Ви є тут

Комплексний метод розрахунку форсажно-вихідних пристроїв турбореактивних двоконтурних двигунів

Автор: 
Рубльов Володимир Іванович
Тип роботи: 
Дис. канд. наук
Рік: 
2006
Артикул:
0406U000723
129 грн
Додати в кошик

Вміст

РАЗДЕЛ 2
КОМПЛЕКСНЫЙ МЕТОД РАСЧЕТА РАБОЧЕГО ПРОЦЕССА
ФОРСАЖНО-ВЫХОДНЫХ УСТРОЙСТВ ТРДДФ
В разделе 1 рассмотрены основные схемы форсажно-выходных устройств и был
проведен анализ организации рабочего процесса, массовых характеристик, а также
способов оценки эффективности ФВУ. Показано, что оценка эффективности рабочего
процесса ФВУ с помощью коэффициентов полноты сгорания и восстановления полного
давления затруднена. Отдельно используют массовый показатель – относительная
масса ФВУ. С их помощью сложно оценить ФВУ, так как эти показатели
характеризуют разные стороны ФВУ потому, что обычно уменьшение массы ФВУ
приводит к снижению эффективности его рабочего процесса. Поэтому необходимо
обосновать такой показатель эффективности, который бы всесторонне
характеризовал эффективность рабочего процесса ФВУ.
Кроме этого рассмотрены методы, с помощью которых описывается течение газового
потока, процесс образования топливо-воздушной смеси и турбулентное горение. На
основе этого выдвинута задача создания комплексного метода, который должен
обеспечить расчет показателя эффективности рабочего процесса ФВУ.
Предлагаемый комплексный метод включает в себя полуэмпирический метод расчета
турбулентного горения. Этот метод позволяет учитывать неравномерность
параметров потока путем его разбития на струйки. Для определения параметров в
каждой струйке, которые влияют на процесс турбулентного горения, используется
численный расчет двухфазного течения.
2.1 Обоснование показателей эффективности форсажно-выходных устройств ТРДДФ
В качестве показателя, который характеризует эффективность рабочего процесса
форсажно-выходного устройства на форсажном режиме работы двигателя, может быть
выбран удельный прирост тяги - это отношение прироста тяги за счёт форсирования
ТРДДФ к расходу топлива в ФК , где - расход топлива в форсажной камере
сгорания, - прирост тяги за счёт форсирования [81]. Очевидно, что чем больше ,
тем выше эффективность рабочего процесса форсажно – выходного устройства.
Однако расчёт прироста тяги по формуле , где - тяги на форсированном и
максимальном режимах, является неприемлемым, поскольку он может приводить к
искажению действительной картины. В частности, возможно увеличение удельного
прироста тяги за счёт уменьшения при ухудшении эффективности рабочего процесса
на нефорсированных режимах, например, из–за загромождения проточной части
элементами ФК. Поэтому целесообразно определять прирост тяги как , где - тяга
на максимальном режиме при отсутствии загромождения потока стабилизаторами
пламени и топливными коллекторами. Величину и можно оценивать экспериментально
либо расчётным путём.
Для обеспечения возможности использования показателя при проектировании вместо
можно использовать тягу, вычисленную по параметрам газового потока на входе в
камеру смешения при фиксированной модели течения и смешения потоков, например,
при условии смешения в цилиндрической камере смешения. Это позволит
воспользоваться математическим аппаратом, разработанным для одномерных
потоков.
Тогда при использовании удельного прироста тяги в виде: , для оценки
эффективности рабочего процесса форсажно–выходного устройства требуется лишь
определение при заданном .
Поскольку [7] тяга двигателя , где - расход воздуха, - скорость полёта, то
удельный прирост тяги форсажно–выходного устройства можно представить, как: .
Недостатком такого показателя эффективности является неопределённость его
предельного значения. Этот недостаток можно устранить двумя путями.
Первым способом является использование в качестве удельного прироста тяги
обратной величины , предельное значение которой стремится к нулю.
Второй способ - приведение удельного прироста тяги к безразмерному виду.
Очевидно, что максимальное значение показателя эффективности при и , когда
достигается максимальное значение тяги сопла , и равно: . Тогда показатель
эффективности в безразмерном виде: .
Так как представляет собой отношение приростов тяг на форсированном режиме в
реальном и идеальном случаях, то он может быть назван коэффициентом прироста
тяги на форсажном режиме.
При использовании показателя эффективности рабочего процесса необходимо иметь
метод расчета тяги сопла турбореактивных двигателей.
Предлагаемый комплексный метод базируется на использовании полуэмпирической
теории турбулентного горения и численного расчета трехмерных полей параметров
двухфазного потока.
2.2 Математическая модель течения двухфазного потока в форсажно-выходных
устройствах ТРДДФ
Так как численный метод расчета турбулентного горения обладает недостаточной
точностью [75], то метод должен основываться на полуэмпирической теории
турбулентного горения и численного метода расчета трехмерных полей двухфазного
потока, которые необходимы для расчета турбулентного горения.
Положение зоны горения можно определить зная скорость потока , пульсационную
скорость , турбулентную скорость распространения пламени и длину зоны горения .
Имея размеры ФВУ и пользуясь универсальной зависимостью [61] можно определить
полноту сгорания в разных струйках потока, где х – координата, которая
отсчитывается от передней границы фронта пламени. Из теории турбулентного
горения следует [78], что , а , где - коэффициент избытка воздуха, Т –
температура, р – давление, - масштаб турбулентности, - интенсивность
турбулентности. Отсюда следует, какие требования нужно сформулировать к
численному методу расчета двухфазного потока, а именно необходимы поля
скоростей , температур, давлений, пульсационных скоростей, кислорода и паров
топлива, по которым вычисляется коэффициент избытка кислорода.
2