10.3 Скорость горения и стабилизация пламени

Поток воздуха, на выходе из компрессора, движется со скоростью 180 м / сек но эта величина уменьшается до 50 м / сек на входе в камеру сгорания. Скорость ламинарного течения потока пламени (или огня) для углеводородной смеси составляет - 0.3 м / сек, хотя для турбулентного потока величина этой скорости достигает 5 – 8 м / сек. Чтобы предотвратить сдув пламени, то есть стабилизировать процесс горения, необходимо создать участки, в которых скорость потока понизится. Решение состоит в поддержании пламени в следе за твёрдым объектом, но сейчас чаще применяют зону переобращения. Переобращение обычно создаётся за счёт образования завихрений потока вокруг струи топлива так, чтобы сформировалась «приложенная» зона. Чтобы создавать вихрь, который произведет переобращение и высокую турбулентность для увеличения скорости пламени, в камере должно происходить понижение давления торможения. Фактическое падение давления зависит от типа камеры сгорания, но независимо от этого типа всегда на входе в камеру сгорания происходит потеря 5 % абсолютного давления торможения.

10.4 Ограничения подачи топлива и эффективность горения

Большинство камер сгорания устроены так, что вводят брызги жидких капель топлива, и этот процесс обычно согласован с потоком воздуха, проходящим через отверстия в стенках камеры сгорания и образующих смешение его с топливом, сопровождающееся «воздушными взрывами». Для возникновения эффекта «воздушного взрыва» необходимо наличие скорости в диапазоне около 100 м / сек, а так же наличие эффекта понижения давления между компрессором и центром нагретых областей (или конструктивных частей) камеры сгорания, что устанавливает более низкий предел давления внутри всей камеры сгорания.

При сжигании жидких капель, даже такого малого количества как 30 · 10^-3 мм, требуется, чтобы вся жидкость испарилась, а затем топливо и воздух смешались, распространившись вместе во всём объёме, образовав стехиометрическую смесь. Этот процесс обычно протекает намного медленнее, чем основной темный химический процесс горения. Химический процесс горения обычно происходит очень быстро, но скорость понижается с уменьшением площади (или квадрата) давления. Дополнительная проблема появляется при подготовке жидкого топлива и понижении давления воздуха.

Изменение давления топлива - темный метод изменения нормы подачи, а следовательно, и самого процесса расхода топлива; при низком давлении воздуха невелико и значение подачи топлива, значит и разрыв топлива в мелкие капли (или брызги топлива) менее удовлетворителен чем при высоком давлении. Струйный (грубый) впрыск при более низкой температуре в камере сгорания, а, следовательно, и менее эффективная тяга, могут привести к неполному сгоранию топлива. Это в свою очередь приводит к низкой эффективности всего процесса горения с высоким уровнем выброса оксида углерода и несгоревших примесей углеводорода. Эффективность процесса горения (определяемая как отношение фактического температурного повышения к температуре полного сгорания) достигает 100 % для высокой величины тяги при совершении полёта над морем, но её эффективность уменьшается до 99.9 % при выполнении полёта на крейсерском режиме для гражданского воздушного лайнера. После старта и в течение довольно длительного времени полёта эффективность от процесса горения может быть очень низкой. При полёте на большой высоте, или при нормальной высоте выполнения круиза на малом газе при малой величине тяги, эффективность от процесса горения может быть настолько низкой, что процесс приобретает нестабильное состояние, и камера сгорания может испортиться (или полностью разрушиться).

Важным требованием, которое должно быть соблюдено при проектировании камеры сгорания, является возможность повторного запуска в воздухе. Эффективность процесса горения важна при перезапуске двигателя на высоте, когда двигателю необходимо вернуться к первоначальному (рабочему) режиму полёта, чему благоприятствует корректно сконструированная и собранная камера сгорания.

2. Изоэнтропическая эффективность процессов в цикле ГТД. (4.2)