Файл: Пояснительная записка по курсовой работе на тему проектировочный расчет камеры сгорания.docx

1 Методика расчета камеры сгорания

Цель расчёта – определение геометрических характеристик основных элементов конструкции камеры сгорания (КС), нахождение термогазодинамических параметров потока в характерных зонах, коэффициентов гидравлических потерь. Расчёт выполняется методом последовательных приближений, на каждом этапе проверяется соответствие расчетных и известных из исходных данных значений параметров.

При расчете КС исходными данными являются:

• 
  параметры воздуха на входе в двигатель:
  

– полное давление;

– полная температура;

– число Маха;

– суммарный массовый расход воздуха;

• 
  вид топлива, его характеристики, параметры состояния:
  

– температура;

– теплота сгорания, керосин Т–1;

полнота сгорания топлива ;

• 
  предельные значения по температурам:
  

– максимальная среднемассовая температура в зонах горения, К;

– температура газов на выходе из камеры сгорания, К.

В настоящее время не существует общепринятой методики расчета КС, которая позволила бы по заданным параметрам двигателя и известным физико-химическим свойствам топлива определить основные термогазодинамические, конструктивные и гидравлические параметры. Из общей компоновки двигателя определяем тип КС и геометрические характеристики.

С учетом исходных для расчета данных, а также на основании выбранных нами за основные условия (минимальные потери полного давления; низкий уровень эмиссии; минимальная длина и масса; малая лобовая площадь двигателя) выбираем кольцевую двухзонную камеру сгорания

---

, работающую по схеме богато-бедного горения.

Определив основные параметры и схему организации рабочего процесса проектируемой камеры сгорания, выполним термогазодинамический, конструктивный и гидравлический расчеты.

1.1 Методика термогазодинамического расчета

Цель термогазодинамического расчета – определение температур в зонах горения и температуру продуктов сгорания.

Начальным этапом термогазодинамического расчета конструктивного расчета является запись закона сохранения энергии для энтальпий на входе и выходе:

;


Рисунок 1 - Схема термогазодинамического расчета
Как было сказано ранее в рассматриваемом случае имеем две зоны горения: внешняя – близкая к стехиометрическому процессу горения и внутренняя – бедная зона горения. Тогда энтальпия на входе в жаровую трубу для стехиометрической зоны:

,
где - химическая составляющая энтальпии, – полнота сгорания топлива.
Энтальпия на выходе из зоны стехиометрического горения:
,
где первое слагаемое соответствует продуктам сгорания при стехиометрическом горении, второе слагаемое составляет в данном случае (зона бедная, т.е. ) непрореагировавший воздух.

Таким образом, приравняв обе части, получим:
. (1)
Прежде всего, необходимо определить температуру воздуха на входе в камеру сгорания (Т_к). Для этого определим температуру воздуха на входе в двигатель. Температура воздуха на входе в двигатель (Т_в) принимается равной температуре окружающей среды, т.е. (Т_о.с.). Полную температуру окружающей среды определим по известному числу Маха на входе в двигатель:

. (2)

Тогда температура воздуха на выходе из компрессора найдем из соотношения:

---

, (3)

где – степень повышения давления в компрессоре, – КПД компрессора.

Распределение потоков воздуха задаём на основании следующих условий: формирование богатой и бедной зон, должно обеспечивать заданный уровень температур в зоне горения; должно выполняться определенное соотношение между мощностями первой и второй зон горения; количество воздуха, подаваемого на охлаждение стенок должно быть необходимо и достаточно для обеспечения заданного поля температур на стенках жаровой трубы. Таким образом, соотношение массовых расходов воздуха в зонах камеры сгорания принимаем:

кг/с; кг/с, кг/с.
В конечном итоге необходимо, чтобы сумма всех расходов была равна суммарному расходу воздуха, подаваемому через диффузор.

Для того чтобы проектируемая камера сгорания отвечала требованиям по выбросам загрязняющих веществ в окружающую среду, она должна обеспечивать заданный уровень температур в зоне горения, для этого определим температуры в зонах горения. Приведем уравнение (2.1) к виду, где содержится только суммарный массовый расход воздуха, для этого воспользуемся соотношением , где – стехиометрический коэффициент, – коэффициент избытка воздуха, получим:
.
Выразим из этого выражения температуру в бедной зоне горения, получим:
. (4)
Получим уравнение для стехиометрической зоны горения, выполняя последовательно те же действия, что и для первой зоны:

.
Тогда температура во второй зоне горения:
. (5)
Зная температуры в зонах горения, определим температуру на выходе из камеры сгорания (Т_{г вых}) на основании равенства энтальпий на входе и выходе:


Тогда температура уходящих газов на выходе из КС:

---

(6)

Определим мощность камеры сгорания, при этом должно выполняться условие: мощность первой (близкой к стехиометрии) зоны должна составлять не более 10 % от общей мощности, в противном случае получим мощный источник оксидов азота:

• 
  для первой зоны: ; (7)
  
• 
  для второй зоны: .
  

Суммарная мощность камеры сгорания:

. (8)

Выводы: проведен термогазодинамический анализ, определены температуры на выходе из компрессора и в зонах горения, мощность камеры сгорания.

---

1.2 Методика конструктивного расчета

Цель расчёта – определение геометрических характеристик основных элементов конструкции камеры сгорания (КС), нахождение термогазодинамических параметров потока в характерных зонах, коэффициентов гидравлических потерь. Расчёт выполняется методом последовательных приближений, на каждом этапе проверяется соответствие расчетных и известных из исходных данных значений параметров.

Расчет геометрических размеров элементов камеры сгорания основывается на применении уравнения расхода для различных сечений камеры сгорания, а также опытных данных. Используя данное уравнение, определяются высота поперечного сечения на входе в диффузор (h_к), высота на выходе из диффузора (h₁), высота участка внезапного расширения (h₂), максимальная высота жаровой трубы (H _ж.т), высота поперечного сечения на выходе из турбины (h_т).



Рисунок 2 – Схема конструктивного расчета

Для того чтобы определить площадь проходного сечения на выходе из компрессора (F_к) воспользуемся уравнением расхода:

,

откуда

. (9)

Предположим, что воздух на входе в диффузор удовлетворяет характеристикам идеального газа, тогда плотность воздуха за компрессором можно определить по уравнению состояния идеального газа, которое для потока воздуха записывается в следующем виде:

, (10)

где и – газодинамические функции, определяемые из таблиц по известному значению приведенной скорости [1].

Скорость потока воздуха на выходе из компрессора выбираем согласно рекомендациям, изложенным в [3], [4], в этом случае величина приведенной скорости (

---