1.1.4.3. Характеристики основных кс Зависимость ηг (α, )

Коэффициент полноты сгорания η_г является важнейшим параметром КС. Он учитывает как «химическую» неполноту сгорания, вызванную диссоциацией продуктов сгорания с образованием альдегидов вместо продуктов полного сгорания Н₂О и СО₂, так и «механическую», которая проявляется в отложении сажи, коксовании форсунок, уносе части не прореагировавшего топлива потоком воздуха за пределы двигателя.

От величины η_г зависит величина эмиссии вредных веществ в ГТД.

На величину η_г влияют α, р_к, , с_к, n, тонкость распыла и другие параметры. Зависимости η_г (α, р_к, , с_к, n) называются эксплуатационными характеристиками КС.

З

Рис. 1.8. Зависимость

начение η_{г max} достигается при α_Σ = 3…5 (α₁ = 0,8…1,0 в зоне горения) (рис. 1.8). При обеднении смеси пламя уменьшается в объеме из-за недостатка топлива. ПС, смешиваясь с избыточным (не прореагировавшим) воздухом, охлаждаются . При уменьшении температуры горения замедляются химические реакции окисления, и не все топливо успевает прореагировать, что приводит к снижению η_г. При значительном возрастании α возможно наступление срыва пламени по бедной смеси (Т_ПС < Т_{ПС min}).

При обогащении ТВС избыточное (не прореагировавшее) топливо испаряется и охлаждает ПС . Одновременно часть избыточного топлива термически разлагается при недостатке кислорода с образованием углерода в твердой фазе (сажа). Все это приводит к снижению η_г (см. рис. 1.9). При значительном уменьшении α возможен срыв пламени по богатой смеси (Т_ПС < Т_{ПС min}).

П

Рис. 1.9. Зависимость

ри уменьшении задерживается испарение капель, следовательно, ухудшается смесеобразование, уменьшается скорость горения, что приводит к снижению η_г (см. рис. 1.8).

Зависимость ηг

При увеличении H или уменьшении M полета уменьшается , что приводит к снижению η_г (рис. 1.9) вследствие:

– снижения турбулентности потока (из-за уменьшения числа Re), следовательно, снижения интенсивности теплопередачи, что приводит к замедлению процесса смешения и распространения пламени;

– уменьшения расхода воздуха М_в, сопровождающегося снижением М_т для сохранения α = const ( ).

Снижение М_т обеспечивается уменьшением давления подачи р_ф, следовательно, сни­жением Δр_ф, что приводит к ухудшению качества рас­пыла топлива, увеличению диаметра капель, которые легко пролетают через КС, не успев полностью испариться и сгореть.

Зависимость ηг(ск)

П

Рис. 1.10. Зависимость η_г(с_к)

ри значении с_к ≈ 140 м/c полнота сгорания максимальная (рис. 1.10). При снижении с_к уменьшается число Re, что приводит к снижению η_г. Одновременно уменьшается расход воздуха М_в, следовательно, уменьшается М_т, что приводит к уменьшению Δр_ф, увеличению диаметра капель и снижению η_г.

При увеличении с_к уменьшается время пребывания ТВС в зоне горения, что приводит к снижению η_г из-за того, что не все топливо успевает испариться и прореагировать.

Зависимость ηг(n)

П

Рис. 1.11. Зависимость η_г(n)

ри уменьшении частоты вращения ротора n снижается , следовательно, уменьшается М_в, уменьшается М_т, что приводит к уменьшению Δр_ф и росту диаметра капель, вследствие чего снижается η_г (рис. 1.11). Одновременно из-за уменьшения р_к снижается турбулентность потока (из-за уменьшения числа Re), следовательно, снижается интенсивность теплопередачи, что приводит к замедлению процесса смешения и распространения пламени

Вывод: устойчивость горения в КС ГТД, зависящая от величины η_г, снижается при увеличении высоты H полета и при уменьшении n (дросселирование двигателя).

При дросселировании двигателя на больших высотах полета H высока вероятность срыва пламени в КС, поэтому иногда вводят ограничения по возможности дросселирования двигателя на больших высотах полета.