Прямоточные воздушно-реактивные двигатели Бондарюк М.М. Ильяшенко С.М. (1014191), страница 35
Текст из файла (страница 35)
чем быстрее происходит теплопередача. Последнее уравнение можно считать за определение толщины присоединенной пленки. При испарении в неподвижном воздухе та=0; 14е=О; по формуле Сокольского 14и,=2 и †' = †= †-толщина приведе гвп 2 денной пленки равна радиусу капли. При предельной скорости (перед разрывом капли) согласно (7. 24) та„р„ —— ~7 / Рка твн еъ евпред ктв / Ра Нктв ~Еврее х ° 'г' къ (7. 51) Критерии Нуссельта Ып и коэффициенты переноса для летящих в воздухе капель также не могут превышать предельных значений: 4, Мппр, — — 0,54 ~Кап =0,54 ~( ' ","'(10, в"ч, Ыппве Л а вред к Нк.
пРед пред вперед Коэффициент переноса вещества я: а Ппв4Д,о е Ас ив — коэффициент диффузии, отнесенный к градиенту давлений; " — диаметр капли. Теплоту, необходимую для испарения, капля получает частью от окружающих газов, частью от вещества, из которого состоит сама капля. Тепловой баланс капли складывается из следующих величин.. Теплота, необходимая для испарения массы йи=д зг(1 при небольшой разности температур между окружающим воздухом и каплей Т.— т„; (7. 53) аЯ =Ы4н=ЬУ зЖ. 1Зе С увеличением диаметра капель относительная толщина приведенной пленки уменьшается.
Прн Т,=288'К и И=200 жк, Ь вЂ” =0,1. Таким образом, относительная толщина приведенной а пленки для капель разных размеров, движущихся с разными 3 скоростями, лежит в пределах: 0,1( — <" 5,0. Если прн диффузии и теплопередаче не учитывается влняннеконвектн~вного потока, то процессы переноса вещества и теплоты подобны друг другу. С увеличением относительной скорости и критерии Рейнольдса ке и Нуссельта для теплопередачи и диффузии Ии, и Хпо будут расти. Если Ып„известен, можно найти поток вещества: ч =Р(р.—. -). 17.
52) Здесь 7 — теплота испарения при температуре Т„в ккал/кг; з — текущая поверхность капли в м': з кР. » И вЂ” текущий диаметр капли в м; А †промежут времени в сек. Теплота, отдаваемая массой капля 1Я,=с„тг7Т„. Здесь и — текущая масса капли в кг; с, — теплоемкость горючего в жидкой фазе е ккал/кг град; 17Т,— изменение температуры за время Ж в градусах. Количество теплоты, полученное каплей от окружающих газов в отсутствии облучения ьО,=«,З (т,— Т)а=г7За. По закону сохранения энергии (7.
54) или иначе (7. 55) с,тг77„=г7,5И вЂ” Ц БЖ. Скорость изменения температуры капли — (д,— Ц )= (~7,— Ь7 ). (7.56) ат„з 6 ш сри ™»»1»н» Если температура газов выше температуры капли Т;)Т» н д„)1д, капля будет нагреваться. При испарении диаметр капель уменьшается; одновременно меняется относительная скорость и температура капли, упругость паров на ее поверхности, число Ке, критерии Хи, и Хно и коэффициент переноса вещества 6. Провести совместное аналитическое решение уравнений диффузии, теплопередачи и движения для капель, движущихся относительно воздуха, не удается. Задачу'о движении, испарении и охлаждении капель, образующихся при дроблении струи топлива, обычно решают методом численного интегрирования. Подобные расчеты показывают, что чем выше начальная температура капель Т„и соответствующая упругость насыщенных паров р», а также чем больше начальная скорость горючего и чем меньше диаметр капель, тем быстрее происходит испарение и тем быстрее меняется температура капель (фиг.
134). Чем больше скорость потока, тем быстрее увлекается капля окружающим воздухом, тем быстрее проходит она заданное расстояние. Поэтому с изменением скорости потока количество паров, образующихся на заданном расстоянии от форсунки, при каплях заданного размера изменяется незначительно. По истечении некоторого промежутка времени поверхность капли принимает температуру Т „при которой количество теплоты, полу- 228 чаемое каплей от окружающих газов, становится равно количеству теплоты, необходимому для испарения.
Температура капли перестает меняться: !7,=1!7„, Т,=сонэ(. Равновесная температура, прн которой количество теплоты, необходимое для испарения, равно количеству теплоты, получаемому от окружающего газа, называется телтературой равновесного изогервсического испарения. а.10пм»; С;70; г;Згв Н па-гппмяпи; и;Бтм/се! п„и/иеи ( и Бп и г В 4 мииииси! Фнг. 134. Зависимость параметров нспаряю!вейся капля от времени.
гт 4!0 400 Бпо Бво В70 гвп гво Вво гвп ггп гю гпп гво гво гго г пми гв нп гп lпв гв 100 г ви г4 ~ог гг вго гп вв и вв м 04 /4 вг 7г Во 10 вв в ВБ Б В4 4 вг г l 770 7го нп I во вп 7П Бо Ю 40 гп гп 10 (7. 57) Равновесная температура всегда меньше температуры воздуха. Разность Т,— Т, прямо пропорциональна произведению теплоты испарения 1 на коэффициент диффузии Р, и на упругость насыщенных паров и обратно пропорциональна теплопроводности смеси паров горючего с воздухом 1. 229 Чем меньше начальный диаметр капли и чем больше упругость насыщенных паров горючего, тем скорее наступает равновесное испарение.
