Процессы в камерах сгорания ГТД Лефевр А. (1014188), страница 70
Текст из файла (страница 70)
Было предложено несколько эмпирических формул для определения теплоты сгорания топлива по данным о его составе. Рагозин [30) рекомендует формулу, которая была предложена еще Менделеевым: Н„= 0,339 С+ 1,03 Н вЂ” 0,109(0 — 8) — 0,025"1У, где ̈́— низшая теплотворная способность топлива в МДж/кг, а С, Н, О, 5 и % — содержание в топливе соответственно углерода, водорода, кислорода, серы и воды в % по массе. Если химический состав топлива неизвестен, то теплотворная способность может быть оценена приближенно по его относительной плотности: Н„= 51,5 — 5,95/(1,53 — р,) МДж/кг.
Плотность энергии газообразных топлив обычно выражается в МДж/мз. Поскольку количество тепла, выделяемого топливом при сгорании в газовой горелке, зависит не только от объемного тепловыделения, для сравнения газообразных топлив и предварительной оценки характеристик топливной системы часто пользуются величиной, известной под названием индекса Уоббе Уг': ~ = Н»/Р» По существу индекс Уоббе характеризует величину энергии, которая может быть реализована при заданной величине отверстия для выпуска газа.
Обычно нельзя допускать, чтобы размер этот отклонялся более чем на 5% от номинальной величины, по которой рассчитывалась система топливоподачи. Энтапьпия Энтальпия характеризует способность топлива поглощать тепло; она является также мерой количества тепла, которое надо затратить, чтобы осуществить заданное изменение температуры или состояния топлива. Энтальпийные диаграммы, пример которых представлен на рис. 9.16, могут быть рассчитаны для любого топлива, если для него известны скрытая теплота парообразования, характеристики разгонки и удельные тепло- емкости.
Энтальпийная диаграмма на рис. 9.16 относится к топливу йе1 А. Кривая, обозначенная «жидкость», представляет 357 тепппвв дпя гв»егупбпппыв двпгвгепей максимальное количество тепла, которое может воспринять топливо, находясь в жидкой фазе. Кривая «пар» соответствует полностью испаренному топливу. Область, расположенная между этими двумя кривыми, соответствует неполному испарению, тогда как область, расположенная выше кривой клар», относится к перегретому пару.
В качестве примера использования энтальпийных диаграмм рассмотрим топливо Ле1А в жидкой фазе при температуре 300 К. Начальная его энтальпия, определяемая кривой для жидкой фазы, составляет давление пав 250 кДж/кг. Допустим, что к ОЛ топливу должна быть подведе- " на энергия в количестве б'000 800 кДж/кг с тем, чтобы его,й аах конечная энтальпия достигла Б аак 1050 кДж/кг. Это тепло может й ааа 40/ быть подведено несколькими а способами: 1.
Топливо может оставать- лп ся в жидкой фазе. Тогда, как это следует из энтальпийной ааа ню гад кривой для жидкости, его темт,к пература при энтальпии Ряс. 0,16. энтвльпвя топлива Яе1 А 1050 кДж/кг достигнет 600 К. 1З11. Чтобы топливо ври этом оставалось жидким, потребуется повысить давление до ~1,8 МПа. 2. Топливо может быть полностью испарено. Конечная температура пара, как показывает кривая для насыщенных паров при энтальпии 1050 кДж/кг, составит 522 К. 3. Топливо может быть испарено частично в диапазоне температур 522 †6 К, причем доля испаренного топлива будет зависеть от температуры и давления. Например, при давлении 0,7 МПа температура частично испаренного топлива составит 567 К, а относительное количество пара в смеси с жидкостью будет близко к 0,5.
Энтальпийные диаграммы для других керосиновых топлив приведены в [32]. Заа 400 Температура самовоспламенения Важным фактором, влияющим на огнеопасность и взрывоопасность самолета, является склонность топлива к самовоспламенению. При авиационных авариях пожары возникают обычно из-за воспламенения топлива при соприкосновении его с горячими частями летательного аппарата, особенно теми, которые расположены вблизи двигателей.
Эта проблема особенно 358 Глава Ф важна для высокоскоростных самолетов в связи с динамическим нагревом конструкции. На высотах )11 км при М вЂ” 2,7 температура передней кромки крыла превышает температуру самовоспламенения топлива Т» Температура самовоспламенения топлива зависит в значительной степени от его молекулярной структуры, поскольку . окислительные реакции, приводящие к самовоспламенению, начинаются только после разрыва химических связей, обусловленного термическим возбуждением атомов. Отсюда следует, что 7ОО Самаеосллаыеняюши ся таллина Боо Бенаины салойли Мазуты Керосины йсизелсные таллина Боо о,а 0,9 г,о Р Рис. 937.
