2. Топливо и его горание

1. Авиационные топлива

Авиационные топлива представляют собой жидкие смеси раз­личных углеводородов. Горючими элементами в топливах являются углерод и водород. Состав топлива, характеризующийся, прежде всего содержанием в нем C и H (в процентах или долях едини­цы) называется элементарным составом топлива. Так, в частнос­ти, в авиационных керосинах содержится (84,0 … 86,0) % C и (16,0… 14,0)% H.

Углеводородные топлива получают из нефти путем прямой гон­ки и крекинга. При прямой гонке нефть постепенно нагревается, и из нее последовательно испаряются фракции, образующие бен­зин, керосин, лигроин. При крекинг-процессе остатки прямой гонки подвергаются воздействию высокой температуры и давления, в ре­зультате чего получается дополнительное количество топлива.

В отечественных ГТД применяют топлива Т-1, ТС-1, Т-6, РТ, различающиеся, в частности, по фракционному составу.

Теплотворность топлива в среднем равна 43 000 кДж/кг. Топли­во Т-6 отличается повышенной плотностью и термостабильностью, т. Е. способностью при повышении температуры не выделять смолы и другие осадки, почему и применяется для длительных полетов сверхзвуковых самолетов, когда температура топлива в баках сильно повышается вследствие аэродинамического нагрева лета­тельного аппарата.

Горение топлива представляет собой быструю реакцию окисле­ния углерода и водорода. Реакции эти сопровождаются выделени­ем тепла. Ниже представлены основные реакции окисления эле­ментов, входящих в состав топлива:

C+

(4.3)

Эти же реакции с учетом молекулярной массы углерода, водо­рода и кислорода:

(4.4)

или, относя их к одному килограмму углерода и водорода,

(4.5)

Таким образом, окисление 1 кг водорода требует 8 кг кисло­рода и сопровождается образованием 9 кг водяного пара и выде­лением 120000 кДж тепла, а на окисление 1 кг углерода требуется 2,66 кг кислорода, при этом образуется 3,66 кг углекислого газа и выделяется 32 800 кДж тепла. Отсюда теоретически необходимое количество кислорода — количество его, необходимое для полно­го окисления 1 кг топлива, равно 2,66 С + 8 Н. Для углеводород­ных топлив эта величина в среднем равна 3,5 кг.

В ГТД для окисления углерода и водорода используют кисло­род воздуха, в 1 кг которого содержится 0,232 кг кислорода. Тогда теоретически необходимое количество воздуха — количество его, необходимое для полного окисления 1 кг топлива,

В среднем эта величина для керосинов составляет 14,5 ... 15.

Количество воздуха L_Д, подводимое в камере сгорания к 1 кг топлива (оно называется действительным количеством воздуха) + отличается от теоретически необходимого количества L₀. Их отно­шение называется коэффициентом избытка воздуха

и служит для характеристики состава топливовоздушной смеси.

При а=1 смесь называют стехиометрической. Если а>1,0, то смесь называют бедной (топливом). Если же а<1,0, то смесь на­зывают богатой (топливом) .

Относительный расход топлива — количество топлива, которое нужно ввести на 1 кг воздуха, можно определить следующим об­разом:

(4.8)

По известным значениям Т_к* и Т_Г* можно определить q_т (или а_∑), которое обеспечивает требуемое повышение температуры. Так, если — тепло, внесенное в камеру воздухом, — тепло, выделяющееся при сгорании топлива, то сумма этих вели­чин должна дать — тепло, выносимое газом из камеры. Таким образом, баланс тепла в камере

Имея в виду, что расход газа G_г равен сумме G_в + G_Т и разделив правую и левую части на G_в (тогда G_т/G_в = q_т= 1/aL₀), можно по уравнению (4.9) получить значение q_Т.