Электронная библиотека диссертаций и авторефератов России
dslib.net
Библиотека диссертаций
Навигация
Каталог диссертаций России
Англоязычные диссертации
Диссертации бесплатно
Предстоящие защиты
Рецензии на автореферат
Отчисления авторам
Мой кабинет
Заказы: забрать, оплатить
Мой личный счет
Мой профиль
Мой авторский профиль
Подписки на рассылки



расширенный поиск

Разработка физико-математической модели рабочего процесса низкоперепадной пневмоструйной форсунки Абере Гобезе Гетахун

Разработка физико-математической модели рабочего процесса низкоперепадной пневмоструйной форсунки
<
Разработка физико-математической модели рабочего процесса низкоперепадной пневмоструйной форсунки Разработка физико-математической модели рабочего процесса низкоперепадной пневмоструйной форсунки Разработка физико-математической модели рабочего процесса низкоперепадной пневмоструйной форсунки Разработка физико-математической модели рабочего процесса низкоперепадной пневмоструйной форсунки Разработка физико-математической модели рабочего процесса низкоперепадной пневмоструйной форсунки Разработка физико-математической модели рабочего процесса низкоперепадной пневмоструйной форсунки Разработка физико-математической модели рабочего процесса низкоперепадной пневмоструйной форсунки Разработка физико-математической модели рабочего процесса низкоперепадной пневмоструйной форсунки Разработка физико-математической модели рабочего процесса низкоперепадной пневмоструйной форсунки Разработка физико-математической модели рабочего процесса низкоперепадной пневмоструйной форсунки Разработка физико-математической модели рабочего процесса низкоперепадной пневмоструйной форсунки Разработка физико-математической модели рабочего процесса низкоперепадной пневмоструйной форсунки
>

Диссертация - 480 руб., доставка 10 минут, круглосуточно, без выходных и праздников

Автореферат - бесплатно, доставка 10 минут, круглосуточно, без выходных и праздников

Абере Гобезе Гетахун. Разработка физико-математической модели рабочего процесса низкоперепадной пневмоструйной форсунки : диссертация ... кандидата технических наук : 05.07.05 / Абере Гобезе Гетахун; [Место защиты: Рыбин. гос. авиац.-технол. акад.].- Рыбинск, 2009.- 131 с.: ил. РГБ ОД, 61 09-5/1935

Содержание к диссертации

Введение

ГЛАВА 1. Распыл топлива в камерах сгорания ГТД 10

1.1 Требования, предъявляемые к распыливающим устройствам 10

1.2 Способы распыливания жидкостей. Конструктивные схемы пневматических форсунок и принципы их Работы 11

1.3 Теоретические и экспериментальные исследования распыла форсунками 24

Выводы по главе 43

ГЛАВА 2. Разработка конструкции низкоперепаднои пневмо - струйной форсунки 44

2.1 Конструктивные особенности перспективной низкоперепадной пневмоструйной форсунки 44

2.2 Методика расчета основных режимных и геометрических параметров 47

2.3 Критерии оценки характеристик распыла и геометрического подобия элементов проточной части 51

Выводы по главе 60

ГЛАВА 3. Экспериментальное исследование факела распыла низкоперепадной пневмоструйной форсунки 61

3.1 Методика исследования расходных характеристик 61

3.2 Методика исследования корневого угла факела распыла 63

3.3 Методика исследования неравномерности распределения топлива по сечению факела распыла 65

3.4 Методика исследования мелкости распыла 68

3.5 Комплексная установка по исследованию характеристик факела распыла 77

3.6 Планирование многофакторного эксперимента и методика аппроксимации эмпирических данных 82

3.7 Исследование расходных и энергетических характеристик низкоперепаднои пневмоструйной форсунки 93

3.8 Исследование корневого угла факела распыла 101

3.9 Исследования неравномерности распределения топлива по сечению факела распыла 102

3.10 Исследование мелкости факела распыла топлива 106

Выводы по главе 112

ГЛАВА 4. Полуэмпирическая методика расчета рабочего процесса низкоперепаднои пневмоструйной форсунки 114

Выводы по главе 121

Заключение 122

Список использованных источников

Введение к работе

В настоящее время стремление к совершенствованию рабочего процесса камер сгорания вызвано возрастающими требованиями к выбросу вредных веществ [1 — 5].

