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

, (97)

- относительный расход . – относительная скорость

Потери при сужении канала

Коэффициент потерь на сужение канала:

. (98)

Потери при сужении канала:

. (99)

Тепловые потери:

. (100)
Суммарные потери полного давления по всему тракту:

. (101)

Определим относительную величину потерь полного давления:

. (102)

Выводы: определены основные источники потерь, суммарные потери полного давления по всему тракту КС, относительная величина потерь полного давления.

1.6 Методика теплового расчета стенки жаровой трубы

Тепловой расчет проводят с целью определения температур на внешней и внутренней поверхности жаровой трубы, при этом для обеспечения достаточного ресурса работы жаровой трубы необходимо выдерживать значения температуры на стенке в пределах T_w <1100 К. В ходе расчета необходимо определить тепловые потоки за счет излучения (R₁) и конвекции (C₁) от горячих газов в полости жаровой трубы, а также за счет излучения ее стенок жаровой трубы на корпус камеры сгорания (R₂) и конвекции к охлаждающему воздуху (C₂), протекающему снаружи ее. Расчет основывается на применении законов Стефана-Больцмана (теплообмен излучением), Фурье (теплопередача через стенку жаровой трубы), Ньютона-Рихмана (конвективный теплообмен) в условиях процессов, протекающих в камере сгорания. Расчетная схема стенки жаровой трубы представлена на рисунке 5.


Рисунок 5 – Расчетная схема стенки жаровой трубы
Жаровая труба нагревается излучением и конвекцией от горячих газов в ее полости и охлаждается посредством излучения ее стенок на внешний кожух и конвекции к воздуху, протекающему снаружи ее. Кондуктивный поток тепла вдоль стенки относительно мал, поэтому его можно не учитывать в расчете. Запишем уравнение теплового баланса:


где R – тепловой поток за счет излучения,

С –тепловойпоток за счет конвекции,

К – кодуктивный тепловой поток вдоль стенки жаровой трубы,

К_1-2 – удельный кондуктивный тепловой поток поперек стенки, который определяется градиентом температуры по толщине стенки:

,

где – теплопроводность стали (при этом выбираем распространенную и доступную сталь, наиболее часто применяемую в машиностроении, с рекомендуемой температурной нагрузкой не более 1100К) 12Х18Н10Т, толщина стенки жаровой трубы.

Тепловым потоком К вдоль стенки из-за его незначительности пренебрегаем; кроме того делаем предположение, что ∆F_w1=∆F_w2. С учетом этих замечаний уравнение упрощается:


Тепловой поток за счет излучения рассчитывается посредством закона Стефана-Больцмана:



Таким образом, величина удельного лучистого потока от газа с температурой T_гк окружающей его абсолютно черной оболочке с температурой T_w1 на основании закона Стефана-Больцмана может быть определена как:

,

где ε_г и α_г – излучательная и поглощательная способности газа соответственно.

В действительности абсолютно черных тел не существует. Стенка обладает некоторой степенью черноты ε_w<1.В расчете этот факт должен быть учтен множителем 0,5(1+ ε_w) [3]. Тогда:



Для величины α_г можно записать [3]:

.

Окончательно выражение для определения величины удельного лучистого потока от газа с температурой T_гк окружающей его оболочке с температурой T_w1примет вид:
.
Излучательную способность пламени, можно вычислить по формуле:

, (103)

где L – коэффициент светимости, длина участка от фронтового устройства до расчетного сечения.

Лучистый поток тепла R₂ от стенки жаровой трубы к стенке наружного корпуса камеры сгорания может быть вычислен при следующем предположении: обе стенки являются серыми с равномерными степенями черноты ε_w и ε_к и температурами T_w2 и Т_к соответственно. Тогда результирующий лучистый поток от жаровой трубы определяется выражением [3]:

.

Для расчета конвективной теплопередачи к жаровой трубе используют классическое соотношение, полученное для теплопередачи в прямой трубе [3]:

.

– теплопроводность газа.

Конвективный тепловой поток от жаровой трубы с удовлетворительной степенью точности может быть вычислен по формуле [3]:

.

– теплопроводность воздуха.

Здесь физические свойства воздуха определяются при температуре T_k

Постоянная Стефана-Больцмана: Вт/(м²К⁴).

Согласно уравнению баланса тепловых потоков, имеем следующую систему уравнений:

.

Подставив в данную систему уравнений выражения для определения тепловых потоков, получим:

. (104)
Решив систему уравнений с двумя неизвестными, получим значения температур на внешней (T_w2) и внутренней (T_w1) поверхностях стенки жаровой трубы без учета охлаждения.

