Процессы в камерах сгорания ГТД Лефевр А. (1014188), страница 88
Текст из файла (страница 88)
При этом в диапазоне скоростей воздуха от 60 до 120 м/с показатель степени в зависимости размера капель от скорости составлял — 1,0 — 1,2. При давлении воздуха )200 кПа средний размер капель изменяется в соответствии с соотиоше- -ол ННЕМ 1222 Р вопд В подробных исследованиях пневматического распыливания [30, 31) также применялся метод рассеяния света. Схема испытанной форсунки показана на рис. 10.34. В форсунке этой конструкции жидкость подается через шесть расположенных равномерно по окружности тангенциальных каналов в кольцевую щель и через ее водослив на поверхность для образования пелены, которая срывается у кромки этой поверхности. Предусмотрена подача воздуха с двух сторон от пелены: часть воздуха проходит через центральный цилиндрический канал и отклоняется грибком Подача топлива 439 78 120 700 л„80 60 40 180 180 120 140 ,Па „.ВО оГ 80 700 ~ 80 ц 60 60 40 н 12 ,",70 Н ., 80 б 1 0 20 40 60 80 кпэффицненм алзкосмо, 10 зкг/(м с) Рис.
10.36. Зависимость среднего размера капель от вязкости жидкости [30]. Форсунка с предварительным созданием пленки жидкости (ть 0,010 ктгс, Г вовк 100 кПа). 20 7)В 10 1,2 1,4 16 1,8 20 2,2 Пломносмь жодкоопо, Гол кгум Рис. 10.37. Зависимость среднего размера капель от плотности жидкости [34]. Форсунка с предварительным созданием пленки жидкости (Р =100 кПа. Гнезд аоб К)' 0 20 50 .40 50 60 70 80 коеффнцоенм палерхносмноео намлженпя 10 кгусл Рнс.
10.36. Зависимость среднего размера капель от поверхностного натяжения жидкости [30]. Форсунка с прелварите.тьным созданием пленка 1Р„„=100 па, 7~за=хаак, о„зд- -100 м)с). 40 20, '1 2 5 4 5 б 7 8 В 10 17 Отношение млссоеых расходов воздуха и жодкогми Рнс. 10.38. Зависимость среднего размера капель от отношения массовых расходов воздуха и воды (Р...л = 100 кПа Т„зл — — 296 К) [31]. 440 Глава 10 в радиальном направлении к внутренней поверхности пелены жидкости, а другая часть проходит через кольцевой канал, окружающий корпус основной форсунки. Площадь кольцевого канала выбрана минимальной в плоскости распыливающей кромки с тем, чтобы поток воздуха имел наибольшую скорость в точке соприкосновения с внешней поверхностью пелены жидкости.
Исследовалось влияние на средний размер капель свойств жидкости — плотности и коэффициентов вязкости и поверхностного натяжения. Влияние свойств воздуха оценивалось путем заа 200 200 к рза 1аа 80 аа я 40 за 40 20 20 юаа ааа 400 заа 200 1аа Температура воздуха, Х Рис. 10.39. Зависимость среднего размера капель от температуры воздуха (Р„в„= 100 кПа, Рве - Т~„зд) (31]. — — — вода; — -керосин. 10 1 2 3 4 б 3 Ю яаепенае еаздуха, 10зла Рис. 10.40. Зависимость среднего размера капель от давления воздуха [31]. СЗ вЂ” вода: Х вЂ” нероснн.
его подогрева. Кроме того, определялась зависимость [узз от давления воздуха. Диапазоны изменения переменных величин составляли: скорость воздуха 55 †1 м/с, температура воздуха 296 †4 К, давление воздуха 100 †8 кПа, отношение массовых расходов воздуха и жидкости 1 — 10, коэффициент вязкости жидкости 0,00! — 0,044 кг/(м.с), коэффициент поверхностного натяжения 0,024 — 0,074 кг/сз. Результаты этих исследований !30, 31), частично показанные на рис. 10.35 — !0.40, позволяют сделать следую1цие общие выводы о роли основных факторов, определяющих средний размер капель.
В случае маловязких жидкостей определяющими являются поверхностное натяжение, скорость и плотность воздуха. Вязкость жидкости в широком диапазоне изменения параметров оказывает особое влияние. По этой причине формула Подача таааааа 441 (10.52) Р,,=10 '(1+ —," ) ~ " +0,06( — ) (10.53) Эта формула отличается от (10.52) лишь отсутствием влияния размера форсунки и более слабой зависимостью Рзз от отноше- ния расходов воздуха и жидкости. для среднего размера капель имеет вид суммы, состоящей из двух слагаемых: Рм=333 ° 10 " 1+ 13 0. 10-з( в ° ) Роэзто (1 + "' ) где за характерный размер форсунки принят диаметр Ра. Первое из них зависит главным образом от поверхностного натяжения жидкости и количества движения воздуха, а второе — от вязкости жидкости. При выводе этого соотношения использован анализ размерностей, а константы получены из результатов экспериментов.
Для таких маловязких жидкостей, как вода и керосин, первое слагаемое в формуле (10.52) является главным, так что Рм увеличивается с ростом поверхностного натяжения и плотности жидкости, размеров форсунки и отношения расходов воздуха и жидкости и убывает с увеличением скорости и плотности воздуха. Для вязких жидкостей второе слагаемое в формуле (10.52) приобретает большее значение, в результате чего Рзз меньше зависит от скорости и плотности воздуха. Большие отношения расходов воздуха и жидкости практически не влияют на средний размер капель, что видно из рис.
