4. Качество распыла компонентов топлива |
367 |
Чем больше давление и вязкость газов в камере сгорания, тем |
|
более тонко распиливаются компоненты топлива на |
мельчайшие |
частицы, тем лучше их смешение, подогрев, испарение |
и сгорание,, |
а следовательно, тем выше физическая полнота сгорания топлива. Сопротивление движению капли жидкости в газовой среде тем
больше, чем больше ее парусность, т. е. отношение объема |
капли |
||||
к ее весу. Поэтому разгон и торможение капель |
в газовой |
среде |
|||
происходят тем |
скорее, |
чем мельче капли. Более |
крупные |
капли |
|
пробивают себе |
путь на |
более далекие расстояния |
от форсунки. |
||
Запас топлива, |
несомый |
более крупными каплями, |
запаздывает |
||
с завершением процесса смесеобразования и сгорания. |
газов,, |
||||
Если распыл топлива форсункой происходит |
по потоку |
||||
что имеет место у большинства существующих двигателей, то кап ли жидкости тормозятся (или разгоняются) в направлении движе ния потока в зависимости от величины и направления относитель ной скорости их в потоке. Причем мельчайшие пылинки жидкости
практически мгновенно тормозятся и следуют за потоком.
Если же распыл происходит против потока, то капли жидкости,, обладая известной парусностью и попадая в поток, сначала тормо зятся этим потоком, а затем движутся в обратном направлении:
с потоком газа. Длина траектории капель при распыле против га зового потока приблизительно на 30—35% меньше длины траекто рии полета при распыле по потоку.
Свойственная форсункам неравномерность распыла компонен тов топлива создает в камере сгорания неровный, колеблющийся фронт воспламенения и сгорания, который производит впечатление
устойчивого пространственного распределения последовательных зон очага горения.
На качество начального и последующего смешения компонентов’
топлива также влияет турбулизация газового потока в камере сгорания, создаваемая конструкцией распылительной головки ка меры двигателя. Благодаря этой турбулизации на начальном уча стке вблизи камеры сгорания процессы испарения и перемешива ния компонентов топлива как в жидкой, так и в газообразной
фазах протекают весьма интенсивно. Этому также способствуют
конвективные газовые токи, подводящие к этой области тепло из очага горения. Дальнейшее перемешивание компонентов топлива идет в газообразной фазе.
При неустойчивой работе системы топливоподачи двигателя изменяется перепад давления компонентов топлива в форсунках,
а следовательно, качество их распыла.
Изменение режима работы двигателя связано с изменением
расхода топлива в камеру сгорания. При этом топливные форсунки
могут выходить из оптимальных условий работы и не обеспечивать
качественный распыл компонентов топлива.
В случае регулирования тяги двигателя изменением, расхода топлива в камеру приходится задаваться перепадом давлений
368 Гл. 8. Расчет и проектирование распиливающих устройств ЖРД
в форсунках при работе камеры на минимальном режиме. При пе
реводе ее работы на режим номинальной или максимальной тяги
перепад давлений в форсунках может возрасти до весьма большой величины (почти в 5—-10 раз). Это указывает на нецелесообразность этого способа регулирования тяги двигателя в широких пределах.
§ 5. Расчет струйного распиливающего устройства
Исходными данными для расчета струйного распыливающего
устройства двигателя являются:
1)виды горючего и окислителя, их удельные веса и секундные расходы в камеру сгорания;
2)конструктивная форма и диаметр головки камеры;
3)давление газов в камере сгорания.
Секундные расходы горючего и окислителя в камеру определя ют при термодинамическом расчете двигателя. Удельные веса ком понентов топлива вычисляют при той температуре, при которой они поступают в камеру сгорания. Форму головки камеры и ее раз меры выбирают в зависимости от величины тяги двигателя, пара метров камеры сгорания, выбранного способа распыла топлива, принятого типа форсунок и других соображений.
Расчет распыливающего устройства ведется с учетом требова ний, предъявляемых к распылу, статистических и эксперименталь ных данных и состоит в следующем.
1. Выбирают перепады давлений компонентов топлива в фор сунках, имея в виду, что в существующих двигателях значения их часто колеблются в пределах
Д/»ф = Зн-8 кгсм2 = (3:-8) 10* нгм2.
При выбранных перепадах давлений в форсунках скорости впрыска соответствующего компонента в камеру сгорания опреде
ляют по известной из курса гидравлики формуле:
™Впр =? 2g-^ф- м,сек. |
(8.1) |
В существующих двигателях часто щпПр^15н-40 м]сек,. На вели чину этой скорости при данном Арф влияют диаметр, длина и фор
ма входной и выходной частей форсуночного отверстия, а также
чистота обработки его поверхности.
2. Определяют потребные суммарные площади форсуночных
отверстий горючего и окислителя, пользуясь также известной фор мулой расхода жидкости:
0 = ^ /2£Дрф1,
т. е.
F=-----м2. |
(8.2) |
H / 2£Д/>ф7 |
|