Прямоточные воздушно-реактивные двигатели Бондарюк М.М. Ильяшенко С.М. (1014191), страница 36
Текст из файла (страница 36)
Рост теплоемкости холодных капель снижает испаряемость. Скорость и давление в оз духа. С ростом скорости воз духа относительная скорость капель возрастает, распыл улучшается, факел распыла сужается, Снос капель набегающим потоком увеличивается.
Испаренность горючего на заданном расстоянии от форсунки возрастает. 231 т"ети Т е м п е р а ту р а в о з д у х а. При увеличении температуры воздуха меняются его вязкость, теплопроводность и плотность. Скорость теплопередачи к капле возрастает за счет роста градиента температур и нспаряемость увеличивается. У~величение температуры воздуха оказывает существенно меньшее влияние на испаряемость, чем такое же -с, с увеличение температуры горючего. Пары, образовавшиеся при испарении капель, пе- 1,5 ремешиваются с окружаю- ЕО щим воздухом. Поэтому с 0,5 увеличением осевого расстояния от среза одиночной форсунки местная кон центрация паров горючего Граница Факела первое время возрастает за 1 раппа ла счет роста испаряемости капель, затем начинает убывать за счет турбулентного перемешивания Фиг, 136.
Изменение концентрации паров горю- ГоРючегО с окРУжаюшим чего и коэффициента избытка воздуха вдаль оси воэдухОМ. факела. Опыт показывает, что суммарная концентрация паров и капельно-жидкого горючего убывает обратно пропорцнональ. но расстоянию от форсунки (фиг.
136) и что, следовательно, коэффициент избытка воздуха возрастает прямо пропорционально расстоянию от форсунки. Для размепгенвя зажигающих устройств и стабилизаторов наиболее пригоден тот участок факела, где концентрация паров имеет величину, наиболее благоприятную для горения. На достаточно большом расстоянии от форсунки вследствие турбулентного перемешивания концентрации становятся одинаковыми по всему сечению камеры. Поля концентраций можно рассчитать теоретически и исследовать опытным путем.
в 10. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЕ ОПРЕДЕЛЕНИЕ МЕСТНЫХ КОНЦЕНТРАЦИИ ГОРЮЧЕГО Для измерения суммарной концентрации жидкой и паровой фаз горючего пробу смеси отбирают посредством трубки, плоскость входного отверстия которой расположена перпендикулярно линиям тока (фиг. !3?). Скорость отбора должна быть равна скорости невозмущенного потока, иначе соотношение между количеством засасываемого воздуха и общей массой несомых им капель нарушится: если скорость отсоса меньше скорости потока, линии тока воздуха на входе в заборную трубку будут расходиться; часть воздуха будет обтекать трубку по сторонам, но капли горючего, двигаясь по инерции почти прямолинейно, будут попадать в трубку Таким образом, если ско- рость отсоса меньше скорости потока, в отборную трубку попадают почти все капли из трубки тока, сечение которой равно входному отверстию заборной трубки, и только часть заключавшегося в этой трубке тока воздуха (фиг.
137,б): топливо- воздушное отношение в отобранной пробе — будет больше, чем в невозмущенной смеси. аю а агв Если скорость отсоса больше скорости невозмущенного потока, относительное количество жидкого горючего в отобранной иквх=)бв пробе будет меньше, чем в невозмущенном потоке, так как часть капель, содер- жаВШИХСЯ В ЗаеаСЫВаЕМОй ПОРЦИИ ВОЗДУ- и7в ха, пролетит мимо отборной трубки (фиг. 137,в).
— йвх, Равенства скоростей отсоса и невозмущенного потока добиваются, дроссслируя выходное отверстие отборной трубки так, 4 чтобы статическое давление на входе в от- ~в борную трубку р„б было равно статнче- ††-в е скому давлению невозмущенного потока: и'вк а) )б иг вх в и'вх "'в Рата =ра. Для отбора смеси паров горючего с воздухом, не содержащей капель жидкости, плоскость входного отверстия отборной трубки следует расположить параллельно линиям тока (фиг.