Газотурбинные двигатели в течение • многих десятилетий являются основными силовыми установками в авиации. В последнее время они находят все большее применение в качестве привода во многих отраслях техники. Это привело к тому, что производство газотурбинных двигателей стало одной из ведущих отраслей индустриально развитых стран мира. Важными требованиями, предъявляемыми к камерам сгорания ГТД любого- класса, являются: высокая полнота сгорания, низкий уровень гидравлических потерь и вредных выбросов, обеспечение заданных профилей параметров потока на выходе. При проектировании современных КС возникают проблемы организации процесса горения в высокоскоростных потоках и нестехиометрических условиях. В случае газообразных топлив задача решается интенсификацией массообменных процессов в зоне предварительного смешения. Для жидкого углеводородного топлива необходимо обеспечить, возможно, более полное испарение жидкой фазы в максимально короткой области, ограниченной сечением впрыска топлива и фронтом пламени, стабилизированным в первичной зоне камеры сгорания на границе приосевой зоны обратных токов [1 - 12].

Решение возможно созданием условий, приводящих к многократному дроблению топливных струй, подаваемых в виде осесимметричных волнообразных жгутов или тонкой пелены из топливных форсунок [1, 2, 3, 13 -18].

На современном этапе развитии теории многофазных турбулентных течений отсутствуют аналитические расчетные методы, позволяющие с приемлемой для практики точностью выполнять оценку параметров форсунок, обеспечивающих требуемое соотношение отмеченных характеристик распыла. Поэтому разрабатываются полуэмпирические методы расчета этих величин и методики проектирования форсунок [1-5, 14,19 - 25].

Характеристики факела распыленного топлива, должны отвечать требованиям: "мелкость распыла 10 d 50 мкм, средняя неравномерность по сечению факела 3%; минимум энергетических и гидравлических потерь по трактам форсунки. Задача оптимизации рабочего процесса таких распыливающих устройств и их проектирование для частичного или полного предварительного смешения с гомогенизацией топливовоздушной смеси и созданием условий эффективной стабилизации фронта пламени является актуальной и требует тщательного исследования [19 - 22].

Цель диссертационной работы состоит в разработке физико-математической модели рабочего процесса низкоперепадной пневмоструйной форсунки, обеспечивающей требуемые параметры качества распыла при сравнительно меньших затратах, чем у существующих аналогов.

Задачи исследований

Для достижения поставленной цели необходимо решить ряд задач:

1. Разработать методику постановки многофакторного эксперимента по исследованию характеристик распыла пневмоструйной форсунки камеры сгорания ГТД и изготовить экспериментальный стенд для её реализации.

2. Провести экспериментальные исследования характеристик факела распыла, расходных и энергетических характеристик форсунки.

3. Построить физико-математическую модель и систему критериальных уравнений, на основе которых разработать методику расчета рабочего процесса пневматической форсунки.

4. Провести сопоставительный анализ с аналогичными форсунками и выяснить степень достоверности полученных данных. 5. Спроектировать конструкцию низкоперепадной пневмоструйной форсунки, обеспечивающей требуемые характеристики факела распыла, удовлетворяющие требованиям, предъявляемым к форсункам КС авиационных и наземных ГТД.

Методы исследований

При решении поставленных задач использованы: теоретические методы термодинамики и газодинамики потоков и струйных течений; теория подобия и размерностей, основополагающие закономерности распыливания, статистический анализ, экспериментальные методы постановки теплофизического эксперимента.

Достоверность и обоснованность

Достоверность и обоснованность научных результатов достигается корректным применением соответствующих математических положений и законов при разработке физических и математических моделей, выбором обоснованной методики проведения эксперимента, применением измерительных приборов с необходимой калибровкой и проверкой. Достоверность результатов подтверждается удовлетворительным совпадением результатов опытных исследований с данными, полученными другими исследователями.

На защиту выносятся:

1. Физико-математическая модель рабочего процесса низкоперепадной пневмоструйной форсунки, система критериальных уравнений.

2. Результаты экспериментальных исследований по мелкости, равномерности, корневому углу факела распыла и коэффициенту расхода в зависимости от геометрии форсунки и режимов работы. 3. Полуэмпирическая методика проектировочного расчета форсунки и схема её конструкции.