10.38. Данные этого рисунка имеют прямое отношение к проектированию пневматических форсунок, поскольку они отражают следующие важные для конструктора положения: 1) Качество распыливания начинает немного снижаться, когда швозд/шж становится меньше 4,0, а прн швозд/ш,в ( 2,0 распыливание ухудшается очень быстро. 2) При т„, /и„) 5,0 происходит лишь небольшое повышение качества распыливания с увеличением расхода воздуха. Ввиду возрастающего интереса к альтернативным топливам для газотурбинных двигателей проведены широкие исследования пневматического распыливания керосина, бензина и различных-смесей бензина с тяжелыми фракциями нефти [58].
Использовалась форсунка, показанная иа рис. 10.33; средние размеры капель определялись методом рассеяния света. Полученные экспериментальные данные представлены в виде 442 Глава 40 оо.о 0,22 ьз о,оь М ' рОЯ~Пф о,к ЛЬ ь + 0 10у( ~ ) Го.оо[1 1 ), (10.54) Наиболее важной особенностью формулы (10.54) является то, что в ней величина среднего размера капель непосредственно связана с толщиной пелены жидкости Г. Таким образом, в случае маловязкой жидкости [222 — Гоь.
Отсюда также следует соОтношение между 022 и размером форсунки 0о, так как при прочих равных условиях с — [., Влияние размера форсунки на средний размер капель изучалось в работе [36]. Были испытаны три геометрически подобные форсунки, у которых площади поперечных сечений отверстий относились как 1: 4: 16. Конструкция форсунок отличалась от показанной на рис.
10.34 лишь небольшими изменениями внутреннего воздушного канала с целью обеспечения более плавного уменьшения его площади с приближением к распыливающей кромке. Эти изменения исключали возможность мест- В экспериментах [30, 31] не делалось попыток измерить толщину пелены жидкости, стекающей в поток воздуха с кромки форсунки, хотя в анализе экспериментальных данных предполагалось, что эта толщина оказывает сильное влияние на средний размер капель [31]. Для проверки этого предположения проведены испытания двух форсунок с плоской пеленой жидкости, вводившейся вдоль средней плоскости прямоугольного канала для потока воздуха [34].
В одном случае тонкая равномерная пелена создавалась путем "- ~~~:-Ъ~-.:.-~~~:...>, введения жидкости черезпористую пластину, располощей кромкой. Толщина пелены Г измерялась контактной иглой. Во втором случае использовалось устрой- Воздух Жидкость ство показанное на рис ,',,У~'.,:; 10.41, в котором топливо вводилось в поток воздуха через тонкую щель регулируеРво 1О41 Ксслодоватольскал форсулха МОЙ ВЫСОТЫ, ЧТО ПОЗВОЛЯЛО [34). точно изменять и контроли- ровать начальную толщину пелены. Размеры капель определялись оптическим методом. По экспериментальным данным была получена следующая зависимость [35]: 444 Глава 10 фОРСУНКИ ПРИ ДВУХ ЗНаЧЕНИЯХ тьоьд/Льа И СКОРОСТИ ВОЗДУХа 100 м/с (рис. 10.43).
Эти и аналогичные данные .для других форсунок показывают, что величины Ом имеют минимальное значение на расстоянии 1,5 Оф от распыливающей кромки .форсунки. На больших расстояниях средний размер капель несколько возрастает вследствие исчезновения (испаре-ния) мелких капель и, возможно, коагуляции крупных капель. Существенной конструктивной особенностью описанных выше форсунок является поверхность, где предварительно создается пленка жидкости, которая становится тонкой и равномерной у распыливающей кромки.
Такие форсунки особенно Жидкость эффективны, если обе поверхности пелены, срываюшейся с кромки, подвергаются воздействию потока воздуха. Это требование приводит к усложнению конструкции форсунки, в — которой приходится делать два раздельных канала для воздуха. По этой причине некото- 44 Ф „. Рые конструкторы отдают предпочтение пневматическим форсункам с подачей топлива от.дельными простыми струями, как показано на рис. 10.29.
Форсунка этого типа впервые была изучена Нукиямой и Танасавой [99), а впоследствии — многими другими авторами (см., напри.мерр, [95, ! 08 — 1101 ) . Форсунки с простыми струями жидкости подробно исследовались в работах [32, 33] специальным методом, который позволял определять влияние на распыливание свойств жидкости и воздуха, а также размеров форсунки независимо друг от друга и в широких диапазонах их изменения. Схема исследованной форсунки показана на рис. 10.44. Некоторые из результатов этого исследования показаны на рис. 10.45 — !0.47. За исключением слабой тенденции улучшения распыливания с увеличением плотности жидкости (рис. 10.47), эти результаты в целом аналогичны полученным на форсунке с предварительным созданием пленки жидкости.
Немного сильнее зависимость Ом от отношения расходов воз,духа и жидкости. Влияние диаметра топливного сопла с(о оказалось весьма слабым, за исключением случаев распыливания очень вязких жидкостей, для которых О„фь На рис. 10.48 сравниваются характеристики распыливания форсунок этих двух типов в сопоставимых условиях.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