Полученные значения температур очень высоки и не удовлетворяют условиям обеспечения надежной работы камеры сгорания (T_w<1100 К). Поэтому стенки жаровой трубы необходимо охлаждать, для этого рассчитаем тепловые потоки с учетом охлаждения. Определяем число Рейнольдса для струи, втекающей через охлаждающее отверстие в жаровой трубе:

, (105)

– диаметр отверстия, – скорость истечения воздуха из отверстия.

Определим параметр вдува:

. (106)

Расчет эффективности системы охлаждения:

, (107)

где – безразмерное расстояние между рядами отверстий.

Определим температуру стенки с учетом охлаждения:

, (108)

– коэффициент эффективности охлаждения.

Теперь рассчитаем конвективный тепловой поток к внутренней поверхности жаровой трубы с учетом охлаждения:

, (109)

. (110)

Подставим это выражение в следующую систему уравнений и рассчитаем температуры стенки жаровой трубы с учетом введенного охлаждения:
(112)
Решив данную систему уравнений, получим температуры на внутренней и внешней поверхностях стенки жаровой трубы с учетом охлаждения.

Выводы: выбрали марку стали стенок ЖТ, определили температуру стенки ЖТ, убедились в эффективности системы охлаждения.

1100>

---

1100>

---

2 Расчет камеры сгорания

2.1 Конструктивный и термогазодинамический расчет

Температура воздуха на входе в двигатель (Т_в) принимается равной температуре окружающей среды, т.е. (Т_о.с.) : К.

Полную температуру окружающей среды определим по известному числу Маха на входе, для этого используем формулу (1):



Тогда температура воздуха на выходе из компрессора найдем из соотношения (2):



где – КПД компрессора.

Задаемся соотношением массовых расходов воздуха:

кг/с; кг/с, кг/с.

Температуру в первой зоне горения определим по формуле (4):


Тогда температура во второй зоне горения по формуле (5):


Зная температуры в зонах горения, определим температуру на выходе из камеры сгорания (Т_{г вых}) по формуле (6).



Определим мощность камеры сгорания по формуле (7):

• 
  для зоны бедного горения:
  

• 
  для зоны около стехиометрического горения:
  

Суммарная мощность камеры сгорания по формуле (8):



Скорость потока воздуха на выходе из компрессора выбираем согласно рекомендациям, изложенным в [3] равной 120 м/с, в этом случае величина приведенной скорости (λ_к) оценивается по выражению (11):

,

плотность воздуха определяем по формуле (10):

---

, кг/м³.

Теперь можем определить площадь проходного сечения

м².

По известному значению площади проходного сечения (F_к) определим наружный диаметр кольцевого канала на выходе из компрессора (12):
м,

где – относительный втулочный диаметр последней ступени компрессора, который согласно [3] равен .
Вычислим средний диаметр на выходе из компрессора по формуле (13):
м.

Высота проходного сечения на входе в кольцевой диффузор (14):



Согласно [3] скорость на входе в турбину принимаем м/с.

Полное давление на выходе из камеры сгорания определяем, исходя из требований предъявляемым к камерам сгорания по гидравлическим потерям (17):

МПа.

Величина приведенной скорости в этих условиях равна:

.

Плотность газа на выходе из камеры определяем по формуле (16):

, кг/м³.

Теперь можем определить площадь проходного сечения по формуле (15):

м².

Наружный диаметр камеры на входе в сопловой аппарат турбины (18):

м,

где относительный втулочный диаметр соплового аппарата турбины согласно [3] принимаем .

Внутренний и средний диаметры на входе в сопловой аппарат турбины

(19-20):

м,

м.

Зная внутренний и наружный диаметры на входе в сопловой аппарат турбины, определим его высоту (21):

---

м.

Определим степень расширения диффузора на безотрывном участке (22):

.

Согласно [3] величину принимаем равной 1,7.

Площадь на выходе из безотрывного участка (23):

м².

Средний диаметр на выходе из безотрывного участка (24):

м.

Угол раскрытия диффузора согласно [3] выбираем в пределах .

Высота выходного сечения диффузора (25):

м.

Наружный и внутренний диаметры выходного сечения диффузора (26 - 27):

м,

м.
Площадь поперечного сечения участка внезапного расширения (28):

м².

Относительная площадь участка внезапного расширения (К_р) принимается согласно рекомендациям [3] равной .

Высота сечения участка внезапного расширения определим из следующего соотношения (29):

м.

Наружный и внутренний диаметры участка внезапного расширения (30-31):

м,

м.

Расстояние от плоскости внезапного расширения до обтекателя жаровой трубы (32):

м.

Определяем площадь миделевого сечения камеры сгорания (33):

, м².

Для кольцевой камеры сгорания величины , , принимаются равными соответственно 0,06 и 20 согласно рекомендациям [3].

Действительную площадь миделева сечения определим, умножив площадь миделевого сечения на холодных продувках на поправочный коэффициент, по формуле (34):

м².

Средний диаметр камеры сгорания (35):

---