Процессы в камерах сгорания ГТД Лефевр А. (1014188), страница 91
Текст из файла (страница 91)
Согласно формуле (10.55), для форсунки с предварительным созданием пленки показатель степени у этого отношения равен 0,10. Учитывая зависимость (Ом)1 от числа Вебера в степени 0,6, получаем для р и р„,в соответственно степени 0,1 и — 0,7 (см. табл. 10.6). Если же зависимость от отношения плотностей имеет степень — 0,3, то (РВВ) 1 ЗаВИСИТ ОТ рж И раоад В СТЕПЕНИ 0,3, ЧТО Хорощо СОГЛа" суется с экспериментальными данными для форсунок с простыми струями [32, 58, 100! (см. табл.
10.6). Отсюда можно сделать вывод, что влияние отношения плотностей на Ом для этих двух типов пневматических форсунок существенно различно: для форсунки с предварительным созданием пленки (Рм)~ с~(р /р 3д)к', а для форсунки с простой струей (Рзг)1ж(рж/рва,в)-аз. Следовательно, требуются дальнейшие более тщательные исследования двух систем пневматического распыливания. 458 Гпввв 50 Следуя работе [103[, из уравнения сохранения количества движения для области взаимодействия жидкости и воздуха имеем (т„,н+ т ) 1/„„= т„,н(/„,н, т.
е. (/ 0вавн 1+ ж //иванн /. (РР0 ) Х +/а )' (10.64) Суммируя выражения (10.61) и (10.64), для форсунок с предварительным созданием пленки жидкости получаем: (10.65) где А' и В' — экспериментально определяемые константы, зависящие от конструкции форсункн. Из формулы (10.65) видно, что величина 0вн пропорциональна квадратному корню из характеристического размера и убывает с увеличением диаметра Оф, вызывающим (при постоянстве других параметров) уменьшение толщины пелены у. распыливающей кромки [34[. Значение этого результата для проектирования форсунок очевидно: в форсунках данного размера (т.
е. при заданной величине Е,) отношение г)ф//., следует увеличивать, насколько это возможно. На процесс распыливания оказывают влияние и такие второстепенные факторы, как число Рейиольдса потока жидкости и число Маха потока воздуха. Эти влияния не полностью вы- Подстановка величины 1/„„в формулу (10.60) дает (~~за)~ ~т ( о )~ж (1 [ ~ж ) (10 61) Для высоковязких жидкостей следует учитывать и величину (Ом),. Из работы [5[ известно, что она зависит от произведения Е, на критерий У, являющийся отношением квадратного корня из числа Вебера к числу Рейиольдса, т.
е. ц/в л (10.62) /.а йе У 0 / (0з2)з (Ум.,0фр~/е)" (10.63) ~а атн ф Рж/Рж Подставляя сюда величину (/„„= (/„, /(1+ гл /и„, ), полу- чаем Глава 10 460 Рис. 10.31. Механизм распылнвания маловязкоа жалкости 1движение воздуха слева направо) 1341. первоначально гладкой поверхности пелены образуются неровности, а затем неустойчивые нити жидкости. С увеличением относительной скорости воздуха диаметр нитей и время их существования уменьшаются, а в результате распада нитей образуется большое число мелких капель в соответствии с теорией Релея. Механизм распада пелены жидкости и образования капель изучался в работе 134] с помощью искровой фотосъемки (с выдержкой 0,2 мкс).
На рис. 10.51 показано распыливание воды при скорости воздуха 55 м/с. Тип распада соответствует предположениям, сделанным в работе [701, о возникновении не- 461 Подача топанва ..с г " „., „;„. -,, з.;-.;,: Рис. 10.52. Механизм распыливания вязкой жидкости (движение воздуха сле- ва направо) 134). устойчивых волн при взаимодействии жидкости и воздуха, разрыве пелены, образовании нитей и их распаде на капли.
При увеличении скорости воздуха распад пелены жидкости происходит раньше, вследствие чего нити возникают ближе к распыливаюшей кромке форсунки. При этом диаметр и длина нитей уменьшаются, а образующиеся капли становятся мельче. В случае высоковязких жидкостей механизм разрыва пелены вследствие образования волн не действует, и жидкость сразу с распыливаюшей кромки растекается в виде длинных нитей. Распад нитей происходит на большом расстоянии от распыливающей кромки, где относительная скорость воздуха мала, поэтому размеры образующихся капель довольно велики.
Тип распада, подтверждающий такую «волоконную» теорию [1111, иллюстрирует рис. 10.52 для жидкости с коэффициентом вязкости 0,017 кг/1м с) при скорости воздуха 91 м/с. Поскольку из толстых пелен жидкости образуются нити большого диаметра, распадающиеся на крупные капли, для достижения наилучшего распыливания важно создавать тонкие 462 Глава 40 пелены.
Толщина пелены зависит от свойств воздуха и жидкости; при увеличении вязкости и (или) расхода жидкости оиа возрастает. Изменения поверхностного натяжения не оказывают влияния на толщину пелены [34], однако при меньших значениях коэффициента поверхностного натяжения пелена легче распадается под действием потока воздуха, а длина жидких нитей становится меньше. Скема пневматической форсунки с двойным завихрнтепем Не все пневматические форсунки, обсуждавшиеся в этой главе, могут быть использованы в газотурбинных двигателях.
