4.2.2. Понятие о процессе горения топлива

Горение топливовоздушной смеси представляет собой сложный процесс, состоящий из смесеобразования и собственно горения (химической реакции окисления элементов топлива) .

Смесеобразование представляет собой совокупность процессов подготовки топлива к воспламенению и последующему горению. В их числе находятся процессы распиливания топлива, испарения «го и перемешивания топлива и его паров с воздухом.

Топливовоздушные смеси могут быть однородными, когда коэф­фициент избытка воздуха в любой точке объема, занимаемого •смесью, остается постоянным, и неоднородными. Если смесь состо­ит из воздуха и полностью испаренного топлива, она называется •гомогенной, если в смеси содержится к тому же и топливо, то смесь называется гетерогенной. Однородная и неоднородная смеси могут быть как гомогенными, так и гетерогенными.

Распыливание представляет собой процесс дробления топлива на мелкие капли, в результате чего увеличивается поверхность соприкосновения топлива с воздухом, так как чем меньше капли, тем больше общая их поверхность.

Распыливание топлива в камере ГТД производится центробеж­ными форсунками. Распад струи топлива, вытекающей из форсун­ки, происходит в значительной степени под действием аэродина­мических сил, возникающих при взаимодействии с потоком воздуха в камере.

Тонкость распыливания (размер капель, образующихся в ка­мере сгорания) зависит от перепада давлений на форсунках и па­раметров потока воздуха в камере (давления, скорости потока). Процесс испарения определяется передачей тепла от газа к каплям топлива. Чем интенсивнее подводится тепло к топливу от воздуха и чем быстрее отводятся от топлива образовавшиеся пары, тем быстрее протекает испарение.

Смешение паров топлива с воздухом происходит главным обра­зом путем их турбулентного перемешивания. На протекание про­цесса перемешивания оказывает действие интенсивность вихре­вых течений воздуха. Для воспламенения топливовоздушной смеси при запуске применяют посторонние источники зажигания (элект­рическая искра) или специальный пусковой воспламенитель. В дальнейшем смесь поджигается от образующихся в камере зон устойчивого горения (зон стабилизации пламени). При этом от продуктов сгорания к свежей смеси подводится тепло, обеспечиваю­щее воспламенение смеси. При изменении состава топливовоздуш­ной смеси в камере сгорания изменяются условия, как в зонах ста­билизации пламени, так и в области движения свежей смеси. Так, если смесь очень богата, в результате неполного сгорания топлива из-за недостатка кислорода, выделяющегося тепла не хватает для нагревания соседних слоев для воспламенения. Если смесь очень бедна, она сгорает полностью, но выделяющееся при этом тепло нагревает большое количество избыточного воздуха, что вызывает снижение температуры и ухудшает условия распространения пла­мени. Предельные значения а, при которых пламя гаснет и не мо­жет распространяться, называются пределами воспламенения. Они зависят от ряда факторов. Так, с ростом температуры смеси пре­делы воспламенения расширяются, а с увеличением содержания в них продуктов сгорания — суживаются. Для однородных гомоген­ных смесей авиационных керосинов с воздухом они составляют:

Рассмотрим протекание процесса сгорания на примере непо­движной гомогенной смеси. После зажигания образуется очаг пла­мени, путем последовательного поджигания слоев смеси пламя распространяется по смеси. Поверхность, разделяющая весь объ­ем смеси на зону, занятую продуктами сгорания, и зону, запол­ненную еще несгоревшей смесью, называется фронтом пламени. Скорость его перемещения относительно смеси, измеренная по на­правлению, перпендикулярному фронту, называется нормальной скоростью распространения пламени и_н. Ее значения составляют 0,3—0,6 м/с.

Величина и_н зависит от коэффициента избытка воздуха, темпе­ратуры и давления смеси, а также от его физико-химических. свойств. Максимальное значение скорости сгорания достигается при α = 0,9 ... 0,95. Обогащение и обеднение смеси уменьшают н_н из-за снижения при этом температуры сгорания.