Теория и расчёт воздушно-реактивных двигателей под ред. Шляхтенко С.М. (1014193), страница 28
Текст из файла (страница 28)
Поэтому в качестве критерия стабилизации часто используется отношение среднего времени пребывания смеси в циркуляционной зоне (1,) ко времени химической реакции (1„). Если 7,Й„ < 1, то горение прекратится (произойдет срыв горения). В теории стабилизации широко используются результаты исследований процесса горения в гомогенном реакторе. Как говорилось выше, срывные характеристики гомогенного реактора могут быть представлены в виде зависимостей а = = тг (г-'вйР )УР) То). Чтобы использовать их для расчета области стабилизации горения, необходимо уметь определять для циркуляционных зон величину комплекса суцз/(Р'рцз). Например, для уголкового стабилизатора приближенно можно предположить, что расход воздуха через циркуляционную зону сгцз пропорционален скорости набегающего потока с, миделевой площади стабилизатора и плотности р,: бцз -р,СР.
Тогда Сцзl(Р'Рцз) рсР7(РцзР'). Если считать, что отношение объема циркуляционной зоны к площади миделя стабилизатора Рцз!Р пропорционально его ширине Л и учесть, что плотность при Т, =. сопз1 пропорциональна давлению, то можно записать приближенное соотношение: бцзЮРцз) — с/(А Р). Тогда срывная характеристика геометрически подобных стабилизаторов, работающих при одинаковых условиях и видах топлива, может быть представлена в виде зависимости а = =- ) (сl(ЛР), То), На рис. 5.9 представлен характерный вид такой срывной характеристики. Методы инженерного расчета стабилизации пламени в камерах сгорания базируются на обобщении экспериментальных данных, полученных в условиях, наиболее соответствующих конкретным типам камер сгорания, 1За 3.3.
ОСНОВНЫЕ КАМЕРЫ СГОРАН ИЯ ТРД Требования, предъявляемые к основным камерам сгорания, и организация их рабочего процесса 1. Высокие значения коэффициента полноты сгорания топлива на рабочих режимах (т1, » 0,99). 2. Обеспечение надежного запуска двигателя в заданном диапазоне высот и скоростей полета. 3. Достаточно широкий диапазон устойчивой работы (без погасания пламени и без вибраций) при изменении значений коэффициента избытка воздУха (а„о ж!ц — — - 1,0 . 1 51 ан. о мах =- 20 ... 40). 4. Допустимый уровень потерь полного давления (о„о = 0,92 .:.
0,96). 5. Заданное распределение средних температур по радиусу выходного сечения (заданная эпюра температур) и допустимый уровень окружной неравномерности температур (ЛОР = 0,2 ... 0,3). 6. Допустимый уровень температуры стенок (Тру~ 1000 К). 7. Низкая (ниже порога видимости) концентрация сажистых частиц (дыма) в продуктах сгорания. 8. Низкое содержание вредных веществ (СО, СН, ЫО„) в выхлопных газах.
Перечисленные требования предопределяют сложность рабочего процесса камер сгорания. Значение коэффициента избытка воздуха на рабочих режимах в основной камере сгорания составляет и = 2,5 ... 5. Как было показано выше, однородные смеси такого состава являются не- горючими. В основных камерах сгорания подвод воздуха распре- 5 гг 5 б 7 Рнс. 3.10.
Схема основной намеры сгораний: ! — днффузор; у — форсуннз; а — фРонтовое устройство; з — нольцевне нзнвлм; 5— жаровен труба; б. у — отверстнв длн нодводз вторвчного н снеснтельвого воздухе, соответственно 137 делен по длине, а топливо вводится в головной части жаровой трубы через форсунки. Благодаря этому в первой половине жаровой трубы смесь является звачительно богаче (а = 1,2 ... 1,8), чем в целом по камере, что обеспечивает интенсивное протекание здесь процесса горения (рис. 5.10).
Покажем типичное распределение воздуха по длине камеры сгорания: (5 ... 15%) воздуха подводится через фрон'Рроктовое Уотро"ство е товое устройство (первичный форсувкой (О я двумя аавяхрятеая- ) (20 40 ов' мя 12) воздух); (20 ... 40 в) через 1 ... 3 пояса крупных (основных) отверстий в первой половине жаровой трубы (вторичный воздух) и приблизительно столько же через основные отверстия во второй половине жаровой трубы (смесительный воздух); (20 ... 30 %) воздуха вводится через систему охлаждения тангенциально стенкам жаровой трубы (охлаждающий воздух). Фронтовое устройство камеры сгорания предназначено для обеспечения стабилизации процесса горения и подготовки горючей смеси.
