Прямоточные воздушно-реактивные двигатели Бондарюк М.М. Ильяшенко С.М. (1014191), страница 41
Текст из файла (страница 41)
Варшавским. Он считал, что образующиеся на поверхно- 17* 259 Фиг 161. К определению среднего расстояния между каплями в факеле форсунки. Фиг. 160. Фотография горе- ния одиночная капли. а-вевелевыный вевлух; б — а< <Ю л!ееа; в — ы яерыв. капли способны гореть в атмосфере чистого воздуха, так как вокруг каждой капли на некотором расстоянии от ее поверхности существует область, достаточно обогащенная кислородом и горючим. Экспериментальное исследование горения одиночных капель, падающих в атмосфере горячего газа или подвешенных на особом подвесе, было проделано многими исследователями'.
Эти исследования показали, что при малых относительных скоростях вокруг капель дей. ствительно возникают обволакивающие пламена !фиг, 160,а), При увеличении относительной скорости зона горения смешается к тыльной стороне капли, а затем горение происходит только в ее следе !фиг. 160,б). Исследований прн относительных скоростях, измеряемых десятками метров в секунду, не производилось. Скорость испарения и сгорания капель с увеличением их относительной скорости быстро возрастает. Скорость испарения неподвижных относительно воздуха капель невелика, Предположение, что капли неподвижны относительно окружающего газа, является только первым приближением к тому, что про- ' 3.
В и г я о у и е ап6 Л. и! с 1т а г д в о и, Бпе1, и. 28, 1949, 2, Д Б, Сп ол д им г (Р. В. 3 р а!61п я), Эксперименты по горению и гашению жидкого топлива на шаровых поверхностях. гпе!, н. 32. 1963, № 2, !69. 260 сти капли пары диффундируют в окружающий воздух, а навстречу им диффундирует кислород 1см. фиг. 159). На некотором расстоянии от капли возникает сферический фронт пламени, где происходит химическая реакция окисления топлива и выделяется теплота горения, которая чзстнчно распространяется навстречу диффундирующим парам горючего и затрачивается на испарение,.а частично рассеивается в окружающем газе. Расчетный радиус зоны горения в несколько раз больше радиуса капли.
Продукты сгорания рассеиваются в окружающем воздухе, диффундируя навстречу кислороду. Таким образом, вокруг горящей капли возникает «обволакивающее» пламя. Согласно представлениям Варшавского, изолированные исходит в ПВРД. Во-первых, капли обдуваются турбулентным дви жени~ем воздуха, во-вторых, температура сгорающего газа увеличивается, его удельный объем растет, скорость течения возрастает, дав. ление уменьшается: роо(роо, и скорость капель относительно газа изменяется, Скорость капель в момент проникновения в зону горения примерно равна скорости потока: !во=в„.
Сгорающие газы начинают двигаться быстрее капель горючего. Капли обтекаются газами с отио. сительной скоростью: и=в — оэ„, при этом возникает аэродинамическая сила г: у'= с„оо — "' (8. 12) 2д где с,— коэффициент аэродинамического сопротивления капли; Яо — площадь поперечного сечения капли. При достаточной относительной скорости и, аэродинамическая сила становится столь большой, что сообщает каплям ускорение, приближающееся к ускорению потока !; скорость испарения возрастает. (8.
14) й В. ГАЗОВАЯ ДИНАМИКА КАМЕРЫ СГОРАНИЯ Температура горящей газовой смеси, протекающей через камеру, возрастает; при этом ее скорость увеличивается, а давление падает. Газовая динамика камеры сгорания устанавливает связь между температурами газов в различных сечениях камеры, с одной стороны, и скоростями, давлениями и плотностями газов, с другой. При исследовании газовой динамики камеры сгорания делается допущение, что температуры, скорости и давления в рассматриваемых сечениях одинаковы.
Эти допущения достаточно хорошо справедливы для входного сечения камеры Яо и лишь приблизительно справедливь! для выходного сечения Яо. Поля температур и скоростей в промежуточных сечениях камеры, где происходит горение, нельзя считать равномерными даже в первом приближении. Обозначим температуру и другие термодинамические параметры воздуха на входе в камеру сгорания через Т„у„ро и гво. Параметры торможения на входе в камеру обозначим через Том роо и Тоо. Критическая скорость входящего потока 2КИГ Tоо (8.
13) 4+! Приведенная скорость на входе в камеру о 1г ~+! Ло тво ао 1~ 2хойТоо Соотношение между параметрами торможения и статическими параметрами на входе в камеру можно найти, использовав газодинамические функции: Т, = Тооо (! о): ро =роз оо (Ло)' уо = 1сво (Л,). (8. 15) Температуру торможения на входе в камеру сгорания Тоо можно измерить экранированными термометрами сопротивления или термо- 26! парой. Давления торможения измеряют трубками полных напоров, статические давления — трубками, отверстия которых параллельны линиям тока (см. фиг.
150). По отношению давлений '00' можно Р2 найти приведенную скорость на входе в камеру Л2 (см. 2. 68): (8. 16) Плотность входящего воздуха определяется уравнением состояния: ,2- —" — 02 2(Л2). Р2 Г02 )! Т2 й 702 (8. 17) Расход воздуха через камеру сгорания 62 можно рассчитать, зная входное сечение Я2 и параметры рь р02 и Т02 (см. 2. 74): 2яа Я2Р02 Оз=твзсзТ2= = — '7(Л2)' (» + 1) К ~Г 702 (8.
