Прямоточные воздушно-реактивные двигатели Бондарюк М.М. Ильяшенко С.М. (1014191), страница 39
Текст из файла (страница 39)
Устройства, служащие для увеличения полноты сгорания т,„, обычно увеличивают коэффициент сопротивления камеры ~, Прн конструировании камеры сгорания приходится идти на компромисс, добиваясь такого соотношения между ~р и Ь, при котором воздушный удельный импульс газов, выходящих из камеры сгорания при заданном составе смеси, оказывается наибольшим. 249 Найти аналитически оптимальное соотношение между ф и Г. не удается из-за невозможности установления однозначной аналитической связи между этими величинами.
Поэтому вопрос об оптимальном устройстве камеры сгорания приссодится решать опытным путем. Определение коэффициента импульса Воздушным удельным импульсом называется отношение силы тяги потока, действующей в выходном сечении 5г, к расходу воздуха: Иг ! г 0в (8. 7) (8. 9) 250 Сила, действующая в любом сечении потока, как известно, выражается формулой (2. 76).
Для сечения Яг ии 4 4 ) „(1 ! кхМг) у Следовательно, ! Рг'хг (1 + ймг) 8Рг (1 + ! '~р) (8. 8) 0в При истечении с критической скоростью Г АЖ ,~+1 Ма=1, критический воздушный удельный импульс ! будет равен !.„=8 — "(1+й)=11/ —" (1+ й). гегхс 2 Учитывая, что 7г„= 7о„получим гхр а+1 огх ду Отношение истинного удельного импульса 1, к максимально возможному при данном, горючем 1 (при ~=0 и т =1), называется коэффициентом импульса т)а (8.10) !мах Коэффициент импульса, зависящий от потерь на недожог и на местные сопротивления, характеризует совершенство камеры сгорания.
~ и гр„должны быть такими, чтобы т!с был максимален. Пример 1. Найдем коэффициент сопротивления камеры 1, если давления на входе Рсг — — 1„80 кггсмг, и Рг=1,72 кг,смг, а перепад ар= 0,29 кг!смг. По формуле (8. 4) и — 1 аР 1 04029 1 э ~-1 — 3,8. Рог — 1,4 1,80 '-( —;.',) ' '-('— .")" Пример 2. Найдем полноту сгорания тсг, если О = 2,34 к~ел, 34=130 емз; р4 — — 1,006 кг!смз, рз4 — — 1,67 нг)емз, О, = 71 е)сек, Тох = 435" К, гта —— = 10 300 акал/ке и 6 = 14,9.
Пр-мем, что для горячих газов й, = 1,3. Энтзльпию воздуха нз входе н камеру сгорания гз, нзходим по 1' — Г-диаграмме (см. фиг. 93); гз, =1!8 икал)кг . Полнота сгорания по формуле 8,6 2А( ")()[ гз .;-оо7 (пу (1з ~ ь67, зо) ((зиб)о (уа)в( ) Св ВВ ВВ йз Сг Гл Св г/ае 251 й 5.
ВЛИЯНИЕ ПАРАМЕТРОВ СМЕСИ НА ПОЛНОТУ СГОРАНИЯ Полнота сгорания зависит от параметров смеси, поступающей на стабилизаторы. Для того чтобы исключить влияние смесеобразования, исследуем зависимость полноты сгорания от коэффициента избытка воздуха а, начальной температуры, степени турбулентности н природы топлива в том случае, когда смесь была заранее подготов-, - и,з=ввм; а-ихв-овгз во лена, т. е. горючее было испарено и перемешано с воздухом, так что со- ~ мв став смеси по всему сечению потока Ъ, был одинаков. н 2 Фо Влияние состава смеси.
ф;, Опыт показывает, что камеры могут я 2 работать на заранее подготовленных . зв однородных смесях лишь в довольно м узких пределах по коэффициенту вй вв избытка воздуха. Твк, в опытах Мул- а х лена на заРанее подготовленной однородной смеси камера работала лишь в области 0,7<а<1,5, Полнота сгорания имеет макси- В й МуМ, ЛЕжащИй ПривнЕрио Прн 1,0< агав гв <а —;1,2 1фиг.
