Процессы в камерах сгорания ГТД Лефевр А. (1014188), страница 83
Текст из файла (страница 83)
Отношение длины камеры закручивания к -ее диаметру. Влияние отношения Ь,/О, на качество распыливания изучалось в работе [20] в рамках более широкого исследования зависимости размеров капель аэрозоля от геометрических параметров форсунки. Полученные результаты показаны на Подача топлива 475 .20 ь Ц 15 110 Б 0 20 Нв 60 00 700 !20 !40 диаметр копли, мкм Рис. 10.17.
Влияние отношения длины сопла к его выходному диаметру на распределение капель по размерам 120). значение Ез/Ом По данным работы [20], это оптимальное значение близко к 2,75. Отношение длины сопла к его выходному диаметру. Результаты исследования [20] влияния 1/до на размеры капель показаны на рис. 10.17. Установлено, что величина Оза непрерывно уменьшается в диапазоне изменения 1/до от 2,82 до 0,4. Оптимальное значение 1/до не найдено, поэтому можно ожидать дальнейшего повышения качества распыливания при уменьшении 1/с(о ниже 0,4.
Зависимости, определяющие размеры капель Эмпирические соотношения, выведенные многими авторамй (см., например, [9, 60, 61] ), обычно имеют вид Р .а ь п)с (ДР ')е (10.24) Чаще других используется одна из ранних формул, полученная в работе [60]: Озз = 7,3о ' т„', пт~л (ЬРи) '". (10.25) рис. 10.16. Из них следует, что вначале с ростом Е,/Р, качество распыливания повышается благодаря выравниванию неравномерности распределения жидкости из-за малого числа тангенциальных каналов. Затем с увеличением длины сильнее начинают влиять потери давления, что ухудшает распыливание. Таким образом, можно ожидать, что существует оптимальное 416 Глава 10 В недавней работе [58] приводится формула 1".122 = 4,4о ле 'нт "(ЬР ) '", ( 10.26 Анализ влияния параметреа на размеры капель На процесс распыливания жидкостей одноступенчатымн форсунками воздействуют две противоположные силы: 1) аэродинамическая сила, которая приводит к распаду пелены жидкости на нити и капли, и 2) сила поверхностного натяжения, препятствующая распаду пелены.
Относительная роль этих сил количественно выражается числом Вебера. Как уже упоминалось ранее, определяющим параметром при распылнвании является толщина пленки, и поэтому она должна быть выбрана в качестве характерного размера в критерии Вебера. Таким образом, 4 02 в — х пов ~ (у.гв.ол ) — оя Е в~о~ 1 л (! 0.27) При этом предполагается, что 4122 не зависит от вязкости жид- кости. Но величина Г зависит от вязкости жидкости согласно соотношению [34] — '. -("..*"') " (10.28) Тогда, подставляя (10.28) в (10.27), можно получить оооо'2 ( 2 ) ( — ) оо (10.29) Анализируя имеющиеся экспериментальные данные с учетом ширины диапазонов изменения параметров и надежности применяемых методов измерения, можно принять в качестве наилучших значений х и у соответственно величины 0,25 и 0,333.
При этом из (10.29) и выражения (22 =2ЬР [р следует 1 оло оаа о,124,4о,о(АР )-о,ото -о,оо (10.30) Величина показателя степени о близка к данным [59] (0,16 — 0,19). Величина показателя степени при 14 согласуется со всеми известными данными. Влияние плотности жидкости на охватывающая широкий диапазон изменения коэффициента вязкости жидкости (от 1,0 10-4 до 93,0 10-4 м2/с), что повышает достоверность показателя степени 0,16 величины Ввиду малого диапазона изменения поверхностного натяжения, сопровождающегося сильным изменением вязкости, показатель 0,6 в формуле (10.26) может потребовать уточнения. Подача топлива 417 Ртт невелико, что также следует из экспериментов, однако надежных данных для проверки показателя степени р не имеется. Показатель степени 4(а в экспериментах соответствует теоретическому значению. Также подтверждаются значения показателей степени перепада давления и плотности воздуха ( — 0,375 и — 0,25) [66).
