Процессы в камерах сгорания ГТД Лефевр А. (1014188), страница 82
Текст из файла (страница 82)
10.12, можно заметить, что соответствующий поправочный множитель в наиболее важном диапазоне изменения О,/О, (от 0,5 до 1,О) равен 0,95. Учет этих поправочных множителей в формуле (10.15) дает С' =0,0616— 0~ Аф о 4, 084,. Эта зависимость приведена на рис. 10.13 для двух значений О,/дм равных 5,0 и 3,5, вместе с кривой, полученной в работе [54] и используемой на фирме «Лукас>. Расход топлива Массовый расход топлива через одноступенчатую форсунку зависит от размеров тангенциальных каналов и сопла, плотности топлива и перепада давлений на форсунке. Расход определяется по формулам (10.16) и (10.!О), из которых следует (10.
17) т =9,20гКа(АфржЬР )ал Подана топлива Угон конуса распыпа Угол конуса распыла О зависит главным образом от площади поперечного сечения тангенциальных каналов и диаметров камеры закручивания и выходного сопла. Теоретическое соотношение между 8 и геометрическим параметром Аф/11,21о показано на рис. 1ОЛО. Это соотношение справедливо только для невязких жидкостей. Влияние вязкости приводит к его модификации, которая зависит от формы и площади смоченной поверхности, выражаемых отношениями 41,/21о, л.,/лл, и 1/11о. На 120 о,в 10 20 О 0,2 04 Об ОВ 10 де/ване 0,4 О,В 1,2 1Е/Вава Рис. 10.14. Зависимость угла конуса факела от геометрической характеристики форсунки.
— — — теория идеальной жадности; — аксиеримент. Рис. 10.13. Зависимость коэффициента расхода от геометрической характеристики форсунки. — — — теория идеальной жндкостя; — — амиирияеская криааи фирмы «Лукас» для ироектироеания форсунок. рис. 10.14 результаты теории Тейлора сравниваются с экспериментальными данными ]51, 54, 55]. Согласие между ними оказывается удовлетворительным при больших значениях угла, но при О = 60' теоретическое значение на 3' меньше экспериментального.
Влияние коэффициента вязкости топлива на угол конуса распыла О исследовалось в диапазоне значений от 2.10-а до 50 10-' м'/с ]55]. Получено следующее соотношение между О и коэффициентом вязкости; 1оО сьэ т 110.18) Влияние давления подачи топлива и давления среды, в которую оно распыливается, на угол конуса распыла одноступенчатых форсунок большой производительности исследовано в работе ]56]. Установлено, что в диапазоне изменения перепада давлений от 1,7 до 2700 кПа и давления в среде от 1О до 800 кПа угол О изменяется обратно пропорционально произве- су 1 е, О,б З' "0,4 $0,2 О 100 у во о с о В б0 412 Глава 1В дению ЬР Р.',', .
Аналогичный результат получен для воды, распылнваемой в неподвижный воздух; уменьшение угла ЛО пропорционально ЬР Р",,„[57]. Такое смыкание факела при больших расходах топлива и высоком давлении среды является главной причиной образования сажи и дыма при использовании форсунок этого типа. Как указывалось выше, угол конуса распыла зависит в основном от величины Аа/г9,дв, ио он может изменяться в широких пределах в зависимости от конфигурации кромок сопла (округления, фаски, выступы и др.), что часто делается с целью уменьшения влияния вязкости топлива. Параметры, влияющие на средний размер капель В работе [7] и в других исследованиях установлено, что основными факторами, влияющими на качество распыливания топлива, являются свойства топлива и среды, давление подачи, размеры и форма форсунки.
Ниже обсуждается влияние этих факторов. Свойства жидкости. Важными свойствами топлив являются поверхностное натяжение, вязкость и плотность. Величины поверхностного натяжения топлив, используемых в ГТД, мало различаются, и поэтому указанное свойство на практике не имеет большого значения. То же самое относится и к плотности. В противоположность этим свойствам вязкость топлив может изменяться почти на два порядка, и поэтому ее влияние на ,средний размер капель существенно.