Научная новизна полученных результатов

С использованием теории подобия и метода анализа размерностей проведены экспериментальные исследования низкоперепадной пневмоструйной форсунки, обработка которых позволила разработать физико-математическую модель, построенную на системе критериальных уравнений, описывающих геометрически подобные форсунки и их рабочий процесс.

Практическая ценность

Получены критериальные уравнения, на основе которых разработана полуэмпирическая методика расчета форсунки, позволяющая на начальном этапе проектирования по заданному расходу и давлению топлива определить её основные геометрические параметры и характеристики распыла.  

Способы распыливания жидкостей. Конструктивные схемы пневматических форсунок и принципы их Работы

Хорошее распыливание топлива является основным требованием, предъявляемым к форсуночным устройствам, поэтому наиболее логичным будет классифицировать устройства по типу превращения подаваемого объема топлива в ансамбль капель топливовоздушного факела. При этом для классификации распыливающих устройств, удобно использовать так называемых энергетический подход [4, 12, 14, 23, 24, 26]. Система общей классификации форсунок приведена на рис. 1.1 [4].

Гидравлическое распыливание - процесс, при котором на распад жидкости расходуется энергия самой жидкой формы (собственные колебания струи, потеря устойчивости пленкой). Основным энергетическим фактором, приводящим к распаду жидкости на капли, является давление нагнетания. Гидравлическое распыливание - самое экономичное по потреблению энергии (2-4 кВт на диспергирование 1 т жидкости), однако создаваемый при этом распыл - довольно грубый и неоднородный, затруднены регулирование расхода при заданном качестве дробления, а также распыливание высоковязких жидкостей. В тоже время этот способ наиболее широко распространен вследствие сравнительной его простоты [4, 12, 14, 23, 24].

Механическое распыливание. При этом способе жидкость получает энергию вследствие, трения о быстровращающиеся рабочие элементы распылителя, и распад формы жидкости происходит под действием внешних сил (акустические поля, механическое воздействие движущихся частей форсунки). К достоинствам механического способа следует отнести возможность распыливания высоковязких и загрязненных жидкостей и регулирования производительности распылителя без существенного изменения дисперсности. Недостатками является то, что вращающиеся распылители очень дороги, сложны в изготовлении и эксплуатации, энергоемки (15 кВт на диспергирование 1 т жидкости). Механическое распыливание применяют, главным образом, для дробления вязких жидкостей и суспензий [4, 12, 14, 23, 24,26].

Акустическое распыливание. При акустическом распыливании жидкость получает энергию в процессе взаимодействия с потоком газа. В отличие от пневматического распыливания, газу сообщаются колебания ультразвуковой частоты, что обеспечивает более- тонкое и однородное дробление. Акустический способ- распыливания более экономичен и перспективен, чем пневматическое однако, конструкции акустических распылителей несколько сложнее пневматических [21, 23, 24].

Пневматическое распыливание. При пневматическом распыливании энергия подводимого в форсунку воздуха расходуется на распад формы жидкости главным образом в результате динамического взаимодействия ее с высокоскоростным потоком воздуха (распыливающего агента) [4, 21, 23, 24].

Комбинированные методы распыливания. Сочетание нескольких перечисленных выше способов распыливания позволяет получить такие характеристики распыла, которые невозможно обеспечить применением каждого из них в отдельности [23, 24].

Механическо-гидравлическое распыливание - процесс, при котором- в распаде формы жидкости принимает участие не только энергия самой жидкой формы, но и пассивного внешнего источника (распыл с поверхности) [4, 23, 24].

На рис. 1.2 приведена классификация форсуночных устройств с использованием энергии воздушного потока для распыла топлива. Такие системы распыливания топлива делятся на устройства с использованием вспомогательного воздуха, подаваемого от внешнего источника (баллон, или дополнительный компрессор), и устройства, работающие с имеющимися перепадами давления воздуха.

