Характеристики камер сгорания

АВИАЦИОННЫХ ГТД

Рис. 7.4.Типовая характеристика камеры сгорания по a

Зависимости, показывающие, как изменяется коэффициент полноты сгорания при изменении режима работы камеры (т.е. коэффициента избытка воздуха, давления и температуры на входе в камеру) называются характеристикой камеры сгорания (по полноте сгорания). А зависимости пределов устойчивого горения (  и ) от параметров потока на входе в камеру называются срывной характеристикой камеры сгорания.

В связи со сложностью процессов испарения, смешения, воспламенения и сгорания, в особенности при диффузионном горении, инженерных методов расчета этих характеристик пока что не существует. Они определяются в эксперименте.

Рассмотрим вначале характеристики основных камер сгорания. На рис. 7.4 приведена типовая характеристика основной камеры сгорания по составу смеси (т.е. зависимость коэффициента полноты сгорания  от ) при двух значениях температуры воздуха на входе в камеру. Как видно, максимальное значение  достигается здесь при , а при больших и меньших значениях  коэффициент полноты сгорания заметно снижается.

Уменьшение полноты сгорания при пониженных значениях  объясняется следующими причинами. В зоне горения коэффициент избытка воздуха (при оптимальном для всей камеры значении ) близок к единице. Поэтому при снижении  происходит переобогащение зоны горения, в результате которого из-за недостатка кислорода топливо сгорает в ней не полностью и пары его частично выносятся в зону смешения, где из-за резкого снижения температуры горение прекращается.

При увеличении среднего для всей камеры значения  зона горения обедняется. И, хотя она содержит достаточное количество кислорода для обеспечения полного сгорания, температура и соответственно скорость горения в ней падают, в результате чего часть горючей смеси не успевает прореагировать полностью в зоне горения и выносится в зону смешения, где опять из-за резкого снижения температуры горение прекращается.

Уменьшение температуры воздуха на входе в камеру  приводит к снижению  вследствие замедления процессов испарения топлива и горения, особенно при больших отклонениях  от оптимального значения.

 

Рис. 7.5.Влияние давления на коэффициент полноты сгорания топлива	Рис. 7.6. Срывная характеристика камеры сгорания

Влияние давления воздуха на входе в камеру. При давлениях, превышающих 120…140кПа, полнота сгорания сохраняет высокое значение (рис. 7.5). Но при давлениях, меньших 100 кПа (что может наблюдаться, например, с подъемом на высоту), полнота сгорания топлива значительно снижается. Это объясняется снижением пропорциональных  чисел Re, с которыми обтекаются элементы камеры, что ведет к снижению степени турбулентности потока. В результате этого ухудшается процесс смешения паров топлива с воздухом, снижается скорость распространения пламени. Кроме того, при снижении  уменьшается плотность воздуха за компрессором, а вместе с ней и расход воздуха через камеру сгорания. Соответственно снижается и расход топлива. Но перепад давления на форсунках при прочих равных условиях пропорционален квадрату расхода топлива. Поэтому уменьшение расхода топлива ведет к резкому снижению перепада давления на форсунках и качества распыла. Для улучшения качества распыла при малых расходах топлива могут применяться двухканальные форсунки с автоматическим отключением одного из каналов при малых расходах. Может вообще ограничиваться минимально допустимое значение перепада давления на форсунках.

На рис. 7.6 показан примерный вид срывной характеристики камеры сгорания в виде зависимости пределов устойчивого горения по составу смеси (  и ) от давления на входе в камеру. Как видно, диапазон устойчивой работы камеры с уменьшением давления в ней резко снижается и при  устойчивое горение в ней вообще становится невозможным.