Прямоточные воздушно-реактивные двигатели Бондарюк М.М. Ильяшенко С.М. (1014191), страница 31
Текст из файла (страница 31)
114, б). При дальнейшем росте избыточного давления скорость истечения возрастает, и струя становится турбулентной. Вследствие радиальных пульсаций скорости поверхность турбулентной струи бывает неровной (фиг. 114, в). Аэродинамические силы, действующие на струю, стремятся увеличить все неровности на ее поверхности, а силы поверхностного натяжения стремятся сгладить их. Линии тока около турбулентной струи с неровной поверхностью показаны на фиг. 115: перед неровностью скорость воздуха убывает, а давление увеличивается; у вершины неровности скорость потока увеличивается, а давление убывает.
Области повышенного давления отмечены на фиг. 115 знаками «+»; области разрежения — знаками « — ». Очевидно, под действием аэродинамических сил возмущение на поверхности струи будет расти. При достаточно большой относитель- ной скорости отдельные возмущения будут отрываться от струи, образуя мелкие капли, диаметр которых меньше диаметра струи, На большом расстоянии от отверстия вся струя распадается на капли, диаметры которых соизмеримы с начальным диаметром струи. При очень больших ско- ()) г) ростях струи относительно воздуха (свыше 100 м)сек для керосина) дробление струи на капли начинается у оо самого выходного отверстия (см.
фиг. 114,г). У Движущиеся относитель- о но воздуха жидкие капли на- 0 ходятся под действием сил О 0 о 0 ° оо с', поверхностного натяжения и ооо оа о о " Оооо о о о аэродинамических сил. С:) Силы поверхностного натяжения стремятся при- ооо ае оо дать капле сферическую фор- " о му. Аэродинамические силы О о стремятся расплющить каплю (фиг. 116). При достаточ- ф"т 114. Дробление струн, вытекаюшей нз ной величине скоростного отверстия с различными скоростями. О) В 0; б) В<10 М1СЕК; Е) В>10 М1СЕК1 напора (т. е.
при достаточной г) в 100 м)сек. относительной скорости) капли данной жидкости разрушаются, образуя целый ливень более мелких капель. Дробление миллиметровых капель показано на фиг. 117. При скорости порядка 23 м7сек капля, начальный диаметр которой рав. нялся 2,5 мм, сначала становится плоской, а затем образует кольцо с пленкой в середине. Постепенно эта пленка выдувается в пузырь, который, наконец, лопается, распадаясь на ряд мельчайших капель. На 8 фиг.
117 приведены фотографии, показывающие последовательные моменты деформации и дробления сферической капли, На кадре 5 видно, что пуФнт. 115. Обтекание турбулентной струи зырь лопается возле вершины. ВОЗЛУКОМ, Рваные края пленки под действием сил поверхностного натяжения подтягиваются к кольцу (кадры 6, 7 н 8) и ударяются о кольцо, отбивая от него мелкие капельки (кадр 9). Наконец, само кольцо распадается на ряд мелких капель и одну-две крупных капли (кадр 10).
Скоростной напор, возникающий прн движении капли относитель- О 203 1=кгтк о. (7. 19) Эта сила создает давление, действующее на всю поверхность капли. Сила 1 равна сумме произведений элементов площади г(5 на проекции давления на направление, нормальное к рассматриваемому сечению: Фиг. !16, Обтекание капли, у= ~ Раисов~=р ~ а5созр= — Ытр. (7.207 4 (-') о о \ ( я Фиг, 117. Фотография дробления миллиметровой капли в воздушном потоке.
Приравняв (7. 19) и (7. 20), получим внутреннее давление, создаваемое силами поверхностного натяжения: 4а Р=, Твп Если скоростной напор — ' имеет тот же порядок величины, что 2к но воздуха, достаточный для того, чтобы вызвать дробление капли, можно приближенно найти, приравняв его к внутреннему давлению, возникающему в капле за счет поверхностного натяжения, Хотя, как это будет рассмотрено в дальнейшем, капля в полете не имеет точно сферической формы, для математического анализа вопроса будем условно считать каплю сферической. Если поверхностное натяжение капли равно о, то сила 1, с которой одна половинка капли притягивается к другой, будет равна (фиг.
118), и внутреннее давление, обусловленное поверхностным натяже4а нием —, наступает разрушение капли: «к (7. 22) 2л «к Отсюда Тви «к р га (7. 23) Здесь и выражено в м7сек, а — в кгум, Т,— в кг!мв, с(„— в м, я'= =9,81 м/сгкв. Если горючее вытекает из прямоструйной форсуики в неподвижный воздух, то дробление струи начинается при давлениях топливо- подачи порядка 100 кг/смв.
Определив скорость истечения по уравнению (7. 8), можно из уравнения (7. 24) определить величину диаметра наиболее крупных капель, которые могут образоваться при распаде струи: Каи аР вввд увив 2ЗРГ Тв (7. 25) Помимо крупных капель, в факеле распыла будет содержаться множество более мелких капель (см. $ 4 этой главы). Центробежные форсунки хорошо распыливают горючее при значительно более низких давлениях топливоподачи, чем струйные форсунки. Струи жидкости, движущиеся одновременно и в осевом и в тангенциальном направлениях, развертываются в коническую пелену, которая по мере удаления от форсунки становится тоньше и, наконец, потеряв устойчивость, дробится на отдельные капли (см.
фиг 112). При малых скоростях струи относительно воздуха (и<" 10 — 15 м/сек) дробление начинается на некотором расстоянии от форсунки (как на фиг. 112). При больших относительных скоростях дробление наступает непосредственно у выходного среза сопла форсунки. На фото- 208 где Р— критерий дробления. Как показали эксперименты М.
