Процессы в камерах сгорания ГТД Лефевр А. (1014188), страница 81
Текст из файла (страница 81)
Вязкость жидкости оказывает противоположное влияние на распад жидких нитей. Аналитически это выражается следующим соотношением для среднего размера капель аэрозоля струйной форсунки при истечении жидкости в неподвижный. воздух (48]: з !в !отто,т ~32 у (10. 13) ж где (/ — скорость жидкости, м/с, ч — кииематическая вязкость жидкости, м'/с. Следует подчеркнуть, что соотношение (10.!3) справедливо только при подаче жидкости в неподвижную воздушную среду.
Ниже рассмотрены два практически важных случая: 1) подача в спутный или встречный поток воздуха и 2) подача в сносящий поток воздуха. Влияние скорости воздуха (газа) существенно потому, что процесс распыливания не завершается на срезе форсунки: ои 406 Глава та продолжается в окружающей среде до тех пор, пока размер капли не достигнет минимальной критической величины, ниже которой ее распад становится невозможным. Критический размер капли зависит не от абсолютной, а от относительной величины скорости жидкости в окружающей среде. Если жидкость и газ движутся в одном направлении, то дальнобойность струи увеличивается, а распыливание ухудшается, что выражается в увеличении среднего диаметра капель.
Наоборот, при движении жидкости и газа в противоположных направлениях дальнобойность струи уменьшается, конус факела расширяется, а качество распыливапия повышается. Таким образом, при оценке влияния газового потока на обозмер > копли разование аэрозоля, а также достигаемой степени диспергирования жидкости следует использовать величину относительной скорости.
— мЬи, ! Если струйная форсунка ориентирована по нормали к направлению потока воздуха, то капли большего размера проникают в поток на большее расстояние; распределение капель по размерам в этом направлении показано на рис. 10.8. Такое распределение аэрозоля не всегда является недостатком; например, воспламенение облегчается, если оно производится в области мелких капель. Приведенное выше обсуждение влияния движения воздуха на характеристики аэрозоля, создаваемого струйными форсунками, относится только к случаю не очень высокой скорости воздуха.
Если струя жидкости подвергается воздействию высокоскоростного воздушного потока, то механизм ее распада становится близким к пневматическому. Струйные пневматические форсунки широко используются в газотурбинных двигателях; их характеристики и свойства аэрозолей будут описаны в этой главе несколько ниже. 1 Жидкосль Рис. 10.8. Влияние сносяпгего потока воздуха на пространственное распределение капель. ОДНОСТУПЕНЧАТАЯ ЦЕНТРОБЕЖНАЯ ФОРСУНКА Вследствие узкого конуса распыла струйные форсунки часто непригодны для камер сгорания ГТД.
Ббльшие углы характерны для центробежных форсунок, из.которых в результате вращения жидкость вытекает в виде полого конуса. Простейшую конструкцию имеет так называемая одноступенчатая центробежная форсунка, показанная на рис. 10.9. Топливо поступает в камеру закручивания через тангенциаль- 407 Подача тоаямаа ные каналы, сообщающие потоку большую крутку, при которой образуется воздушный вихрь. Вращающаяся жидкость вытекает через сопло под действием осевых и радиальных сил в виде полой конической пелены. Угол конуса распыла определяется отношением радиальной и осевой компонент скорости жидкости на выходе из сопла.
По мере Осевая сила Ралулаюаруюасна .лапок увеличения давления подачи жидкости происходят следующие изменения режима работы форсунки: 1) топливо капает Иерю с из сопла; 2) топливо вытекает в виде тонкой деформированной струи; 3) возле сопла об- Коаффи54иент расхода Коэффициент расхода центробежных форсунок мал вследствие образования воздушного вихря, который занимает значительную часть площади поперечного сечения сопла.
В работе 149) были изучены характеристики большой группы форсунок сходных конструкций при использовании жидкостей с различ- разуется конус, который схлопывается в пузырь под действием сил поверхностногонатяжения; 4) пузырь раскрывается и приобретает форму тюльпана с рваным краем, на котором происходит распад пелены жидкости на сравнительно крупные капли; 3) искривленная поверхность выпрямляется до образования пе- ЛЕНЫ КОНИЧЕСКОЙ фОрМЫ, Прн- РНС. 10ть ОДНОСтУЯЕНЧатан НситРО- бежная форсунка. чем с удалением От форсуики г — тангенциальные каналы' у — камера ааПЕЛЕНа утОНЬШаЕтея, СтаНОВИт. аруииаавиа; 5 — угон конуса расиылаа а — воадушныя вихрь: 5 — выходное отвер- СЯ НЕУСтойЧИВой И Расцапастси стие форсунки.
на нити, а затем на капли, образующие равномерный полый конус аэрозоля. Были предложены различные типы центробежных форсунок„ различающиеся главным образом методом создания закрученього течения жидкости до истечения струи [23). К ним относятся использование камер закручивания с тангенциально расположенными щелями или отверстиями (как на рис.