138, трубка б), защитив его от проникновения как отдельных капель, проносимых потоком, так и щейся на поверхности самой трубки. Гог)ючее Фиг. 137. Отбор пробы жидкой и паровой Фаз смеси горючего с воздухом. а) м к мз; б) в „<мз; а) мак~ з. жидкой пленки, образую- Фиг. 138. Отбор пробы смеси горючего с воздухом, Для улавливания одной жидкости (без примеси паров) располагают заборную трубку плоскостью входного отверстия перпендикулярно потоку.
Капли, двигаясь по инерции, будут проникать в трубку и оседать на ее стенках (фиг. 138, трубка а). Наиболее мелкие (микронные) капли пройдут мимо трубки, двигаясь приблизительно по ,пиниям тока воздуха. Впрочем, несомая этими каплями доля вещества невелика (см. табл. 7. 1), Необходимо принимать особые меры, чтобы жидкость, оседающая на стенках отборной трубки, не выливалась наружу. Объем жидкости, проникшей в отборную трубку, измеряется бюреткой. Содержание паровой и жидкой фазы горючего ~в отобранных порциях смеси после полного испарения, разбавления известным количеством воздуха и дожигания в каталитической печи определяют методом газового анализа посредством поглотительного или электрического газоанализатора. Без исследования полей концентраций невозможно изучать процессы, происходящие в камерах сгорания реактивных двигателей.
Тпд( — ) та 'Ос д1т (7. 88) где ††мес концентрация, или топливо-воздушное отношет а ние, т. е. отношение веса горючего к весу воздуха: 1 а «Е ' Л. Еопяв е11 впд М. А. %е1вв, 1пд. Епя. Спепт., т. 45, 1953, 667 — 676. 6 11. РАСЧЕТ МЕСТНЫХ КОНЦЕНТРАЦИИ На основе изложенных выше соображений о конфигурации факела и об испарении капель, движущихся по своим баллистическим траекториям, можно предварительно рассчитать концентрации горючей смеси, которые будут иметь место в отдельных зонах камеры сгорания. Расчеты, подтверждаемые опытом, показывают, что поля концентрации горючего в области стабилизаторов неоднородны.
Это обстоятельство дает возможность камере сгорания работать и в тех случаях, когда средний состав смеси лежит далеко за пределами бедного срыва, так как смесь у кромок стабилизатора переобогащена горючим, Для определения местных концентраций требуется производить трудоемкие вычисления траекторий испаряющихся капель, их испаренности и учесть перемешивание образующихся паров с окружающим воздухом, а также взаимное наложение перекрывающихся факелов соседних форсунок. В качестве первого приближения к решению задачи о распределении горючего, впрыскиваемого в поток воздуха одиночной форсункой, Лонгвелл и Вейст рассматривают форсунку в качестве точечного источника вещества, диффундирующего в турбулентном потоке, Уравнение диффузии можно написать в виде у.— плотность паров горючего в кг/ма; о — поток диффундирующего вещества в кг1сек м'1 с) — коэффициент турбулентной диффузии, отнесенный к с градиенту концентраций в ма~сек.
В работе Лонгвелла и Вейса дается решение написанного выше диффе фференциального уравнения для точечного источника топлива при нулевой относительной скорости: а2 1 Д„ ма 4ОСн е а аЕ яш т 4Рсл (7. 59) х — расстояние от среза форсункн до рассматриваемого сечения камеры (фиг. 139); тт — расстояние от оси форсунки до рассматриваемой точки А вм; еа, и т, — скорость и плотность воздуха в м/сек и кгума; От — расход горючего в кг/сек. —. — оасчвт лвнцентраиии поронгбеллу без учета перемесии бани н Фиг. 139. Влияние турбулентного неремешииания на местные концентрации.
