ХАРАКТЕРИСТИКИ КАМЕР СГОРАНИЯ АВИАЦИОННЫХ ГТД

Зависимости, показывающие, как изменяется коэффициент полноты сгорания при изменении режима работы камеры (т.е. коэффициента из­бытка воздуха, давлениея, температуры и скорости пото­ка 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.

Рис. 9.8. Типовая характеристика основнойкамеры сгорания по a

Рассмотрим вначале ха­рактеристики основныхка­мер сгорания. На рис. 9.8 приведена примерная характе­ристика основной камеры сгорания по составу смеси (т.е. зависимость коэффициента полноты сгорания от ) при двух значениях темпе­ратуры воздуха на входе в камеру. Характеристика относится к камере, рассчи­танной на получение температуры газов перед турбиной » 1600…1650 К, что соответствует » 2,5. Как видно, мак­симальное значение достигается здесь при » 2,5…3, 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 частьгорючей смеси не успевает прореагировать полностью в зоне горе­ния и выносится в зону смешения, где опять таки 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 (см. рис. 9.8).

Влияние давления воздуха на входе в камеру. При давлениях, превышающих 120…140 кПа, полнота сго­рания сохраняет высокое значение. 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. Но все же полнота сгорания в условиях полета на больших высотах снижается, а пределы устойчивого горения (в особенности при работе на бедных смесях) существенно сужаются.

Рассмотрим далее особенности характеристик форсажных камер сгорания. Температура газа и его скорость на входе в форсажную камеру обычно мало изменяются при изменении условий полета. Поэтому основными факторами, влияющими на полноту сгорания топлива в форсажной камере, являются коэффициент избытка воздуха и давление на входе в неё.

Рис. 9.10. Типичная характеристика форсажной камеры сгорания по составу смеси

На рис. 9.10 приведена типичная зависимость коэффициента полноты сгорания в форсажной камере от коэффициента избытка воздуха . Здесь при значениях » 1,15…1,2, близких к расчетным, полнота сгорания снижена из-за наличия местных зон с . Максимальная полнота сгорания достигается в данном случае при » 1,7. При более высоких значениях полнота сгорания снижается, так как из-за неоднородности состава смеси в местных переобедненных зонах создаются смеси негорючего состава.

Рис. 9.12. Срывная характеристика форсажной камеры сгорания

Зависимость коэффициента полноты сгорания в форсажной камере от давления на входе в неё качественно имеет такой же характер и объясняется теми же причинами, как и для основных камер сгорания.

На рис. 9.12 показан примерный вид срывной характеристики форсажной камеры сгорания в виде зависимости пределов устойчивого горения по составу смеси ( и ) от давления на входе в камеру. Как видно, диапазон устойчивой работы форсажной камеры с уменьшением давления в ней резко снижается и при устойчивое горение в ней вообще становится невозможным.