4.5. Характеристики камер сгорания

Основными характеристиками камер сгорания являются зависи­мости полноты сгорания, уровня гидравлических потерь, а также диапазона состава смесей, при которых обеспечивается устойчивое сгорание, от параметров потока воздуха, поступающего в камеру сгорания.

Рассмотрим характеристики камеры по полноте сгорания. Коэф­фициент полноты сгорания зависит от коэффициента избытка воз­духа, объемного расхода воздуха, или, что то же самое, скорости воздуха на входе в камеру, давления и температуры воздуха на входе в камеру.

Зависимость η_г от а показана на рис, 4.5,а. В процессе эксплуатации, а изменяется в широких пределах, поскольку регулирование тяги осуществляется, как правило, изменением подачи топлива в камеру сгорания. Хотя совершенство процесса сгорания зависит от α в зоне горения, по оси абсцисс ради удобства отложен суммар­ный коэффициент избытка воздуха α_∑, который учитывает весь воз­дух и все топливо, поступающие в камеру сгорания. Как видно из рисунка, максимальное значение η_г достигается при определенном значении α. Обеднение или обогащение смеси по сравнению с этим значением α, приводит к снижению η_г.

Снижение α сопровождается переобогащением смеси в первич­ной зоне топливом, поэтому из-за недостатка кислорода оно сгора­ет неполностью, часть топлива выносится в зону смешения, где го­рение прекращается вследствие снижения температуры. При зна­чительном переобогащении смеси количество тепла, попадающее в зону циркуляции, оказывается очень большим, что вызывает сни­жение ее температуры, поджигающая способность этой зоны ста­новится недостаточной и наступает срыв пламени («богатый» срыв).

При увеличении а скорость сгорания уменьшается и часть несгоревшего тепла уносится в зону смешения, где из-за дальнейшего снижения температуры горение прекращается. Снижение темпера­туры в зоне стабилизации приводит к «бедному» срыву.

Повышение температуры T_к* на входе в камеру оказывает по­ложительное влияние на полноту сгорания (рис. 4.5, б) в области обогащения или обеднения смеси, что объясняется повышением скорости химических реакций горения с ростом температуры.

С нижение давления р_к* ниже атмосферного давления (рис. 4.5, е) вызывает уменьшение η_г. Оно объясняется ухудшением рас­пыла топлива из-за уменьшения перепада давлений на форсунке, падением интенсивности турбулентности пото­ка, увеличением времени горения.

Увеличение скорости воздуха на входе в камеру c_к (или объемного расхода) ведет к снижению η_г, что объясняется уменьшением времени пребывания горючей смеси в зоне горения (рис. 4.5,г).

Срывная характеристика камеры сгорания, служащая для' оценки камеры с точки зрения устойчивости процесса, показана на рис. 4.6. На характеристике показана зависимость коэффициента избытка воздуха, при котором наступает срыв пламени, от средней скорости потока в камере.

Поле устойчивых режимов работы камеры сгорания ограничено слева границей богатого срыва. Как было сказано выше, с увели­чением с_к срыв наступает при больших значениях а, что связано с уменьшением времени пребывания топливовоздушной смеси на гра­нице зоны обратных токов. С увеличением с_к уменьшается время пребывания топливовоздушной смеси на границе зоны обратных токов, время контакта смеси с горячими газами становится недо­статочным, поэтому срыв пламени наступает при больших α.

Справа поле устойчивой работы ограничено границей бедного срыва. Так как на режимах предельного обеднения смеси сильно снижается температура в зоне горения и в зоне обратных токов, свежая смесь не успевает воспламениться, что приводит к срыву пламени.

Расчет камеры сгорания на стадии проектирования двигателя сводится в основном к определению расхода топлива в камере сго­рания на различных режимах работы двигателя и коэффициента избытка воздуха в камере, оценке уровня гидравлических потерь в камере сгорания, определению на основании эмпирических зависи­мостей габаритных размеров жаровой трубы, расчету диффузора камеры сгорания.

Для определения расхода топлива в камере сгорания (коэффи­циента избытка воздуха в камере) при заданном расходе воздуха и его термодинамических параметрах (температуре, давлении) можно использовать соотношение (4.9), однако на практике для этой цели обычно используются зависимости, определенные в тер­модинамических расчетах, типа представленных на рис. 4.7. Ис­пользуя эти зависимости по заданным значениям Т_к* и Т_г*, нетруд­но определить значение а и расход топлива в камере сгорания