Прямоточные воздушно-реактивные двигатели Бондарюк М.М. Ильяшенко С.М. (1014191), страница 40
Текст из файла (страница 40)
Для исключения влияния скорости будем считать, что камера сгорания всякий раз снабжается такими соплами, при которых скорость течения имеет заданную величину. Рассмотрим влияние каждого из параметров камеры на полноту сгорания Р„ и на коэффициент сопротивления ~. Геометрия ст а бил н затор а. Форма стабилизатора влияет на работу камеры сгорания (см. гл. Ч1, 5 9). При обтекании острых кромок стабилизатора происходит срыв струй, сопровождающийся интенсивным вихреобразованием.
~сг С увеличением относительного сечения стабилизатора г =— 8к относительная скорость потока, обтекающего стабилизатор растет до тех пор, пока скорость потока между кромками стабилизатора и стенками камеры не станет равна местной скорости звука. Впрочем, стабилизаторы с такими большими относительными сечениями не применяются. Средняя скорость турбулентных пульсаций гв„„„, тем больше, чем больше скорость струй, срывающихся с кромок стабилизатора. Рост интенсивности турбулентности увеличивает скорость турбулентного распространения пламени и„' н угол раскрытия зоны горения за стабилизатором ач расширяется.
Поэтому с увеличением г при прочих равных условиях длина зоны горения уменьшается, а полнота сгорания на заданном расстоянии от стабилизатора увеличивается (см. гл. Ъ'1, 2 9). Однако при очень больших скоростях потока возле кромок стабилизатора может произойти срыв пламени. Можно показать, что оптимальное относительное сечение конического стабили~ 1 1 затора 5,,= —; кольцевого 5м= —. 3 ' 2 Уст ойство радиальных желобков (фиг.
156~, спааабдтвует царе:,. бросу горящих газов т сточника зажигания в свежую смесь,н при Ю Я И ~~~МКЙЙ ТФ Щф~ЫБЫ-Р54ЮСУМ-ГОРВО В И Ю.. г ""-"- -э. ю-хабр бйлизаторами могут служить кольцевые желобки, концентрично расположенные вокруг источника зажигания (см. фиг. 144,б). 255 Со стороны, обращенной к диффузору, стабилизатор омывается воздухом, температура которого близка к температуре торможения набегающего потока, а со стороны выходного сопла стабилизатор омывается продуктами неполного сгорания, так как вблизи от стабилизатора горение полностью не завершается. Фотографии зоны горения за стабилизатором показывают, что максимальной интенсивности свечение газов достигает на расстоянии нескольких сантиметров от стабилизатора (см. фиг.
105). Таким образом, стабилизатор с перед- Фиг. 156. Формы стабилизаторов. а — неоновый; б — «онусный; а-новьневой; е-н обрааный. ией стороны охлаждается воздухом, температура которого близка к температуре торможения набегающего потока, а с задней стороны нагревается газами, температура которых имеет порядок 1000'С. Учитывая, что коэффициент теплоотдачи с задней стороны стабилиза тора меньше, чем с передней, перегреваться за счет горения, происходящего в его аэродинамическом следе, стабилизатор, изготовленный из жаростойкой стали, не может. От собственного пламени стабилизатор не горит. Полноты сгорания, полученные при простом коническом стабилизаторе (фиг.
156,б) н прн сложном стабилизаторе, состоящем из конуса с желобками (фиг. 156, г), сопоставлены на фиг. 157. Полнота сгорания при сложном стабилизаторе больше, чем при простом кони- ческом. Коэффициент сопроти~вления камеры при увеличении относительного сечения стабилизатора увеличивается. Д л и н а к а м е р ы с г о р а н н я оказывает существенное влияние на полноту сгорания, так как от нее зависит время пребывания газов в зоне горения.
С увеличением длины камеры полнота сгорания возрастает и при некоторой длине 14 приближается к 1006/о. Увеличивать длину камеры сверх этой величины не имеет смысла, так а слатльеи' стабилизатор о простой стобилихи пио Э/60 с лсго солью а во гоо нх.во ай хбо йпо с '~го ' с~оо ь во Ь пп о — Iбг о-гбл х- Збб о- абт 60 !00 е-во а са с 60 с х во во ы а й оао 60 па а ~йио ~ пго го Ои Об ОВ СО ~г 24 66 От~ Фяг.
157. Влияние формы стабнлн. .7о затора на тсс, — ' н Ч. гясх 04 06 06 60 62 64 46 158. Влияние длины камеры сгога рання на тсс н 46 ~мах Фнг. как с увеличением длины поверхность соприкосновения горячих газов со стенками камеры и тепловые потери через стенки растут.
