Организация рабочего процесса в камерах сгорания

Л.13

==========================================

Часть тепла реакции горения затрачивается на поджигание свежей смеси реагентов, поэтому, при очень малых и очень больших значениях a горение прекращается, т.к. выделяющегося тепла недостаточно для воспламенения смеси реагентов.

Степень завершенности процессов горения характеризуется коэффициентом полноты сгорания

(7.2)

Н_u – низшая теплотворная способность топлива, кДж/кг;

Приближенно температуру на выходе КС можно рассчитать по уравнению теплового баланса (это уравнение можно применять только при a³1)

(7.3)

Приближенно потому, что теплоемкости являются очень сложными функциями состава продуктов сгорания и температуры.

Подготовка горючей смеси.

Цель – создание топливо-воздушной смеси с благоприятным для горения соотношением топлива и воздуха.

Задачи, решаемые при подготовке горючей смеси:

- распыливание и испарение жидкого топлива

- смешение топлива с воздухом для образования хорошо горящей топливо-воздушной смеси.

капли.

Рис.7.2. Фотография струи, истекающей из центробежной форсунки. (А.А. Свириденков, В.В. Третьяков).

В современных камерах сгорания хорошего смесеобразования добиваются, также, организацией закрутки и соответствующей турбулизации воздушного потока.

Расход топлива в зависимости от режима работы двигателя может изменяться в 10 – 20 раз. Соответственно перепад на форсунке в 100 – 400 раз, т.к. . Поэтому в ВРД применяют двухканальные форсунки, в которые топливо подается из нескольких коллекторов. При малых расходах один канал отключается.

Подготовка смеси заканчивается испарением распыленного топлива. Процесс горения протекает в газообразной фазе. При использовании газообразного топлива испарение исключается и процесс подготовки заключается в организации хорошего перемешивания топлива с воздухом.

Классификация процессов горения.

Горение бывает гетерогенное и гомогенное (когда все компоненты в газовой фазе). В ВРД горение гомогенное.

Различают горение диффузионное и кинетическое. При кинети-

Скорость горения при этом определяется скоростью протекания самых медленных химических реакций.

При диффузионном горении горючее и окислитель подаются в зону горения раздельно. Для образования реакционно-способной смеси они должны сначала перемешаться. Поэтому скорость процесса горения определяется скоростью перемешивания компонент.

Рис.7.2. Положение фронта пламени в потоке.

Для процесса горения характерно наличие концентрационных пределов a_min, a_max. При a<a_min и a>a_max горние прекращается, даже при наличии источника поджигание, вследствие отвода тепла излучением и в стенки. Для углеводородных топлив a_min=0,3 – 0,4, a_max=1,7 – 1,9. Значения ламинарной скорости распространения пламени невелики u_н =0,5 – 1,5 м/с.

Рис.7.3. Турбулентное горение за V-образным стабилизатором.

Рис.7.4. Срывная характеристика гомогенного реактора

при горении смеси воздуха и углеводородного горючего.

смеси, т.е. стабилизация горения. На практике это реализуется организацией отрывных зон за плохообтекаемыми телами или в сильно закрученных струях.

Рис.7.5. Течение за V-образным стабилизатором.

ЗОТ – зона обратных токов, ЦЗ – циркуляционная зона, D – толщина стабилизатора; С_а, С_Т, Т – профили скорости, концентрации топлива и температуры.

В отрывной зоне за счет быстрого перемешивания почти однородное распределение температуры (Т»1600 – 1800 К). На границе отрывной зоны располагается слой смешения, в котором перемешиваются свежая смесь и горячие продукты сгорания из ЦЗ, поджигающие свежую смесь. Стабилизация пламени при данных Т₀ и a возможна при скоростях потока не превышающих некоторой предельной величины.

Образование загрязняющих веществ. При горении образуются различные токсичные вещества. К ним относятся: окись углерода СО, несгоревшие углеводороды С_хН_у, окислы азота NO_x, несгоревшие частицы сажи.

Причина образования СО и С_хН_у – недостаточно хорошее перемешивание, в результате которого в богатых областях происходит неполное окисление, а в бедных – реакции «замораживаются» из-за низких температур.

В сильно обогащенных областях происходит образование частиц сажи. Сначала образуются зародыши, представляющие собой несгоревшие углеводороды, затем происходит их рост и слипание.

При высоких температурах происходит образование NO_x. Чем выше температура, тем больше скорость образования NO_x. Поэтому в диффузионных пламенах, где всегда имеются зоны a»1 NO_x образуется интенсивно.

Температура газа, которую в состоянии выдержать современные охлаждаемые турбины не превышает 1500 К. Температура продуктов сгорания углеводородного топлива при температуре 288 К значительно выше – 2100-2200 К. Организовать горение так, чтобы температура продуктов сгорания была 1200 – 1500 К в камере сгорания ВРД невозможно. Такие условия выходят за пределы устойчивости процесса горения. Поэтому процесс горения организуют следующим образом.

Рис.7.6. Схема организации процесса горения в камере сгорания.

1 – диффузор, 2 – форсунка, 3 – фронтовое устройство (завихритель), 4 - канал охлаждения и подвода вторичного воздуха, 5 – жаровая труба, 6 – подвод вторичного воздуха в зону догорания, 7 – подвод вторичного воздуха в зону смешения.

Воздушный поток разделяют на два потока – первичный и вторичный.

Дата добавления: 2014-01-07