Схемы камер смешения и картина течения в них

Камеры смешения отличаются большим разнообразием схем. Две типичные из них показаны на рис.7.9.

Наиболее простой является схема с цилиндрическим разделителем потоков (рис. 7.9, а). В такой камере перемешивание потоков за счет турбулентного обмена происходит первоначально только на цилиндрической поверхности с диаметром, близким к диаметру разделителя потоков, и только на значительном расстоянии от него в процесс смешения вовлекаются слои газа и воздуха, далекие от неё. Поэтому для достаточно полного перемешивания потоков такая камера должна иметь довольно большую длину.

а)                                                     б)
Рис. 7.9. Схемы камер смешения: а) – с цилиндрическим разделителем потоков; б) – с гофрированным разделителем

В схеме на рис. 7.9, б для ускорения перемешивания потоков воздуха и газа на входе в камеру смешения установлено устройство (смеситель), ускоряющее проникновение струй воздуха в область пространства, занятую газом, и наоборот. Наибольшее распространение получили смесители так называемого лепесткового типа, в которых поверхность разделителя потоков на входе в камеру искусственно увеличивается, например, путем её гофрирования и при этом поток воздуха из наружного контура скашивается в направлении оси камеры смешения, а поток газа за турбиной – в сторону ее внешней поверхности. Такие схемы обеспечивают более быстрое перемешивание потоков в сравнительно коротких камерах смешения, хотя имеют несколько более высокие гидравлические потери вследствие увеличения площадей поверхности контакта двух смешиваемых потоков.

Рассмотрим теперь более подробно процессы, протекающие в камере смешения. Возьмем простейшую цилиндрическую камеру смешения, схема которой приведена на рис. 7.10. Сечения на входе газа в камеру смешения из внутреннего контура обозначим I-I, воздуха из наружного контура – II - II, а сечение на выходе из камеры смешения – см-см.

Рис. 7.10.Картина течения в цилиндрической камере смешения

Сразу при входе потоков в камеру вследствие явлений диффузии и турбулентности начинается перемешивание потоков и возникает слой смешения. В некотором граничном для этого процесса сечении гр-гр слой смешения охватывает все поперечное сечение камеры, но параметры потока по сечению еще неравномерны. Полное перемешивание потоков и выравнивание их параметров достигается в сечении см-см.

Отметим, что в камерах смешения реальных двигателей полное смешение потоков не реализуется, так как для полного выравнивания потоков потребовалось бы иметь камеру смешения с длиной, в несколько раз большей её диаметра. В реально выполненных конструкциях длина камер смешения обычно не превосходит одного её диаметра из-за необходимости снижения массы и габаритов двигателей.