Работ по выявлению зависимости Овв от поверхностного натяжения мало, а от плотности, по-видимому, нет вовсе. Влияние поверхностного натяжения обычно представляют в виде Т1м~о . (10.19) Величина а в работе [58] оказалась равной 0,6, но весь диапазон изменения о составлял лишь около 20 вал, а вязкость при этом изменялась очень сильно. В более основательной работе [59] изучались шесть одноступенчатых форсунок с впрыскиванием воды и керосина, имеющих одинаковые коэффициенты вязкости, различающиеся на ЗО '/в плотности и коэффициенты поверхностного натяжения, различающиеся примерно в 3 раза. Из полученных данных следует, что величина 1)в, изменяется под влиянием коэффициента поверхностного натяжения, а не плотности.
Для практически важных значений числа Вебера, меньших единицы, было получено а = О,!6 или 0,19 в зависимости от того, какая величина поддерживалась постоянной — ХР или т . Данные о влиянии вязкости на средний размер капель более определенны. Во всех работах экспериментальные данные пред- атодача топлива ставлялись в виде (10.20) !р ж !55, где Ь = 0,16 [58], 0,20 [60] или 0,215 [6!]. Принимая среднее нз этих значений, получим Г! 6Л (! 0.2!) Свойства окружающей среды. Представляет интерес влияние двух параметров воздушной среды: давления и температуры. Обычно их рассматривают как величины, изменяющие плотность воздуха.
Однако такое представление в действительности является весьма упрощенным и, как будет показано ниже, может привести к серьезным ошибкам. Экспериментальные исследования влияния давления воздуха яа средний размер капель дали противоречивые результаты. Б работе [40] значение Овв возрастало с увеличением Р„„, что согласуется с выводами работы [57], в которой получено соотношение Р„66 Р6,6~„, Однако в работах [62, 63] обнаружен обратный эффект. Получены соотношения О,бр Р ',, '[63], 1ра, оо 65 Р,,'," [64, 65] и В„~ Р„6;„5 [66].
Таким образом, ввиду неясности характера влияния давления на средний размер капель необходимы дальнейшие исследования, особенно при высоких давлениях, соответствующих условиям в современных газотурбинных двигателях. На рис. 10.15 показаны функции распределения капель по размерам, полученные в работе [66]. С повышением давления максимумы кривых смещаются в сторону более мелких капель, чзо объясняется дроблением крупных капель при повышенном давлении. Исследовалось влияние температуры воздуха на средний размер капель [66].
Результаты оказались противоположными тем, которые можно было ожидать из чисто теоретических соображений, указывающих на уменьшение числа Вебера (и, следовательно, увеличение размеров капель). при повышении температуры. Была получена зависимость -6.56 1!66 оо ррррр . (10.22) Такой несколько неожиданный результат был приписан тому, что топливо, впрыснутое в горячий воздух, нагревается конвективным и радиационным потоками тепла. Это уменьшает поверхностное натяжение и, следовательно, увеличивает число Вебера до значений выше критического, что приводит к дроблению крупных капель. Отметим, что процессы теплообмена должны способствовать улучшению распыливания также в результате уменьшения вязкости топлива.
414 Глава 16 Давление подачи топлива. С увеличением перепада давлений возрастает скорость истечения топлива из форсунки, вследствие чего увеличивается число Вебера и улучшается распыливание. Аналитически этот эффект можно представить в виде Оззз (АР ] '. (10.237 В литературе приводятся значения с, равные 0,275 [67], 0,35 [66], 0,4 [60] и 0,43 [58]. Наиболее достоверной величиной можно считать с = 0,35, так как в экспериментах работы [66] 24 55 зо го К 15 Я 17 оа 4 Ге гв Ы 20 15 й а 10 О 20 40 50 50 ЮО 120 Диамемр капли,мкм о го 4о ео 50 100 120 Диамамр калаи, мкм Рнс. 10.15.
Распределение капель по размерам прн различных давленнях воздуха 166]. тд=заа К, ЬРЬ 11ОЗ кпа Рнс. 10,16. Влияние отношения длины камеры закручивания к ее диаметру нз распределение капель по размерам [201. диапазон изменения давлений был наиболее широк — от 100 до 1700 кПа. Размеры форсунки. В работах [30, 31, 34] было установлено, что характерным размером при распыливании являетси толщина пелены жидкости, вытекающей из сопла форсунки.
Из теорий [68 — 70] следует, что средний размер капель приблизительно пропорционален корню квадратному из толщины пелены жидкости; это подтверждается экспериментальными данными. Следовательно, при прочих равных условиях увеличение размера форсунки снижает качество распыливания, поскольку 032 оо а,' . Хотя это соотношение следует из анализа размерностей, влияние размера форсунки, насколько известно автору, систематически еще не изучено.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