10.9), каналов со спиральными канавками или лопатками, а также тонких закручнвающих пластин без камеры закручивания и тангеициальных каналов. аов Глава 10 0 0 04 0,8 7,7 76 Л 7'00 Рис. !О.!О. Теоретические зависимости козффипиента расхода и угла конуса распыла от геометрической характеристики. Соображения по проектированию Основное внимание при проектировании центробежных форс)нок следует уделять величине потерь давления на трение. Эти потери оказывают противоположные влияния на коэффициент расхода.
С одной стороны, потери на трение являются бесполезной тратой энергии, уменьшающей эффективный перепад давления на форсунке, что уменьшает коэффициент расхода. С другой стороны, препятствуя вращению жидкости в камере закручивания, трение уменьшает диаметр воздушного вихря н поэтому увеличивает коэффициент расхода. Относительный ными плотностями и вязкостями.
Установлено, что су7цествует общая зависимость коэффициента расхода от числа Рейнольдса, определенного по диаметру сопла. При малых числах Рейнольдса силы вязкости приводят к утолщению пленки жидкости у выхода сопла и поэтому увеличивают коэффициент расхода. В случае сопел с малым параметром расхода при малых номинальных расходах и низкой температуре керосина этот эффект может привести к существен- 770 ному завышению расхода по с' 00 7в св 700 '". ' б, сравнению с требуемым для " воспламенения и запуска с ~~~ 0,4 00 - двигателя. При значениях й числа Рейиольдса более В ол 00 $ 3000 (что характерно для обычных условий работы В" й' двигателя) коэффициент 70У,' расхода практически не зависит от Ке. Таким образом, для маловязких топлив принято считать, что коэффициент расхода данной форсунки постоянен в любых условиях ее работы. Согласно предложенной Тейлором (501 теории центробежной форсунки для невязкой жидкости, коэффициент расхода зависит от формы камеры закручивания и является однозначной функцией отношения площади поперечного сечения входных каналов к произведению диаметра камеры закручивания и диаметра сопла АфуР,Г)е (рис.
!0.10). Были предложены и другие теории центробежной форсунки, основанные на предположении о течении идеальной жидкости, однако все они имеют ограниченное применение, так как вязкость жидкости изменяет распределение скорости в камере закручивания. Подача топлива 409 вклад этих противоположных эффектов зависит главным образом от различных геометрических параметров, которые будут далее обсуждаться.
Отношение диаметра камеры закручивания к диаметру сопла, Влияние величины О,/21о на коэффициент расхода показано на рис. 10.11, из которого видно, что Ср возрастает с увеличением О,/01о. Однако величина )З,/22о не должна быть больше. 5,0, чтобы потери на трение не были велики [51]. В работе 152] 1,4 1,4 ч'12 6' ы - 1,0 сыа,б а 1,2 м 1,О ов Об Об '0' 1 2 3 4 б .Рз ЙО Рис, 10.11.
Зависимость коэффициента расхода от отношения диаметра камеры закручивания к диаметру сопла форсунни. ' 0 0,5 1,0 1,5 2,0 Сз /Рэ Рис. 10.!2. Зависимость коэффициента. расхода от отношения длины камеры закручивания к ее диаметру. рекомендуется, чтобы 12,/21е не превышало 2,5. Если нет других соображений, то наиболее подходяшим значением П,/с)о можно считать величину З,З, при которой отклонение теоретического значения С~ от экспериментального минимально (рис. 10.11). Зависимость Со от О,/с!о на рис. 10.11 может быть представлена в виде СО, азч/СО.
теор 0 55 Юз/С]о) (10.!4) Отношение длины камеры закручивания к ее диаметру. Эта всличина должна быть по возможности малой для уменьшения потерь на трение, однако для слияния отдельных струй из тангенциальных каналов в равномерную вихревую пелену необходима некоторая длина пути. В большинстве современных центробежных форсунок отношение /.,/11, выбирается между 0,5 и 1,0, хотя в последних исследованиях установлено, что более высокие значения 11,/с!о (до 2,75) позволяют улучшить распыливание ]20].
Отношение длины сопла к его диаметру. Ввиду больших потерь в сопле следует уменьшать это отношение до минимума. В крупноразмерных форсунках 1/22о можно снизить до 0,2. В форсунках малого размера вследствие трудностей их изготовления с требуемой точностью величина 1/01, должна составлять около 0,5. 410 Глаза 10 Отношение длины тангенциальных каналов к их диаметру. В работе [52] рекомендуется, чтобы эта величина не была меньше 1,3.
Более короткие каналы могут вызвать неравномерное распыливание топлива. Изготовление Хорошее распыливание топлива и его равномерное распределение в пространстве достигаются только при условии точного изготовления н монтажа форсунки. В работе [53] подробно описываются различные дефекты изготовления, которые могут ухудшить характеристики форсунки.
Важно не допускать повреждения сопловых отверстий при установке форсу.нок в двигатель. Формула для коэффициента расхода В работе [50] коэффициент расхода идеальной жидкости, вытекающей из центробежной форсунки, определяется по фор.муле С' 0'225 в ю О Учет влияния величин О./г(а и 1„/О, на Сэ [51] требует .модификации этой формулы. Влияние О./А легко учитывается при помощи поправочного множителя 0,55(О,/г(а)аа. Обращаясь к зависимости Сэ от й,/О„показанной на рис.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
