Процессы в камерах сгорания ГТД Лефевр А. (1014188), страница 80
Текст из файла (страница 80)
Оказалось, что для предотвращения агломерации капель на поверхности жидкого азота плотность распыленной жидкости должна быть больше 1200 кг/м'. Таким образом, этот метод ие подходит для керосина, нефтяных масел и воды, что, конечно, является его серьезным недостатком. Кроме того, минимальный измеряемый размер (53 мкм) слишком велик. Различные модификации этого метода предлагались в работах [22, 25, 26]. В методе работы [22] применялся специальный изокинетический зонд. К кончику зонда подводился газо образный или.жидкий азот, который выпускался в набегающий поток аэрозоля через узкую кольцевую щель.
Температура азота составляла 140 К, что приводило к быстрому замораживанию капель, которые затем собирались в охлажденную азотом прозрачную кювету и фотографировались под микроскопом. Число и размеры капель определялись путем обработки их изображений на фотоснимках, увеличенных более чем в 50 раз. 26 ЗВО № Вп 402 глава !Ф Этот метод прост и удобен, но все-таки требует введения поправок, учитывающих изменение размера капли при ее замораживании. В последние годы интенсивно разрабатывались оптические методы определения размеров капель и их распределений. Эти методы обладают таким существенным преимуществом, как бесконтактность измерений, поскольку не требуют применения отборных устройств. В большинстве процессов горения представляют интерес капли диаметром более 10 мкм, так как меньшие капли быстро испаряются. Кроме того, мелкие капли составляют малую долю общей массы жидкости в аэрозоле.
Были развиты различные оптические методы определения размеров капель в диапазоне, имеющем практический интерес. В работе [27] впервые был предложен метод определения среднего заутеровского диаметра капель нереагирующего аэрозоля по рассеянию света, основанный на измерении интенсивности моно- хроматического света, рассеянного на различные углы. Величина !Ум может быть получена непосредственно из распределения интенсивности по расстоянию от оси пучка света в фокальной плоскости собирающей линзы. На практике достаточно измерить расстояние от оси г, на котором интенсивность рассеянного света уменьшается в !О раз.
Используя выведенное в работе [28] соотношение между указанным расстоянием и 1Узм можно определить этот средний диаметр. Метод Доббинса широко использовался в исследованиях топливных форсунок автором этой книги и его сотрудниками [29 — 37]. Результаты измерений показали практическую пригодность этого метода и хорошее его согласие с другими методами. Последний вариант этого метода [33] обеспечивает хорошую точность определения среднего размера капель до 20 мкм. Главное преимущество метода Доббинса состоит в том, что он очень удобен для анализа дисперсности аэрозолей и позволяет достаточно просто, быстро и непосредственно оценить качество распыла.
Недостатком его является отсутствие информации о распределении капель по размерам, однако этот недостаток не очень существен, так как, согласно работе [12], распределение объема жидкости по размерам капель однозначно связано с Озз или 0 . В работе [38] предложена модификация этого метода, основанная на измерении энергии рассеянного света, проходящего через кольцевые диафрагмы в фокальной плоскости собирающей линзы.
При этом предполагается, что распределение капель по размерам соответствует формуле Розина — Раммлера [11]. Из результатов измерений получаются оба параметра этого распределения. Достоинства метода состоят в автоматическом выявлении ошибок и некоторой стандартизации процедуры об- Подача токам»а 463 работки результатов измерений. Наибольшая точность измерений достигается в диапазоне значений О»т от 80 до 130 мкм. Для определения размеров капель в аэрозолях использовались также фотографические методы измерений. В некоторых нз них применялись фотовспышки для получения «замороженных» изображений капель [39 — 45).
Кроме того, при двойной экспозиции можно получать пары изображений каждой капли и определять по ним скорость движения капель. Проблемы обработки данных, полученных фотографическими методами, значительно облегчаются при использовании телевизионных анализаторов типа разработанного фирмой «Паркер — Хэннифин» [15).
Такой прибор применялся в исследованиях характеристик аэрозолей многих центробежных и пневматических форсунок. Он позволяет с выдержкой 0,5 мкс получать фотоснимки капель, находящихся в объеме 1,5 Х 2,0 Р, Х 1 мм. Разрешающая способность системы составляет 4 мкм, частота — 15 кадр/с. Полное время измерений приблизительно равно 20 мин, число обрабатываемых капель — 14000. Воспроизводимость результатов измерений величины Ват в диапазоне 80 — 200 мкм составляет -~-6 а . Возрастающий интерес к изучению распыливания жидкостей в последние годы привел к созданию нескольких новых лазерных методов, основанных на регистрации рассеянного света и измерениях отношения интенсивностей. Методы, связанные с измерениями отношения интенсивностей, позволяют определять размеры очень мелких капель, например в диапазоне от 0,3 до 3 мкм.