151) . В диапазоне в состава смеси от а=1 до а =1,2 полнота сгорания меняется незначительно, а прн дальнейшем обеднении Фиг, 151. Влмаиие состава ззрзнез смеси быстро падает. При а =1.6 гоподготовленной смеси нз тсг ~а и т1ь рение прекращается. При обогащении смеси до а <1, ', . постепенно уменьшается, так как для полного егора~вин топлива не хватает кислорода.
При а =0,7 горение однородной заранее подготовленной смеси прекращается. Тем п е р а тур а Т, влияет на полноту сгорания заранее подготовленной однородной смеси. С увеличением температуры воздуха полнота сгорания увеличивается и пределы работы расширяются (фиг. 152). Так же влияет начальная температура на пределы вос- пламенения и при сжигании неподвижного газа в замкнутом объеме. Камеры сгорания сверхзвуковых ВРД, в которые поступает воздух, нагретый за счет торможения набегающего потока до нескольких сот градусов, работают в более благоприятных условиях, чем камеры сгорания дозвуковых ВРД. Влияние начальной температуры на полноту сгорания однородной смеси объясняется тем, что с увеличением температуры растет нормальная скорость распростт» о.гта»С ранения пламени.
Турбулентные о-таа 'с моли газа выгорают быстрее и при заданной степени турбулентности горение завершается на меньшем расстоянии, а полнота сгорания при заданной длине камеры возрастает. Природа горючего при турбулентном сгорании заранее подготовленных однородных смесей влияет на скорость реакции и на нормальную скорость распространения пламени. Нормальные скорости сгорания углеводородов типа гептана, октана, бензина, керосина, дизельного горючего и т. п. имеют при ра~вных начальных температурах примерно одну и ту же величввну.
Нормальные скорости рас- и т»0 ,й э ~!га Фй ° ь ЮО ь ва и» ый 'ь ч ча Ва Юй йй ьа ей га 0» ав а,в та аг гв ав глтс простраиения пламени таких Фнг.152. Влияние начальной температуры горючих веществ, кдк водород, смеси на полноту сгорания вст, вднннч- ацетилен или эфир, больше, чем ' ный воздушный импульс»' и козффнродов' прочих ра~вных условиях полноты сгорания смесей этих веществ с воздухом будут больше. Скорость движения смеси. С увеличением скорости движения смеси аа скорость турбулентных пульсаций растет ш„„,„,= = ага и турбулентная скорость распространения пламени и увеличивается.
Рост скорости распространения пламени обычно несколько отстает от роста скорости потока ит„. Поэтому угол раскрытия факела аф, определяемый из выражения з1п— вф ит 2 и с ростом скорости потока уменьшается, Длийа факела с ростом скорости потока увеличивается, а полнота сгорания при заданной длине камеры уменьшается (фиг. 153). При достаточно большой скорости потока ит пламя отрывается от стабилизатора и горение прекращается. Величина скорости, при ко- 252 тоРой настУпает сРыв, зависит от УстРойства и РазмеРов стаб нза тора, от мощности дежурного пламени и от параметров горючей смеси (см.
5 9, гл. Ч1). Срыв пламени не дает возможности исследовать влияние скорости течения на полноту сгорания во всем диапазоне составов смеси, В л а ж н о с т ь в о з д у х а оказывает некоторое влияние на полчоту сгорания (фиг. 154), С увеличением влажности полнота сгора- н,о а- оам б- абгт О- Оааб а- Оагб бом смм ГО сбт тз 657 тб 355 М 555 ат м/се» о- бб л ° бт а- тб с — ут тба !60 ма тао ю тга л Фюо в ва во тоа ба ба с ао ~.
за за са ва ба се ео йо гв га бо 4 а бо го ас аб ов со сг гб со с/ес аз го Сг се, обт/ея ОД Об Фиг. 1ОЗ. Влияние скорости потока па тсг та и Чь Фиг. 154. Влияние влажности воз- духа иа тес, ее и Че ния незначительно уменьшается; так, при увеличении содержания во. дяных паров от 1,4 до 2,7 весовых процентов полнота сгорания умень. шается на 5 — 10'/а.