нв ( ) е 'с" (7. 60) Уравнение (7. 59) показывает, что осевая концентрация горючего в следе форсунки изменяется обратно пропорционально расстоянию от ее среза. Этот вывод подверждается опытом. Уменьшение концентрации в радиальном направлении Перейдя от топливо-воздушного отношения — к коэффициен- У н ту избытка воздуха н, получим 0,02 0,002 менй 4нтеосх аос.г (7.
61) ЬО„ Если расстояние от сопла форсунки х больше максимальной ширины факела, рассчитанной без учета турбулентного перемешивания Гс (см. фиг. 138), а топливо хорошо распылено и испарено, то формула (7. 60) дает результаты, близкие к истинным концентрациям. При а малых расстояниях или прн плохом О, ;Й распыле формула Лонгвелла дает 00б у! завышенные осевые концентрации. Зависимость расчетной концен- 004 трации от радиального расстояния Р представлена на фиг.
140. На фиг. 139 сопоставлены концентранцнлон ~ ции, вычисленные по формуле Лонегтх гвелла, с экспериментальными вели- чинами. «Бугры» на эксперименталь- 0006 ной кривой концентраций (фиг. 139) обусловлены тем, что капли горюче- 0,004 го отлетают от оси центробежной форсунки, обогащая периферийные области факела, В осевую область сносятся только микроняые капли и 0,00! образующиеся пары.
0 2 4 б О ~0 (2 При работе на подогретом горюйа чем, распыли~заемом в горячий воз- дух, испарение завершается вблизи Фнт 140. К расчету местных концентраций. среза сопла форсункв. В этом случае профиль концентраций порючего на расстоянии от форсунки приближается к гому, который дает формула Лонгвелла. Недостатком теории Лонгвелла является то обстоятельство, что в основу расчетов кладется величина коэффициента турбулентной диффузии, который зависит от степени турбулентности, природы горючего и температуры потока и обычно не бывает известен заранее. Поля концентраций одиночной форсунки можно также найти, использовав теорию турбулентных струй, развитую рядом авторов н обобщенную Г.
Н. Абрамовичем. Внешняя граница турбулентной струи пара или газа в среднем по времени представляет собой поверхность конуса, угол раскрытия которого ~яа тем больше, чем больше интенсивность турбулентности потока е (фиг. 141): 236 а$ ~пульс 2 сев (7. 62) Расстояние от оси факела до границы струи Йср прямо пропорционально расстоянию х от среза сопла форсунки и интенсивности турбулентности е тс =хзШ ~ =зх.
(7. 63) 2 Концентрация вдоль оси факела, измеряемая топливовоздушным отношением —, изменяется обратно пропорционально расстоянию х: Х (7. 64) Здесь С вЂ” постоянная величина, определяемая по данным эксперимента. горюя Форсу Фнг, 141. Изменение концентрации с расстоянием. Падение концентраций по мере удалении от оси факела может быть выражено законом стрех вторыхзс (7. 65) При Я=О; — =~ — ); при й=й,р.' — =О. а а ось а Определив осевую концентрацию ~ — ) на каком-либо рас/у з ~ а )т стоянии х, от среза сопла форсунки, можно вычислить концентрацию в любой точке факела А (7. 66) ат х, а Теория турбулентных струй дает возможность выразить местные концентрации илн избытки воздуха через расстояния х и тт, степень турбулентности з и одну только постоянную С, определяемую опытным путем.
237 Пример. Расход горючего через центробежную форсунку 6„=10 ггсек Найдем постоянную С, если прн скор.сти пот ка ю,= !Оо мгсек и плотности воздуха т, =1,22 кг/мэ коэффициент избытка в,злуха а „= 1 на рэсстоянии х, = !00 мм от сопла фсрсунки. Найдем также коэкгфициейт избытка воздуха э на расстоянии 77=20 мм от оси в сечении, расположенном на расстоянии х = 200 мм от форсунки, если степень турбуленгиости г = 15м, Постоянную С находим по формуле (7.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