в Зозду топливо Рис. 10.53. Форсунка с двойным за- . Рис. 10.54. Форсунка фирмы «Паркер вихрителем 129). Хэннифин» с двойным завихрвтелем. у — топливная стайка; у — закручивающие топливные каналы; 3 — внешний завихритель воздуха: Л вЂ” распыливающая кромка: у — внутренний завихритель воздуха: и †поверхность для создания пленки жидкости; 7 †центральн тело.
Многие из них были разработаны для других практических приложений, а некоторые — для проведения исследований физических закономерностей распыливания. Например, очевидным недостатком схемы форсунки, показанной иа рис. 10.34, является возможность перегрева и отложения нагара на поверхности грибка (конуса), который может подвергаться воздействию пламени. Эта трудность не возникает в схеме форсунки с двойным завихригелем (рис. 10.33), в которой грибок заменен завихрителем, предназначенным для создания закрученного воздушного потока внутри потока воздуха, вытекающего концентрично из внешнего завихрителя, но вращающегося в противоположном направлении [29].
В этой форсунке тонкая сплошная пелена топлива распыливается высокоскоростным потоком воздуха, а возникающий аэрозоль подается на границу раздела противопо- Подача топлива 463 ложно вращающихся потоков воздуха. Форсунка не имеет выступающих в пламя металлических деталей и закрытых невентилируемых полостей, в которых могут происходить образование сажи и отложение нагара. Другие преимущества этой форсунки связаны с использованием лопаточных завихрителей для создания противоположно закрученных потоков во внутренней и наружной областях течения и генерации интенсивной турбулентности в сдвиговом слое. Поскольку в этом слое велика концентрация распыленного топлива, скорость горения может быть очень большой.
На рис. 10.54 показана пневматическая форсунка с двойным завихрителем, разработанная фирмой «Паркер Хэннифин». Распыпивание пневматическими форсунками— основные выводы Из результатов многочисленных исследований пневматических форсунок различных типов можно заключить следующее: 1. Средний размер капель аэрозоля увеличивается с повышением вязкости жидкости и поверхностного натяжения и с уменьшением отношения массовых расходов воздуха и жидкости.
Отношение массовых расходов следует выбирать немногим более 3; увеличение его до 5 лишь незначительно улучшает качество распыливания. 2. Плотность жидкости не оказывает большого влияния на средний размер капель. Для форсунок с предварительным созданием пленки жидкости средний размер капель несколько возрастает с увеличением плотности жидкости, а для форсунок с простыми струями жидкости — немного уменьшается. 3. Плотность и скорость воздуха играют наибольшую роль в процессе пневматического распыливапия.
Средний размер капель в общем обратно пропорционален скорости воздуха. Влияние плотности воздуха можно выразить соотношением Р„-р;,"и, где а = 0,3 для форсунок с простыми струями и и = 0,6 — 0,7 для форсунок с предварительным созданием пленки. 4. В случае форсунок с простыми струями начальный размер струи слабо влияет на средний размер капель невязкой жидкости.
Увеличение размера струи для вязких жидкостей приводит к значительному ухудшению распыливания. 5. В случае форсунок с предварительным созданием пленки средний размер капель возрастает с увеличением характерного размера форсунки согласно зависимости Р, 1.44. 6. Для форсунки заданного размера (т. е.
при любом заданном значении величины Е,) наилучшее распыливание получается при возможно большем диаметре распыливающей кромки Ра. 464 Глава 10 Это объясняется уменьшением толщины пелены 1 с ростом Рф. В результате средний размер капель уменьшается (Рз~ — 1О 4). 7. Процесс распыливания жидкости форсункой с предварительным созданием пленки завершается на расстоянии около 1,5 Рь.
Далее этого расстояния средний размер капель несколько увеличивается вследствие испарения мелких капель и, возможно, коагуляции крупных капель. 8. Капли минимального размера создаются форсунками, в которых обеспечивается максимальный контакт воздуха и жидкости. В форсунке с предварительным созданием пленки наилучшее распыливание пелены достигается в случае, когда она имеет наименьшую и одинаковую толщину. На практике это означает, что распыливающая кромка форсунки должна иметь наибольший возможный диаметр. Важно также, чтобы высокоскоростной поток воздуха обтекал пелену с обеих сторон.
Это не только улучшает распыливание, но и предохраняет стенки от попадания на них капель топлива. 9. Форсунка с предварительным созданием пленки имеет лучшие характеристики, чем форсунка с простой струей, особенно при малых отношениях расходов воздуха и жидкости и малых скоростях воздуха. 10. Существуют по крайней мере два различных механизма пневматического распыливания. Их относительная роль зависит в основном от вязкости жидкости. Если маловязкая жидкость подается в поток воздуха, имеющий малую скорость, то на ее поверхности образуются волны, поверхность становится неустойчивой и распадается на части.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