Снижение полноты сгорания тем заметнее, чем дальше состав смесл от стехиометрического и чем меньше длина камеры сгорания (фиг. 154). Влияние влажности связано, по-видимому, с тем, что нормальная скорость пламени для влажных смесей меньше, чем для сухих. При увеличении влажности горение становится более спокойным, Отметим, что добавка воды в цилиндры поршневых двигателей устраняет детонационное горение, т. е. тоже снижает скорость распространения пламени. Влияние влажности воздуха следует учитывать при полете в различных метеорологических условиях. „юо 6-.
в, во я е во Степень тур бу лен тн о сти потока оказывает существенное влияние на работу камеры. Крупномасштабная турбулентность, при которой размеры турбулентных молей сравнимы с диаметром камеры и превосходят размеры стабилизаторов, делает работу камеры жесткой и снижает величину скорости потока, при которой наступает срыв. Мелкомасштабная турбулентность, при которой раз- меры турбулентных молей меньь- Пентан М 555 ше поперечника стабилизатора, ь — ге нан 54 555 увеличивают скорость турбуленто - дазеннное /е 355 -ДивевеНОЕ /В Еег ного распространения пламени ие мо и при прочих равных условиях уве личивают полноту сгорания '. мо Влияние Фазового сост а в а смеси.
При работе на горючих веществах с малой упруРюо гостью паров, например, на керосине или иа дизельном горючем, более крупные капли распыленной жидкости не успевают полностью испариться. Поэтому на стабилизаторы поступает смесь, содержащая, помимо паровой Фазы горючего, также и капельножидкую еоо Фазу. Присутствие жидкой фазы „й во оказывает влияние на характер и на полноту горения (фиг. 155). Только та доля топлива, которая была испарена, вступает в реакОд СВ ОВ 1О ог ве СВ (7ь, цнЮ ГОрЕНИя, ПрОИСХОдящуЮ В Зафяг 155 Влияние со е жалил стабилизатоРном ПРОСТРанст е. яеаспариашегося горючего яа т,„Горючее, которое попадает в зону то и по горения в жидком состоянии, прежде чем вступить в реакцию, должно испариться. Испарение капель горючего происходит в пламени источника зажигания, например, форкамеры (фиг.
144). При достаточно мошном источнике двухфазная смесь углеводородов с воздухом будет воспламеняться и сгорать с тем большей скоростью, чем мельче распыл. При большом обеднении (о)1,5) двухфазные смеси горят лучше однофазных, Чем больше неиспарившегося горючего содержит смесь, поступающая на стабилизатор, и чем крупнее капли, тем больше мощность источника, необходимого для воспламенения (см.
9 7). Параметры смеси оказывают заметное влияние лишь на работу камеры малой длины, в которых сгорание не успевает завершиться полностью, При правильной организации процесса, если длина камеры достаточно велика и стенки камеры изолированы от тепловых по- ' 5. Мп!!еп, Л.
В. депп, и. С. С агш оп, Впгпега 1ог Бпрегаоп!е йаш!е15. 1пдпы. апп. Епд. Спею!5(гу, е. 43, 1, 1951, !95 — 211. терь, любая смесь, состав которой лежит в пределах воспламенения и а)1, будет сгорать практически полностью Если параметры смеси заданы, то коэффициент сопротивления в полнота сгорания будут зависеть от устройства и от размеров стабиь лизаторов и воспламенителей, от мощности дежурного факела, от системы топливоподачи и от длины камеры сгорания. й 6. ВЛИЯНИЕ УСТРОЙСТВА КАМЕРЫ СГОРАНИЯ НА КОЭффИЦИЕНТ СОПРОТИВЛЕНИЯ И НА ПОЛНОТУ СГОРАНИЯ Важнейшими параметрами камеры, влияющими на полноту сто ранна и на местные сопротивления, являются устройства для распылатоплива и смесеобразования, гаажхрия стабилизатора, длина камеры его аййя и дйамет выходного сопла, Сечение входного и выход'"ного сопел оказывает влияние на скорость течения в камере сгорания.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