Кроме того, растут потери на трение горячих газов о стенки камеры и коэффициент сопротивления камеры г увеличивается. Наивыгоднейшей является такая длина, при которой удельный импульс газов максимален. Влияние длины камеры на полноту сгорания представлено на фиг.
158. При длине застабилизаторного пространства 150 мм и а =1 полнота сгорания мала. С увеличением длины полнота сгорания однородной смеси увеличивается и при 1=450 мм достигает 100%. Увеличение длины зоны горения выше 450 мм может только снизить импульс отходящих газов, так как полнота увеличиться больше не может, а потери на трение и тепловые потери с увеличением длины застабилизаторного пространства будет расти. 4 Относительное сечение выходного сопла64=— ов оказывает существенное влияние на работу камеры, так как им опре- 17 316 257 деляется характер течения газов. В зависимости от условий, сущест- вующих во входном сечении камеры 5ь изменение выходного сечения может сопровождаться либо изменением расхода газов, либо измене.
нием давления (см. гл. Х, $2). й т. ГОРение жидких кАпель Струи жидкости, выбрасываемые прямоструйными или центробежными форсунками, распадаются на отдельные капли. Двигаясь в воздухе, капли постепенно испаряются Чем выше упругость насыщенных паров горючего, тем скорее происходит испарение. Но даже при работе на таких летучих жидкостях, как бензин, капли не успевают полностью испариться в пространство между форсунками и зоной горения за стабилизатором, так что смесь, поступающая на стабилизаторы, содержит значительный процент капельно-жидкого горючего. Поэтому в камере сгорают не только пары, но и отдельные капли. Рассмотрим некоторые вопросы горения жидких капель.
Для возбуждения реакции горения необходимо поднять температуру реагирующих веществ до температуры воспламенения Т, . Температура воспламенения всегда выше температуры кипения жидких топлив Т„,,>Т, Поэтому жидкая поверхность топлива принципиально не может гореть. Горению всегда должно предшествовать испарение. Упругость паров таких жидких горючих, как бензин, достаточно велика для того, чтобы даже при температурах ниже минус 50'С над поверхностью жидкости были пары в количестве, достаточном для воспламенения. Парциальное давление паров горючего р„с молекулярным весом Р„, необходимое для образования смеси'с избытком воздуха а, равно саа р 1 Раас Раа 1 + При 7.= 15; Р,„=29„ 1ас= 110 и а= 1,5; р„,=0,0123р„,.
Если р. а 760 мм рт. ст., то р„=8,5 мм, Такую упругость пары бензина имеют при температуре — 53'С, керосина — при +13'С, дизельного горючего — при +50' С. Горючие вещества, пары которых при нормальной температуре обладают упругостью, не достаточной для образования воспламеняющейся смеси, называются безопасными. Пары, образующиеся на поверхности капли, диффунднруют в окружающий воздух; по мере удаления от капли содержание паров горючего в воздухе убывает. На некотором расстоянии от поверхности капли горючего смесь достигает стехиометрического состава.
Если воспламенить отдельную крупную каплю, вокруг нее возникнет «обволакивающее> пламя (фиг. 159 и 160). Для того чтобы воспламенить каплю горючего с низкой упругостью паров, например, каплю керосина, ее необходимо предварительно подогреть настолько, чтобы упругость паров достигла вели- чины, достаточной для образования горючей смеси. Этот подогрев может быть осуществлен либо в баках перед истечением из форсу нок, либо распылом в горячий воздух, как в камерах сверхзвуковых ВРД, где температура торможения очень велика. При наличии достаточно мощного поджигающего устройства предварительный нагрев капель происходит в пламени воспламенителя.
Попав в область горячих газов, капли нагреваются; содержание паров достигает требуемой величины и смесь загорается. ппсп / . «исоород 1 1о Г бханица гоны гооония фиг. 159. Схема испарения и горения капли. Нетрудно показать, что при мелком распыле средние расстояния между отдельными каплями х меньше толщины зоны горения, капель (фиг. 161). Число капель, содержащихся в кубе со стороной а:го= =( ) о аа 'а а а паап 13 = — ~ .
Масса зтих капель О„= — пй„т,к= — Т„~ — ) . Масса х ~ воздуха в выбранном объеме О,=у,аа (объемом капель пренебрегаем). Состав смеси: Он и б тп хп =ап". = — — —. бп и т„аа Отсюда Зп — = ~гп — — аА. тг ° $' ° .. (8.11) При Т„=800 кг!м', т,=1,225 кг(м'1 1=15; а=1,5 среднее расстояние между каплями будет а,пг3,14 800 1.5 15 б 1,225 Если а„=100 мк, то х=2 мм. Теоретическое исследование испарения и сгорания капли, неподвижной относительно окружающего воздуха, было проведено в 1945 г. Г. А.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
