Теория и расчёт воздушно-реактивных двигателей под ред. Шляхтенко С.М. (1014193), страница 29
Текст из файла (страница 29)
к Р~/~ж) + (йв. с 1) (Рк/йн.) ° (5 9) Здесь Є— площадь сечения на входе в камеру; г„,„и г„, площади сечений кольцевых каналов и жаровой трубы, соответственно; Е, — суммарная площадь отверстий в стенках жаровой трубы; р — коэффициент расхода воздуха через отверстие (р =- = 0,7 ... 0,8). Наибольшую долю (70 ... 80 %) составляют потери, определяемые скоростным напором р„С,'„/2. Эти потери тем больше, чем меньше значение (хсс, так как при этом возрастает величина с,„. Потери на «удар», как правило, достаточно малы (3 ... 5 %), Тепловые потери составляют !О ...
20 %. Для практического использования в формулу (5.9) вводятся эмпирические поправочные коэффициенты. Например. может быть использована следующая, формула: $ = 1,2(Р„/(»Р,)' -) 0,5(йк,, — 1)(/с„/Р )'. (5.10) Коэффициент гидравлического сопротивления камеры сгорания представляет собой сумму этих коэффициентов для диффузора и жаровой трубы: я„,, = — ьн + ь .
Зная величину $к „можйо определить коэффициент восстановления полного давления: а„,, =- 1 — $к, сХ«е(3 ) Й/(/г+ 1). (5.11) Как видно, при постоянном значении $„,„ которое определяется конструктивными параметрами камеры, значение ок, сильно зависит от величины приведенной скорости воздуха при входе в диффузор (Х„): с увеличением значений Х„ потери полного давления увеличиваются. В математических моделях двигателей первого уровня, как правило, величина ок, принимается постоянной на всех режимах работы двигателя. В более сложных моделях (2-й уровень) целесообразным является учет изменения пк., в соответствии с формулами (5.!О) и (5.11). !40 Организация процессов смешения в основных камерах сгорания Для эффективного, протекания процессов горения, а также для обеспечения достаточно равномерных полей температуры в выходном сечении необходимо, чтобы подводимый через основные отверстия вторичный и смесительный воздух достаточно интенсивно перемешивался с продуктами сгорания внутри жаровой трубы.
Втекающий в жаровую трубу воздух образует систему свободных струй, распространяющихся в сносящем потоке. Рассмотрим основные закономерности распространения этих струй и связанных с ними процессов смепхения. Структура течения в одиночной струе является весьма сложной и изучена достаточно подробно. Одной из основных характеристик струи является ее ось, определяемая чаще всего как геометрическое место точек, в которых температура потока минимальна (температурная ось струи). На некотором расстоянии от отверстия температурная ось становится практически параллельной направлению скорости сносящего потока. Максимальное расстояние от стенки до оси струи, измеренное по нормали к стенке, называется глубиной проникновения струи В (рис.
5.13). Величина В может быть рассчитана по эмпирической формуле, предложенной В. Я. Безменовым: В == 0,414 (4 + 3)' ". Здесь Ч = РкСсл/(РсрСср) ! Рср, Сер — ОСРЕДНЕННЫЕ ЗНаЧЕНИЯ ПЛОТНОСТИ и скорости газа за системой струй; д, = — с(ну'(х — эквивалентный диаметр отверстия; 3 ~ с ( 20. Относительная глубина проникновения струй в жаровую трубу (В =- В/йж) во многом определяет протекание смешения (Ьн, — высота сечения жаровой трубы кольцевой или радиус трубчатой камеры сгорания). Как правило, в зоне горения и в зоне смешения кольцевой камеры основные отверстия в наружной и во внутренней обечайках располагаются в один или два пояса приблизительно в одном и том же сечении, причем, более равномерные поля температур обеспечиваются в том случае, когда отверстия различных обечаек смещены на пол-шага друг относительно друга в окружном направлении, Исследования показали, что в этом случае протекание процесса смешения определяется, главным образом, относительными значениями импульса воздуха, подводимого через отверстия ./е = Оес,„/(б,рс,р), и шага отверстий в окружном направлении по средней окружности ! =- !//х .
Увеличение значений и'е и в определенных пределах 1(7 ( 0,8) приводит к интенсификации процессов смешения. Необходимым условием при этом является обеспечение относительной глубины проникновения струй воздуха 6 э. 0,4 ... 0,5, которая может быть вычислена по формуле В = )/,/с!. Для обеспечения высокой степени смешения длина !4! Рис. 5.13. Распространение струи в сносяптем потоке сг, рг сер/ргт участка смешения 1 должна составлять (! ...
