Термодинамический расчет камеры сгорания

Целью теплового расчета камеры сгорания ГТУ является опре­деление расхода топлива в ГТУ, суммарного коэффициента избытка воздуха в камере сгорания и её основных размеров.

Исходными данными для этого служат найденные при термоди­намическом расчете ГТУ расход воздуха G_В, температура Т_В^*) и давление воздуха P₂^* на входе в камеру сгорания, а также состав и теплота сгорания топлива .

Общий коэффициент избытка воздуха в камере определяется из уравнения теплового баланса камеры сгорания для 1 кг топлива:

(4.16)

где: h_T – энтальпия поступающего топлива, h_T = C_T Т_Т^*; C_T и Т_Т^* – соответственно массовая теплоёмкость и полная температура топливного газа; h_B – энтальпия поступающего в камеру сгорания воздуха, h_B = aC_B Т_В^*L₀; a – общий коэффициент избытка воздуха, C_B и Т_В^* – соответственно массовая теплоёмкость и температура воздуха; h_ПС – энтальпия продуктов сгорания на выходе из камеры сгорания при температуре Т₃^*. Её можно представить в виде:

 

(4.17)

 

где: h_B1 – энтальпия воздуха при температуре Т₃^*, h_B1 = C_B1Т₃^*; h_ЧПС – энтальпия «чистых» продуктов сгорания при a = 1 и температуре Т₃^*:

 

(4.18)

 

Объёмные теплоёмкости C_p’ при температуре Т₃^* находят по таблицам.

Тогда общий коэффициент избытка воздуха в камере сгорания:

 

(4.19)

 

Расход топлива:

 

(4.20)

 

Расход первичного воздуха:

 

(4.21)

 

Значения a₁ выбирают в зависимости от вида сжигаемого топлива и конструкции камеры сгорания (a₁ = 1,2…1,6).

 

Объём пламенной (жаровой) трубы камеры:

 

(4.22)

 

где q_V – значение объёмной теплонапряженности камеры сгорания.

 

По прототипу для данной конструкции камер сгорания выбирают отношение длины пламенной трубы к её диаметру:

 

 

для цилиндрических камер l_ПТ = 2,5…3.

 

Диаметр пламенной трубы, м:

 

(4.23)

 

отсюда длина трубы:

 

 

Расход вторичного (охлаждающего) воздуха, кг/с:

 

(4.24)

 

Площадь кольцевого канала для прохода вторичного воздуха, м²:

 

(4.25)

 

где: r_В – плотность воздуха при температуре Т_B^* и давлении Р_В^* на входе в камере, кг/м³; w_B – скорость потока вторичного воздуха в кольцевом пространстве между пламенной трубы и кожухом. В предварительных расчетах можно принять w_B = 30…40 м/с.

 

Внутренний диаметр кожуха камеры:

 

(4.26)

 

где d_ПТ – толщина стенки пламенной трубы, м.

Наружные размеры кожуха камеры устанавливают по прототипу или же на основании конструктивных соображений.

Кроме теплового, часто производится гидравлический расчет камеры сгорания для определения потерь давления.

 

Контрольные вопросы.

1. Каковы основные характеристики топлив для ГТУ?

2. Что характеризует стехиометрический коэффициент?

3. Перечислите основные элементы камеры сгорания.

4. Для чего производят разделение потока воздуха в камере сгорания?

5. Из каких зон состоит фронт пламени горения?

 

 

ОСНОВЫ ТЕОРИИ ТУРБОМАШИН

Осевые компрессоры

Изолированная ступень осевого компрессора состоит из входного направляющего аппарата (ВНА), рабочего колеса (РК) и направляющего аппарата (НА) - рис.5.1. С приведением во вращение РК воздух, проходящий через лопаточный венец, получает энергию в виде скорости в направлении вращения и в виде давления (решетка РК диффузорна, т.е. представляет собой расширяющийся канал). Последующий НА превращает скоростной напор в давление, раскручивает поток до направления, которое было в сечении 1-1. В последней ступени осевого компрессора спрямляющий аппарат обычно раскручивает поток до осевого направления.

 

а) б)

Рис. 5.1. Схема ступени осевого компрессора (а),

соответствующие ей треугольники скоростей (б).