По конструктивному выполнению фронтовые устройства весьма разнообразны. Наибольшее распространение в настоящее время получили завихрительные фронтовые устройства, содержащие один или несколько лопаточных завихрителей (рис. 5.!1). Область жаровой трубы от фронтового устройства до первого пояса основных отверстий называется первичной зоной. В пределах первичной зоны из-за малого подвода воздуха смесь является богатой (а — 0,4 ... 0,7). Вследствие высокой температуры газа (1500 ... 1800 К) в начале первичной зоны капли топлива быстро нагреваются и испаряются.
В первичной зоне непосредственно за фронтовым устройством располагается циркуляционная зона, в которой осуществляется стабилизация процесса горения. Расход воздуха, подводимого в первичную зону, недостаточен для полного сгорания топлива, и значение коэффициента полноты сгорания топлива здесь в лучшем случае может приближаться к значению коэффициента избытка воздуха (0,4 ... 0,7). Поэтому сгорание топлива продолжается ниже по потоку (вторичная зона) по мере подвода вторичного воздуха, Процесс сгорания заканчивается в том сечении, где средний коэффициент избытка воздуха составляет 1,5 ... 1,7. Часть жаровой трубы от форсункн до этого сечения называется зоной горения. Далее расположена зона смешения, где горение практически отсутствует, Благодаоя подводу 1зз воздуха здесь происходит снижение температуры газа до значений, определяемых суммарным коэффициентом избытка воздуха.
От организации подвода воздуха в зоне смешения в значительной степени зависит обеспечение требуемого поля температур газа в выходном сечении. Потери полного давления в основных камерах сгорания Течение газа по тракту камеры сгорания сопровождается потерями полного давления, которые характеризуются значениями коэффициента гидравлических потерь $в о = 2 (рк" — р,")!(р„с",) и коэффициента восстановления полного давления о„, = р,"/р„". Обычно разделяют потери полного давления в диффузоре камеры и в ее жаровой трубе.
Широкое распространение получили диффузоры с внезапным расширением (см. рис. 5.10). В них торможение потока сначала осуществляется в диффузорном патрубке, имеющем степень расширения 1,5 ... 1,8, а затем следует резкое рас|нирение канала. Такие диффузоры характеризуются стабильным течением и умеренной величиной потерь полного давления: во входном патрубке $ = 0,04 ... 0,06; в диффузоре в целом $я =- 0,2 ... 0,3. Потери полного давления в жаровой трубе достаточно точно могут быть определены в результате гидравлического расчета камеры сгорания. Наряду с этим получили распространение приближенные формулы, основанные на рассмотрении упрощенной схемы камеры (рис. 5.12). Предполагается.
что воздух подводится только через один пояс отверстий, площадь сечения жаровой трубы постоянна, поля параметров потока в каждом сечении равномерны, газ несжимаем, осевая составляющая скорости воздуха в отверстиях равна скорости потока в кольцевых каналах, относительный расход топлива пренебрежимо мал. Применив к течению в такой камере уравнения газовой динамики, можно получить следующее выражение для определения потерь полного давления: р',, — р„* = р„с"; „(2 —,' р„(с„. „— с, „)'/2 ', р„с"-, „(Ок., — 1). (5.8) Здесь с,„— нормальная составляющая скорости воздуха в отверстиях; с, — скорость газа в жаровой трубе при отсутствии подогрева; с⠄— скорость воздуха в кольцевых каналах; О,, = Т„*(Т„"— степень подогрева газа в камере. Соотношение (5.8) хорошо иллюстрирует структуру потерь полного давления в жаровой трубе.
Сумма первых двух слагаемых характеризует потери на смешение. Как видно, они состоят из потерь скоростного напора, соответствующего нормальной составляющей скорости в отверстиях с,„, и потерь на удар при перетекании воздуха из кольцевого канала в жаровую трубу (аналогичны 139 потерям при внезапном расширении). Третье слагаемое характеризует потери полного давления, вызванные подводом тепла к движущемуся газу — тепловые потери.
Разделив обе части уравнения (5.8) на величину скоростного напора потока при входе в диффузор камеры сгорания и заменив из уравнения расхода отношение скоростей отношением соответствующих Рис. з. !2. упрощенная схема плон!адей, получим выражение для камеры сгорания коэффициента гидравлических по- терь в жаровой трубе через конструктивные параметры камеры сгорания: ьж (~к/(х~с) + (~к/~к.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