1, 5) /1, причем, с увеличением значений /е величины 1уменьшаются. Поэтому относительные длины жаровых труб 1,„/Ь современных камер сгорания составляют 2 ... 3. Величина л'е для той или иной зоны камеры определяется параметрами камеры сгорания в целом— относительным расходом воздуха в ту или иную зону и значением скорости воздуха в отверстиях. Поэтому изменять глубину проникновения струй при проектировании можно за счет изменения величины шага (числа) отверстий в окружном направлении при неизменной их суммарной площади. Как правило, величины 1 выбираются в пределах 0,3 ... 0,6. Меньшие значения шага характерны для зоны горения, а большие — для зоны смешения.
Характеристики основных камер сгорания В эксплуатации камера сгорания работает в весьма разнообразных условиях. Поэтому качество камеры сгорания оценивается целой серией характеристик, которые определяются экспериментально. Основными являются срывные характеристики, характеристики по параметру форсирования и по составу смеси. Срывными характеристиками называют зависимости максимальных а„,, или минимальных а„, „значений коэффициента. избытка воздуха, при которых прекращается горение (происходит срыв пламени), от величины скорости воздуха при входе в камеру сгорания с„.
Различают характеристики по «бедному» а„, = / (с„) и по «богатому> а„,,„= / (с„) срыву. Типичный вид срывных характеристик камеры сгорания представлен на рис. 5.14. Для устойчивого горения необходимо, чтобы в циркуляционной зоне нли в ее части местные значения а были равны ж0,5 ... 1,7 и время пребывания смеси было бы достаточным для протекания процессов горения.
Обеспечение этих условий в наибольшей степени определяется конструкцией фронтового устройства, способом подачи и распыливания топлива. С уменьшением значений р,' и Т, "область устойчивой работы камеры сгорания сужается. Это объясняется, главным образом, уменьшением скорости химической реакции, а при низких значениях б, также плохим распыливанием топлива. Изменение коэффициента полноты сгорания топлива в камере происходит, в основном, за счет изменения эффективности протекания процесса горения в зоне подвода струй вторичного воздуха, где механизм горения близок к объемному из-за весьма высокой интенсивности процессов смешения.
Из первичной зоны 142 Рис. 5.!4. Срывные характеристики основной камеры сгорания 44 с 44 4г (г (4 Сл ж, «г "р„1мГ К' рлПя тыл.мх Рис. 5.15. Примерная характеристика основной камеры сгорания по параметру форсирования сюда поступает нагретая до высокой температуры богатая смесь (а =. 0,4 ... 0,7). При подводе вторичного воздуха смесь обедняется и становится горючей.
Однако, при этом уменьшается время пребывания смеси на данном отрезке длины жаровой трубы и расходуется тепло на нагрев подводимой порции воздуха. При небольших объемных расходах 1~„и достаточно высоких значениях и„' и Т„" топливо и воздух в ходе химической реакции будут успевать превращаться в продукты сгорания. Однако при значительном увеличении Яи будет уменьшаться значение Ч„, так как при чрезвычайно большом подмешивании воздуха (скорость смешения пропорциональна 1~„) химическая реакция не будет успевать завершиться до конца.
Очевидно, что с увеличением объема жаровой трубы 1'„, полнота сгорания будет возрастать, так как время пребывания смеси в камере сгорания будет больше. Понижение же значений Р„* и Т„*будет приводить к уменьшению величины т1, из-за уменьшения скорости химической реакции. Результаты исследования камер сгорания показывают, что влияние величин б„р„", Т„", У на значение т1„при а -- сопз1 приближенно может быть учтено с помощью параметра форсирования камеры сгорания Кн = б,/(ри' ' Т",(т ), предложенного В. Е.
Дорошенко '. Приблизительно этот параметр можно интерпретировать как отношение времени химической реакции ко времени пребывания смеси в жаровой трубй. На рис. 5.15 представлена характеристика камеры сгорания по параметру форсирования. Как видно, с увеличением значений Кг величины ч, снижаются.
Это связано с недостаточным временем пребывания смеси в жаровой трубе по сравнению с временем химической реакции. На рабочих режимах двигателя величины р„* и Т„* велики, поэтому значения Ку малы. Это позволяет получить весьма высокие значения т1, (т1, ~ 0,99). т В иностранной литературе используется параметр форсирования 11 = .ьв =-6 е/('х'жр ехр (Тх/ЗОО)), по смыслу аналогичный параметру Кю 145 Рассмотрим характеристику камеры сгорания по составу смеси, которая представляет собой зависимость значений т)г от коэффициента избытка воздуха в камере а. Эта зависимость представляет собой кривую с максимумом при некоторых значениях и (и,„,), однако в пределах рабочих режимов она весьма полога (Ч, = 0,98). При существенном обеднении или обогащении смеси (и )5 ...
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