18) При малых скоростях (Л2<"0,2-+-0,3) 0 — !в 2 Л. м 0+1 2' (8. 20) Для определения коэффициента местного сопротивления Г„помимо давлений р2 и р02, следует измерить падение давлений ьр, имеющее место при обтекании препятствий: ар=роз — р'оь Из (8. 19) получим ь+) 0Р а+) аР С= ФЛ22 (Л2) Р02 ~Ля Р02 (8. 21) Коэффициент местных сопротивлений можно предварительно рассчитать, зная отношение площади затемнения Я, к сечению камеРы 52: — 1~; а=0,63+0,37( ' ") . (8.22) 262 Часть располагаемого полного давления на входе в камеру сгорания р02 расходуется на трение и удары при обтекании турбулизаторов, топливных коллекторов, стабилизаторов пламени и других устройств, имеющихся на входе в камеру сгорания.
Коэффициент сохранения давления при обтекании местных сопротивлений, как было показано в гл. 1Ч, $2, равен 2 а„— — ~=! — Р *=1 — С ' — 1 — Л20(Л2), (8.19) Р02 Р02 УКР02 Л+ ! Приведенную скорость за стабилизатором Ха' определяем уравнения расхода д(Ха) =о.зу(Ха ), Ха'(1, решив его графическза Энтальпи~ю потока на входе в камеру сгорания сз„ пренебрегая энтальпией горючего, можно найти по 1 — Т-диаграмме (см.
фиг. 92) или вычислить, если теплоемкость сза известна: зоз = сзаТоа. При сжигании горючего энтальпия газов возрастает: (8. 23) и„ аоз (1оа + + ) ааааа 1+ аЕ (8. 24) (8. 25) Скорость шз найти отсюда нельзя, так как давления роз, рз, а следовательно, и плотность пРодУктов сгоРаниЯ Тз неизвестны. Соотношение между давлениями торможения до и после сгорания р'оа и роз в сечениях 5а' непосредственно за фронтовыми устройствами и в сечении Яз перед выходным соплом можно найти из уравнения расхода (2. 74) 13.з — 0 2Яог гяогч ( г) э / 2оаз Яагзозо ( з) (8 27) (ог+ 1) зза ~/Тог (за+ 1) ззз т Тоз Коэффициент давления при сгорании а отсюда равен РОз оа у'б г) ~2 зоог Ч("а) оа (8. 28) Здесь / а'г аз+1 Дз) У аз аз+1 Рг ( (8.
29) 2бэ где о)„,— коэффициент использования теплоты, учитывающий потери на неполноту сгорания и на теплопередачу через стенки. Температуру торможения продуктов сгорания богатых смесей а <1,5 с учетом днссоциации надежнее всего определять по 1 — Т-диаграммам (см. фиг, 92). При сжигании бедных смесей можно воспользоваться данными по средним теплоемкостям без учета диссоциации, приведенным на фиг.
85. Тогда т зоа оз= — ° ого По мере выгорания смеси, которое происходит по всей длине камеры сгорания, температура продуктов повышается, их скорость увеличивается, а давление падает. По уравнению неразрывности нззузоз= шз'уа оз ° (8. 26) Соотношение между приведенными скоростями до и после сгорания Л, и Лз можно найти из уравнения Киселева для тяги потока (см. 2. 84): Я= ~г — 772Тоз(гз Лз+ ~ 1/ йзуофз ~лз+ —,!.
(8. 30) Г~,+1 2аз Лз 2 аз Лз В случае цилиндрической камеры 52=52, й =0 и уравнение (8. 30) упрощается: 1 з(Л) 2~ Л вЂ” =РЕ )/в. (8. 31) з (Лз) 1 1 +в з л Решив последнее квадратное уравнение относительно Лз, получим Л;=Л вЂ” )/Л вЂ” 1. (8. 32) Здесь л= в' )/в ~л,+ '). (8. 33) Коэффициент давления при сгорании в цилиндрической камере из (8. 28) и (8. 31) д (л2) з (лз) д (12) ;,=рГ/в Ч (Лз) 2 (Лз) о (Лз) Общий коэффициент сохранения давления в камере равен произ- ведению (8. 34) Роз Ро Рм о= — = —,— =а е К ег е1 Рм 1222 ооз (8. 35) К ~' (Л ) о(Л ) о„= 1 — — Лзе(Л ) ~ Г + 1 ~ з (Л,) о (Л,) (8. 36) Здесь (8.
37) — / 2фг1 Язрезо (Л ) 7/т =Р (ез+ 1) Аз Оз (8. 38) Расход газов через камеру сгорания определяется сечением горловины диффузора Яззз или критическим сечением выходного сопла Я„;. ни в одном из этих сечений скорость течения не может стать больше местной скорости звука. Вопрос о расходах через дозвуковой и сверхзвуковой двигатели рассматривается в главах 1Х и Х. Температуру торможения продуктов сгорания бедных смесей а)1,5 можно замерить при помощи экранированной термопары, температуру торможения продуктов сгорания богатых смесей а(1,5 находят расчетом по расходу газов 62 и статическому и полному давлениям перед истечением рз и Роз.' В отсутствии подогрева 0= 1, р!=1; Л, ,„= 1. С увеличением относительного подогрева 0= †' Лз „ уменьшается. Тог Тос При Я=1,18 и 0=4: Я3/ 0 =23; Л „=2,3 — '$гг2,3т — 1 =023..
Подставив значение Лз в формулу (8.34), найдем потерю полного давления при сгорании. Потеря давления в камере постоянного сечения бывает наибольшей тогда, когда скорость к концу сгорания достигает звуковой величины. Это может иметь место только в камерах, не имеющих сужающегося выходного сопла (5с=5з', ) э= уз=1). Подставив в формулу (8.34) Лз=1 и Л,=Лз, найдем максимально возможное понижение полного давления в камере, т.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
