр А. (1014188), страница 69
Текст из файла (страница 69)
Естественно, что температура вспышки непосредственно связана с давлением насыщенных паров; чем выше это давление, 351 таллина для газотурбинных двигателей тем ниже температура вспышки. Для керосина температура вспышки служит, вообще говоря, мерой его воспламеняемости, тогда как для тяжелых топлив — характеристикой их испаряемости. Температуру вспышки полезно также использовать для классификации огнеопасности топлив. Влияние температуры вспышки на выбор топлив для авиации рассматривалось в работе [24]. На рис.
9.17 показано изменение температуры вспышки в зависимости от относительной плотности для нефтяных топлив. Летучесть Летучесть (испаряемость) топлива можно оценить по известным значениям пределов выкипания, давлению насыщенных паров и температуре вспышки.
Повышенная летучесть положительно влияет на характеристики горения, так как обеспечивает 600 500 550 460 ш 420 нш 55О н 540 ь- зоо 500 450 400 550 300 25О г 200 250 300 550 '400 450 температура вспышки, К 2 5 5 Ю 2050 50 700 200 500 Давление ларив,кпа Рис. 9.9. Взаимосвязь между летучестью и температурой вспышки 1331. Рис. 9.8. Влияние температуры иа лавление насыщенных паров авиационных топлив [32]. г — ЛЗ; г — тесл, Ал; з — знс Зегн; 4— Атиаз. более легкий запуск, увеличивает стабильность горения и полноту сгорания топлива.
Эти преимущества особенно очевидны, когда характеристики горения лимитируются плохим распыливанием топлива. Недостатки, связанные с повышенной летучестью, были указаны выше, при обсуждении влияния давления насыщенных паров, и заключаются в повышенных потерях на испарение топлива и повышенной пожароопасности. Взаимосвязь между летучестью (температурой выкипания 1О % топлива) и температурой вспышки показана на рис. 9.9. 352 Глава 9 Вязкость Вязкость зависит главным образом от химического состава углеводородов, содержащихся в топливе [7]. Помимо влияния на мощность насоса, потребную для прокачки топлива через топливную систему, от вязкости зависит качество распыливания топлива и, следовательно, скорость его испарения и горения.
Чем больше вязкость, тем ниже качество распыливания. Современные центробежные форсунки в зависимости от конструкции и располагаемого давления подачи обеспечивают удовлетворительное распыливанне топлива с вязкостью, достигающей О,ОХВ Оала го,а а,ада ". 0,076 ь ООЫ 1,0 о,аов а,ао4 0,5 О 500 400 500 Боо 700 Температура, К 0,4 хаа хоо 500 ага 540 зво Температура топлива, К Рис. 9.11. Зависимость поверхностного натяжения от температуры для углеводородных топлив различной плотности 132). Рис. 9.10. Зависимость вязкости от температуры для типичных топлив 17, 33). г — дизельное топлиао; х — Атеаг 1ЯРвк а — Атаиг; а — Аг1ан 1ЛРак 5 — Атпаз., — !б 10-5 мз/с.
Существенное преимущество пневматических форсунок по сравнению с центробежными заключается в том, что их характеристики практически не зависят от вязкости топлива 125). Вязкость топлив для газотурбинных двигателей сильно зависит от температуры (рис. 9.10).
Поэтому тяжелые жидкие топлива и мазуты обычно приходится подогревать. Увеличение вязкости топлив при понижении температуры налагает ограничение на нижний предел температуры, при котором может быть обеспечено удовлетворительное распыливание топлива на режиме запуска.
Отсюда косвенным образом может быть установлена предельно допустимая величина вязкости топлива при температуре окружающей среды (в настоящее время 12 10-в ми/с для запуска). топлива длв газотурбилнык двигателей Поверхностное натяжение Температура замерзания Самолеты с газотурбинными двигателями наиболее экономичны при полетах на больших высотах, где температура окружающего воздуха может снижаться до 193 К. К счастью, для уоо 28 сза 260 оао е 550 .", гйа 220 500 200 й50 гга гйо гза т,,к Рнс. 9.13, Влияние температуры замерзання топлива на температуру конца кипения [261.
5 а 15 ~т 21 25 Число омамое углерода Рнс. 9.12. Зависимость температуры замерзания топлива от числа атомов углерода в молекуле 1271. — — — парафины; — ° — нафтенмт — ароматнчеекне углеводороды. заметного снижения температуры топлива во время полета необходимо значительное время; кроме того, этому процессу противодействует динамический нагрев самолета. Тем не менее при длительном полете на большой высоте температура топлива, как показали измерения, иногда падает до 230 К. При этом вязкость топлива возрастает настолько, что возникают трудности с его прокачкой и распылением.