С. Волынского, проделанные при различных относительных скоростях капель жидкостей с различными поверхностными «г натяжениями, величина критерия дробления Р для всех исследованных жидкостей— постоянна. При РЪ10,7 наступает раздвое- к ние, а при РЪ 14 — дробление капель. Предельная скорость, с которой капля способна двигаться в воздухе не разрушаясь, согласно (7. 23), равна Фиг. 118.
К определе- г КаР нию внутреннего дввиарвк= (7. 24) ленив жидкости в кввТв«к ле. графиях пелены видны жидкие жгутики, охватывающие пелену по окружности. Распадающаяся пелена дробится на эти жгутики, которые в свою очередь распадаются на отдельные капли. Диаметры наиболее крупных капель, образующихся при распаде жидкой струи, пелены или других капель, не могут быть больше 44,„, выражаемого формулой (7. 26). Образующиеся капли пульсируют под действием сил поверхностного натяжения, принимая форму то вытянутого, то сплюснутого эллипсоида. Считать капли сферическими можно только в первом приближении. Пример 1. Найдем максимальный диаметр капель керосина, образуюшихся при истечении в неподвижный воздух, если давление топливоподачи р„= 1О кг/слг, т, = 1,22 и 1„= 8!5 кг!лз.
Предельный диаметр согласно (7. 25): Ветг 14'0 002 8!5 дпрех= = =93 10 0 л =93 лк. 2рг'!е 2 100 000 1,22 Пример 2. Найдем предельную скорссть относительно воздуха, при которой разрушается 100-микронная капля керосина, если температура равна 15' С и давление воздуха ! ата.
Поверхнсстиое натяжение керосина при 154 С па фиг. 126 р, !ОООО 0 =26 дик)сл — 00026 кг1л; т = — '= —.— =122 кг/лз. гете 29,3 288 Предельную скорость находим по формуле (7. 24) Магг 1 / 9,8.0 0026.14 те"и ~' 1,22 100 10-0 й 4. СПЕКТРЫ РАСПЫЛА ФОРСУНОК Распределение горючего по размерам капель называется с п е к тр о м р а с п ы л а форсунок. Спектры распыла исследуют путем опытов, При определении спектра распыла условно распределяют капли на отдельные группы по размерам (табл.
7. 1): например, от 0 до 20 лк, от 20 до 40 лк, от 40 до 60 лк и т. д. до предельного (максимального) диаметра гьо; находят общий вес капель 6 и абсолютный и. относительный,вес каждой размерной группы капель 60-20', 620-401 640-00... О-2О . к Ш-Ю. С С "0 — 20 С К20 — 40 60 — 20+ 620-40+ 640 — 00+ "0-20 + "то-го + "40 — 40 + (7. 26) Спектр распыла изображают в виде графика, на горизонтальной оси которого отложен размер капель, а на вертикальной осн либо общий относительный вес капель, диаметры которых меньше величины, откладываемой по оси ординат (фиг. 119), либо относительный вес данной группы капель (см.
фиг. 123, 124 и 126). Цифры, приводимые в табл. 7. 1, означают, что капель, диаметры которых лежат в пределах от 60 до 80 лк, ежесекундно образуется Таблица 7.1 Спеитр распыла форсунка (распределение панель по размерам) б г1сал б~ %ел и (мпллиоиов) 2 0,8 1900 0,96 2526,1 ~ 5,2 лсл Х 40г 100 и 100 12 г или 30'/е, а капель диаметром меньше 80 ик ежесекундно образуется 24,8 г нли 62с/е от общего веса капель. Знание спектров распыла необходимо для изучения испарения и горения капель.
Если вес капель, диаметры которых лежат в определенных пределах, известен, можно найти число капель и их общую поверхность. Если вес группы капель равен 6 и их средний диаметр равен лсс, то вес одной капли: 6 7 АР' (7. 27) Поверхность одной капли (7. 28) з=пгР . ср' Число капель 60 и=— з "тглс р (7. 29) Общая поверхность капель Я=па= (7. 30) 1гсгсл Если, например„Ы,р — — 100 лк=10 ' м, Тг=800 кг/м', 0=1 кг то число капель и= =2,39 миллиарда; 61 3,14 800.10 их общая поверхность: 5= — = =75 лР. ТЛср 800 10 207 40 60 80 100 120 мпр 4 8 12 7,2 4,8 3,2 1О 20 30 18 12 8 0,8 4,8 12,8 24,8 32,0 40,0 12 32 62 80 92 354 153 84 23 8,6 3,5 1,0 1,2 1,285 0,6 0,33 0,185 ~',!з г/,=6 — = 5 ~Л', 17.
31) Неравномерность распыла й характеризуется отношением истинного числа капель п к тому числу п„которое получилось бы, если бы все частицы имели одинаковый диаметр, равный СДС: /а=в пс (7. 32) В разобранном выше примере 1см. табл. 7. 1) Ы,= = ' =6,8 10 ' м=68 мн; 66 6-0,040 18 800.5,2 гвс= = ' =0,486 10'=486 млн. 60 6 0,040 10 в п.ф~ 3,14.800 58в Степень неравномерности 25,26 1Ов пс 4,86 10в 'Е, бг!41еп, А!опона!!оп о1 Гое! вргаув., Епк!пееппя, 4 — УИ, !952, т. 174, % 4510. Дж. Лонга елл (3. 1.опяже11), Сжигание жидких топлив. Из книги «Согпьпзг!оп Ргосеззез», !Чехе х'огК !956.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