Методами, основанными на регистрации рассеянного света, можно точно определять размеры капель диаметром более 1О мкм. Пока новые методы опробованы лишь в «холодных» условиях, но исследуются возможности нх применения при горении. Дополнительные сведения о разработках таких методов содержатся в обзоре [46]. Угол факела распыле Основная трудность в определении и измерении угла факела распыла центробежных форсунок состоит в том, что его границы криволинейны вследствие эффекта захвата воздуха топливной струей. Ввиду этого угол факела распыла часто принимают равным углу между прямыми линиями, выходящими из отверстия форсунки и пересекающими контур факела на некотором фиксированном расстоянии от торца форсунки.
Вполне удовлетворителен метод определения угла факела распыла по теневой картине, получаемой на матовом стекле при увеличении изображения в 2 — 3 раза. Для пневматических форсунок нет вполне удовлетворительного метода определения угла факела распыла. Трудность со- 26» 404 Глава те стоит в том, что нельзя точно определить край факела, и поэтому угол факела можно найти лишь по измерениям радиального распределения потока массы топлива на заданном расстоянии от форсунки. Степень равномерности Окружное распределение топлива в коническом факеле можно найти, распыливая топливо вертикально вниз в лоток, разделенный на сектора.
Каждый сектор соединен с отборной трубкой. Подача топлива прекращается, когда одна из отборных трубок становится полной. Относительный уровень наименее заполненной трубки принимается за степень равномерности. Во многих приложениях эта величина считается приемлемой, если она равна 80 04. Другие методы определения равномерности распределения аэрозоля описаны в работе 146).
СТРУЙНАЯ ФОРСУНКА Распыливание жидкостей может быть осуществлено довольно простыми средствами. Например, при истечении керосина нли бензина через отверстие в стенке трубы под давлением -100 кПа создается мелкораспыленный аэрозоль. Топливные форсунки, основанные на этом простом принципе, называют струйными. Такие форсунки редко применяются в основных камерах сгорания газотурбинных двигателей, но широко используются в форсажных камерах, в которых система подачи топлива обычно состоит из одного или нескольких укрепленных на стойках кольцевых коллекторов со струйными форсунками.
Иногда в качестве коллекторов применяются радиально расположенные трубки с заглушенными концами, соединенные кольцевымн трубопроводами. На этих трубках располагается большое число топливных форсунок, которые обеспечивают равномерное распределение мелкораспыленного топлива в потоке газа, поступающего в зону горения. Ясно, что при заданном расходе топлива большое число малых отверстий позволяет более равномерно распределить топливо в пространство, чем небольшое число крупных отверстий. Однако ввиду опасности их засорения диаметр 0,5 мм на практике обычно считают минимально допустимым.
Расход жидкости через струйную форсунку определяется по формуле т = 35 1Содо~(р АР )". (10.10) Коэффициент расхода отверстия Сл зависит от многих параметров, но главным образом от диаметра отверстия и отно- Подача топлива щения 1/г(в, где 1 — длина канала. В работе ]16] приведены графики зависимостей коэффициента расхода от числа Рейнольдса, 1/дв, г(в и перепада давлений на форсунке. Эти зависимости получены в основном из экспериментов [47].
Из них следует, что коэффициент расхода максимален при 1/г(в = 4 — 6 При этом также максимальна дальнобойность топливной струи в неподвижном воздухе. Эффективная площадь поперечного сечения потока жидкости, вытекающей из форсунки, определяется величиной отношения расхода жидкости к квадратному корню из перепада давлений на форсунке.
Эту величину называют параметром расхода форсунки. Используются две величины, соответствующие объемному и массовому расходам жидкости: РАт = 4ж (л/ч)/ ~/ЛРж (к Па") (!0.11) Гг!, = тж(кг/ч)/ч/ЬР (кПав'). (10.12) Угол конуса распыла струйных форсунок обычно находится в диапазоне от 5 до 15'. Диаметр отверстия и отношение 1/Нв на его величину влияют слабо. Угол конуса распыла зависит главным образом от вязкости и поверхностного натяжения жидкости и характеристик турбулентности вытекающей струи.
С увеличением интенсивности турбулентности возрастает отношение радиальной и осевой компонент скорости потока в струе, что приводит к увеличению угла конуса распыла. В случае струйных форсунок распыливание происходит с образованием жидких нитей, которые затем распадаются на капли. Распад струи улучшается с увеличением скорости потока вследствие повышения уровня турбулентности в струе и аэродинамических сил сопротивления окружающей среды.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