Зависимость температуры воспламенения от плотности нефтяных топлив [861. тсмпервтура вспышки; †. — температура самсваснламененнн. более низкой температурой Тс обладают топлива с большей относительной плотностью, молекулы которых менее компактны и в большей степени подвержены разрыву [7]. Парафины с прямой цепью воспламеняются легче, чем разветвленные парафины или циклопарафины с тем же числом атомов углерода. Сильно разветвленные соединения и ароматические углеводороды наименее склонны к самовоспламенению. Температура самовоспламенения Тс обычно определяется путем впрыскивания небольшого количества топлива в нагретый тигель или колбу и измерения времени задержки воспламенения.
Такое испытание повторяется при более низких температурах (и дает соответствующее увеличение задержки воспламенения) до тех пор, пока не будет найдена минимальная температура воспламенения [7]. Типичные результаты показаны на рис. 9.17. Для углеводородных топлив Ть как правило, увеличивается при снижении давления. Исследования, проведенные на топливе ЛР4, показали [34], что снижение давления на 1/3 по сравне- 359 таллнва для газагурбиннма двигагалай нию с исходным приводит к увеличению температуры самовоспламенения в 2 раза. Проводились исследования влияния прнсадок на температуру самовоспламенения авиационных топлив. По данным работы ]36], в которой исследовался ряд присадок, наиболее эффективным оказался тетраэтилсвинец.
При концентрации — 0,7 мл/л эта присадка позволяет увеличить минимальное давление, необходимое для самовоспламенения, от 27,6 до 40,7 кПа. Среди присадок, исследованных фирмой «Боинг» ~36], наиболее многообещающим оказался тетраизопропилтитанат. Несмотря на многочисленные исследования, до настоящего времени не удалось найти оптимальной присадки к авиационному топливу, которая при малой концентрации позволила бы существенно повысить температуру воспламенения.
Пределы распростреиения ппаменм Горючие газы и пары могут гореть в воздухе лишь в строго определенных концентрационных пределах. В области концентраций, ограниченной этими пределами, пламя может распространяться на любое расстояние от источника поджигания. Принято различать «богатый» и «бедный» пределы распространения пламени, которые соответствуют максимальной и минимальной концентрации топлива, обеспечивающей распространение пламени. «Бедный» предел распространения пламени тесно связан с температурой вспышки.
Для топлив типа керосина предельные для распространения пламени значения отношения топливо/воздух н при комнатной температуре находятся между -0,036 и 0,28 (по массе); точное значение зависит от размеров и формы объема парового пространства в топливном баке. В работе ~78] приведены концентрационные пределы для смесей других топлив с воздухом при стандартных значениях температуры и давления. Установлено )32], что при концентрациях, соответствующих «бедному» пределу, все углеводороды выделяют при сгорании топливовоздушной смеси приблизительно одно и то же количество тепла на единицу объема. Исходя из этого, концентрацию топлива в смеси, соответствующую «бедному> пределу при нормальном атмосферном давлении, можно определить по формуле Л = 4360/(Н„т), где А — концентрация топлива на «бедном> пределе в а/а по объему, гл — молекулярная масса, а величина Н„берется в Мдж/кг.
Пределы распространения пламени несильно зависят от давления, за исключением области очень низких давлений; с увеличением давления пределы обычно несколько расширяются. 360 Глава В Влияние температуры проявляется более четко. При низких температурах топливо может образовать недостаточное количество пара, так что его концентрация в смеси будет ниже «бедного» предела воспламеняемости. При высоких температурах вследствие образования избыточного количества пара его концентрация в смеси может оказаться большей, чем на пределе воспламеняемости для богатых смесей.
Таким образом, смеси, в которых может распространяться пламя, образуются только в определенном диапазоне температур, Для обычного керосина и типичного топлива широкой фракции ЗР4 температурные пределы распространения пламени на уровне моря составляют соответственно от 254 до 288 К и от 316 до 338 К. Испарение топлива усиливается на больших высотах, поэтому в высотных условиях воспламеняющиеся смеси образуются при значительно более низких температурах, чем на земле.
Склонность к сажеобразованню Точка дымления. Влияние типа топлива и его состава на образование сажи рассматривается в гл. 11. Вероятно, наиболее широко используемым параметром, характеризующим склонность топлива к образованию сажи, является точка дымления. Этот параметр определяется экспериментально при сжигании испытуемого топлива в специальной фитильной лампе, позволяющей постепенно увеличивать высоту пламени и доводить ее до величины, при которой в нем появляется дым.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