Равновесная температура капли Т„, была определена Фуксом в 1934 г. Из уравнения теплового баланса (7. 55) при йТ„=О получим ни=1!Тм ак и! Отсюда при р =О и малых разностях Т,— Тял Т вЂ” Т = — р. ггэи Хпс в рав й 11„н сван к а00 г20 200 При выводе формулы для температуры равновесного испарения не было учтено влияние конвективного потока на перенос вещества и теплоты, При высоких температурах воздуха конвективный поток заметно увеличивает перенос вешества и снижает лоток теплоты, поэтому пн2280 истинная температура рав 200 !520 новесного испарения (фиг. 7бб 135) оказывается суще- Ю ственно меньше той, которую дает приближенное уравнение (7. 57). При Т,(300' С для определения температуры равновес. ного испарения керосина можно пользоваться урав- 100 пением (7.
57) с достаточной степенью точности. При испарении в зоне горения (Т,=1000а С) тем- 260 пература равновесного ис- парения капель прибли- 240 жается к температуре ки- пения жидкости, никогда 220 не достигая ее: Т, (Т Расчеты показывают, что процесс испарения ка- 100 лОО с00 а00 600 "00 1 " пель происходит при высоФит. 135. Расчетная температура равновесного ЬНХ ОТНОСИтеЛЬНЫХ СКОРО- испарения капли керосина прн различных тем- стях на криволинейных пературах и давлениях воздуха. участках траектории ка- пель (см.
фиг. 129) и завершается в зоне горения. Испарение капель при малых относительных скоростях на участках траекторий, близких к прямолинейным, идет менее интенсивно. Пример. Найдем температуру воздуха, при которой испаряюпгаяся капля бензина сохраняет температуру, которую горючее имело в баках: Трав =15'С, если р„= 735,,мм рт. ст.
= 10000 кг1мг; Л = 0,02 ккал/час, м. град = Ха о = 5,6 1Π— с ккал1сек. м. град, 71 = 2,4 10 ям(сек; 1=80 ккалгкг; — = 1. Ниа По формуле (7.57): гпр моора 80'24 1О а 1970 та=Трав+ =15+ . =82 С. Л Нот 5,6. 1О й 9. ВЛИЯНИЕ ПАРАМЕТРОВ ГОРЮЧЕГО И ВОЗДУХА НА ИСПАРЕНИЕ На испарение распыленного горючего влияет целый ряд физических параметров. Рассмотрим влияние каждого из них в отдельности, считая прочие величины постоянными. 230 Г е о м е т р и я ф о р с у н к и. Центробежные форсунки лучше распыливают горючее, чем струйные. При уменьшении диаметра выходного сопла форсунки и при увеличении закрутки толщина пелены убывает, мелкость распыла увеличивается, а вместе с тем улучшается испарение капель.
Факел распыла при уменьшении максимального диаметра капель сужается. Давление топли воподачи. При увеличении давления топливоподачи относительная скорость вытекающей струи растет, мелкость распыла увеличивается и испарение улучшается. Факел сначала расширяется, а затем сужается, так как рост скорости капель компенсируется уменьшением диаметра наиболее крупных капель.
В аз кость и поверхностное натяжение гор ючег о. Увеличение вязкости горючего ухудшает закрутку струи и увели чивает толщину пелены. Сила, потребная для разрушения капли, возрастает, Это наряду с ростом поверхностного натяжения ухудшает распыл. Диаметр капель увеличивается, факел расширяется, испаряемость ухудшается за счет роста среднего диаметра капель. Поэтому керосин распыливается и испаряется хуже, чем бензин. Упругость паров горючего.С увеличением летучести горючего, т. е. с увеличением упругости паров, градиент давления в пограничном слое капли увеличивается, поток вещества возрастает и испаряемость улучшается.
Вследствие своей ббльшей упругости паров распыленный бензин испаряется скорее, чем керосин. Теплота и си ар ения горючего, С увеличением теплоты испарения испаряемость уменьшается. Температура горючего оказывает решаюшее влияние на распыл и испаряемость. С увеличением собственной температуры горючего его вязкость и поверхностное натяжение убывают; поэтому мелкость распыла увеличивается, диаметр наиболее крупных капель уменьшается, факел распыла сужается. Упругость паров и теплосодержание горючего возрастают, а испаряемость увеличивается как за счет улучшения распыла, так и за счет роста потока вещества, обусловливаемого увеличением градиента да~аления.
При нагреве горючего под давлением в топливной системе до температуры, превышающей температуру кипения при давлении, имеющемся в камере сгорания, капли при вылете из форсунки вскипают и испаряются за счет своей внутренней энергии: испаряемость резко возрастает. При ҄— Т„,) — капли мспаряются полностью. в Тепл"оемкость горючего. Если температура горючего выше температуры равновесного испарения, то с увеличением тепло- емкости испаряемость улучшается за счет роста теплосодержания капель.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