Другая проблема, связанная с понижением температуры, заключается в выпадении 23 Зак. 761 Обычно в технических условиях не указываются предельные значения поверхностного натяжения для топлив ГТД. Однако поверхностное натяжение оказывает существенное влияние на мелкость распыливания топлива, поскольку как для центробежных, так и для пневматических форсунок средний медианный диаметр капель Рзз пропорционален ооа.
Величины поверхностного натяжения для некоторых топлив и их изменение по температуре показаны на рис. 9.11. 664 Глава Р осадка — твердых частиц углеводородов нли льда,— который может привести к засорению фильтров или системы топливо- подачи. Температура, при которой в процессе охлаждения топлив появляются первые кристаллы или твердые частицы, называется температурой кристаллизации (замерзания). В технических условиях на авиационные топлива максимальные температуры замерзания ограничивают, в зависимости от условий эксплуатации, значением 227 или 215 К. Получение топлива с удовлетворительной температурой замерзания обычно не создает каких-либо дополнительных проблем для процесса перегонки,еслинесчитать возможногоуменьшения выхода топлива с приемлемыми свойствами.
Однако некоторые трудности могут возникнуть при попытке увеличить выход топлива путем увеличения температуры конца кипения или при перегонке некоторых особых сортов нефти. Обычно это приводит к появлению в топливе углеводородов с большой молекулярной массой, которые имеют, как правило, более высокие температуры замерзания (рис. 9.12).
Связь между темпера- 6,2 турой замерзания и температурой конца кипения показана 6,0 на рис. 9.13. " 2,6 Удельная теллоемкость 26 1,6 260 Л6 .540 660 420 460 6165 610 т,к Рис. 9.14. Зависимость теплоемкости топлива от температуры (29). †Ата; 5 — ЯР4, ае1 В; а — ае1 А; 4 — 5Р5 В сверхзвуковых самолетах ". 2,4 топливо может использоваться о как поглотитель тепла от дви- гателя и планера. В связи с 2,0 этим важным свойством топлива является его удельная теплоемкость.
В этом отношении топлива парафинового ряда, имеющие большую удельную теплоемкость, более привлекательны, чем нафтеновые или ароматические топлива 127,28]. Значения удельной теплоемкости для керосинов приведены на рис, 9.14. Для других жидких нефтяных топлив величину удельной теплоемкости можно с достаточной степенью точности оценить по формуле (0,76 + О,ООзз57е) 7( 1~) -0.5 Рт Удельную теплоемкость паров топлива рекомендуется вычислять [29] по формуле ср — — (0,136+ 0,00127т) (4 — р,) кДжЯкг К). 355 тананаа дая газотурбннньп двигателей В обеих приведенных формулах р, — это относительная плот- ность жидкого топлива.
Скрытая теплота испарения Скрытая теплота испарения при средней температуре кипения топлива может быть выражена через относительную плотность и температуру: /. = (360 — 0,39Тт)~/рт кДж/кг. Теплопроводность Теплопроводность жидкого нефтяного топлива может быть определена из выражения Уе = (0,134 — 0 000063Тт)/рт Вам ° К). СВОЙСТВА ТОПЛИВ, ВЛИЯЮЩИЕ НА ПРОЦЕСС ГОРЕНИЯ Теплотворная способность Теплотворная способность топлива является мерой тепла, которое высвобождается при полном сгорании топлива в стан- дартных условиях.
Для топлив газотурбинных двигателей такой характеристикой является 49 величина низшей теплотворной способности, поскольку она от- ы 49 носится к случаю полного сгорания с образованием паров воды НхО и углекислого газа СО,. Теплотворную способность, отнесенную к массе, в настоящее время принято называть удельной энергией Н , 0,7 0,0 0,9 Т0 а теплотворную способность, отнесенную к объему, — энер- Рис. 9дб.
Зависимость теплотворноя гоемкостью Н„. Для большин- способности от относительной плотности жилиих нефтяных топлив ПТ ства углеводородных топлив удельная энергия связана, как лизельиые топлива; м — мазуты. показано на рис. 9.16, с относительной плотностью. Как правило, самые тяжелые топлива обладают наибольшей энергоемкостью, тогда как самые легкие 40 2за Наибольший интерес представляют свойства, от которых зависят температура пламени, скорость химической реакции, пределы устойчивого горения и склонность к образованию сажи. Гаааа Р топлива — наибольшей удельной энергией. Выбор авиационного топлива зависит либо от ограничений, связанных с объемом баков, как у истребителей, либо от допустимой общей массы топлива, определяющей дальность полета, как у пассажирских и транспортных самолетов. Удельная энергия топлива целиком зависит от его химического состава и, в частности, от отношения водород/углерод.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