Если в (10.30) подставить выражение т(, — тол/ /(ЛР р )ап и использовать данные работы [58], то можно определить величину А, и тогда получается следующая формула: Раз=2,25а" 11ж лтж (ЛР~) ' Рвоза. (10.31) Распределение капель по размерам Кроме обширного исследования [12), число работ, в которых изучалось распределение капель по размерам для центробежных форсунок, невелико. Это объясняется большими трудностями измерений в широком спектре размеров капель, создаваемых рассматриваемыми форсунками. В работе [12) сделано предположение о том, что распределение капель по размерам для' хорошо спроектированной центробежной форсункн можно вычислить, зная лишь средний размер капель аэрозоля — Ртт или Р .
Оно основано на двух положениях, проверенных экспериментально: 1. Отношение Р,/Ртт по многочисленным данным является постоянной величиной как для центробежных, так и для пневматических форсунок и равно 1,20. (Такое же отношение было получено в работе [21) при определении парафнновым методом размеров капель в случае форсунок, использующих вспомогательный воздух.) 2.
Существует универсальное соотношение между относительным размером капли (при выборе Р„в качестве характерной величины) и соответствующей долей объема жидкости независимо от типа сопла, вязкости жидкости и способа измерений. Практическая важность такого результата состояла бы в том, что можно быстро и точно установить распределение капель по размерам, измерив только величину Раь Однако величина отношения Р,/Ра, оказалась переменной [71]. Она представляет собой меру дисперсии капель по размерам. Чем меньше это отношение, тем аэрозоль ближе к монодисперсному.
Эксперименты показали [71), что возможно большое отклонение от среднего значения Рч/Р„= 1,14, и поэтому сделан вывод о необходимости использования двух параметров для описания распределения капель по размерам. Дальнобойность факела распыле Уже отмечалось, что дальнобойность топливного факела значительно больше, чем единичной капли, вследствие индуцированного каплями спутного потока газа. Тем не менее, если 27 Заж 761 Глава 10 418 нет каких-либо данных о дальнобойности факела, некоторое представление о влиянии различных параметров можно получить из рассмотрения движения единичной капли. При использовании значения коэффициента сопротивления жидкой капли, полученного в работе [72[, показано [73[, что для дальнобойности капли диаметром 1) в покоящемся воздухе справедливо соотношение (бР )а,о7)ьааР— 046 — во (10.32) Наибольший интерес для практики в этом соотношении имеют зависимости от перепада давлений подачи топлива ЬР и давления газа Р„„.
Влияние ЬР оказывается двояким. Истечение топлива с большей скоростью способствует увеличению дальнобойности факела, но происходящее при этом уменьшение размеров капель приводит к увеличению суммарной поверхности капель аэрозоля и, следовательно, аэродинамического сопротивления, что уменьшает дальнобойность. Из формулы (10.30) для рассматриваемой форсунки следует 0 гл(бР ) (10.33) Подстановка (10.33) в (10.32) дает (бР )-о.аг (10.34) Таким образом, повышение давления подачи топлива в целом приводит к уменьшению дальнобойности факела.
Влияние давления воздушной среды на дальнобойность исследовано в работе [73[. Установлено, что дальнобойность факела обратно пропорциональна корню кубическому из давления воздуха, т. е. 8 ~ Раааа (10.35) Такое уменьшение дальнобойности в совокупности с соответствующим уменьшением угла конуса распыла может приводить к чрезмерной концентрации топлива вблизи форсунки. Наиболее серьезным следствием этого при высоком давлении в камере сгорания является увеличение образования сажи, приводящего к усилению излучения пламени и дымления.
Обдувочиый воздух Топливные форсунки в камерах сгорания газотурбинных двигателей обычно располагают внутри экрана, образующего вокруг форсунки кольцевой канал для подвода воздуха. Через этот канал проходит в радиальном направлении по торцу форсунки малая часть всего расхода воздуха в камеру — менее 2 а/а. Этот воздух предназначается для защиты топливного Подача топлива 419 сопла от перегрева пламенем и предотвращения нагарообразования, которое может повлиять на форму топливного факела.
Е!еравномерность распределения топлива по окружности факела нежелательна ввиду вызываемой ею неравномерности поля температуры и ухудшения характеристик высотного запуска. Кроме того, на наиболее жестких режимах работы могут происходить местные перегревы стенок жаровой трубы. Как показали эксперименты, обдувочный воздух выполняет не только указанные задачи, но при тщательном проектировании может заметно повысить качество распыливания, особенно на режимах неудовлетворительной работы форсунки.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