Ряд устройств с использованием вспомогательного воздуха начинается с акустических форсунок. Для получения требуемых характеристик по мелкости f распыливания им достаточно небольшого относительного (к топливу) расхода воздуха с большим перепадом давления. Струя или пленка жидкости подвергается воздействию ультразвуковых колебаний воздуха, создаваемых генератором, и распадается на капели. Ультразвуковые распылители используются в основном в медицине, в технологических агрегатах. Следующей группой, использующей вспомогательный воздух, являются форсунки с эмульгированием или барботированием топлива. В форсунках этого типа потоки воздуха и топлива смешиваются в каналах форсунки до прохождения смесью сопла. Как показано в работе [4, 21] в зависимости от отношения расходов поток топлива может приобретать структуру аэрозоля, вытесняться на стенку или; заполняя весь объем, содержать в себе воздушные пузырьки. На выходе из форсунки вследствие резкого падения давления объем газового пузырька резко увеличивается, разрывая окружающую его жидкую фазу на мелкие капли. К недостаткам можно отнести повышенную склонность к возникновению пульсации, концентраций и необходимость высокого давления подачи эмульгирующего воздуха. В работе [4] описана шестиструнная-. форсунка с подводом воздуха высокого давления в топливный коллектор и обдувочным воздухом под экран (рис. 1.3а). На рис. 1.36 показана пневматическая форсунка с эмульгированием в каналах топливного шнека вблизи сопла, и внешним закрученным потоком- воздуха1 [4]. Следующей группой в ряду устройств с использованием вспомогательного- воздуха стоят форсунки с подводом двух потоков периферийного: и осевого; при этом хотя бы один из- потоков - высокого давления. Форсунки с, подводом воздуха с внешнего, источника могут быть различных схем сходных со схемами; пневматических форсунок. Группа форсунок с подводом воздуха, по периферии;. потока топлива является- переходимой , между рядом устройств, с использованием вспомогательного воздуха и рядом форсунок пневматической-схемы. Для экстремальных условий при низких температурах или для распыливания вязких топлив может быть создана форсунка этого типа, работающая либо при постоянной подаче вспомогательного воздуха, либо при кратковременном ее включении с последующей работой с располагаемого перепада давления воздуха. А для обычных условий эксплуатации может быть создана форсунка, работающая постоянно от располагаемого перепада давления воздуха. Такие форсунки в основном используются совместно с внешним закручивающим, устройством.

Методика расчета основных режимных и геометрических параметров

На первой стадии возбуждения волнообразных колебаний оси струи определяющей является геометрия выходного сопла и рабочий перепад давления. Различные исследования [1, 2, 3, 12, 14, 51,71] показывают, что связь длины волны наиболее быстро растущей моды колебаний с радиусом выходного сопла имеет вид Хтах 9го, где г0 - радиус сопла истечения жидкости. Учет этого условия при профилировании сопла позволил оценить размер первичных дробленых капель, на которые при минимальных перепадах давления струя распадается по компонентам. Размер первичных элементов определяется объёмом жидкости, заключенным в области струи, равной длине волны Хтах в девять раз большей радиуса сопла.

Следующая стадия диспергирования связана со сложным процессом вторичного дробления первичных капель. На этом этапе основной эффект вносит их гидродинамическое взаимодействие с окружающим потоком газа и нарушение устойчивости поверхности по отношению к малым возмущениям. Чем больше удельная энергия, передаваемая жидкости (энергия на единицу массы), тем меньше относительный размер капель, представляющий собой отношение среднемедианного размера капли к характерному линейному размеру потока. Поскольку размеры капель в факеле распыла, распределены по статистическому закону, можно сделать вывод, что подобным образом распределены не только пульсационные скорости, но и масштабы турбулентности, характеризующие размеры распыленных частиц. Поэтому оптимизация этой стадии распыла с использованием энергетического подхода так же важна.

При определенных значениях относительной скорости и лобового сопротивления на границе раздела фаз, давление среды на поверхностный слой, находящийся под воздействием силовых полей молекул различных фаз, превосходит давление касательных сил поверхностного натяжения и вызывает распад первичных элементов на капли такого размера, для которых выполняется условие равенства капиллярных и гидродинамических сил. Это позволяет установить баланс энергии, передаваемой жидкости газовым потоком, для совершения работы против сил поверхностного натяжения.

Методика расчета экспериментального варианта пневматической струйной форсунки построена с использованием материалов, изложенных в основополагающих работах по организации процесса распыла и расчету конструкции низкоперепадной струйной.пневматических форсунок [4, 21, 98]. При разработке распыливающих устройств известными является тип диспергируемой жидкости и ее расход. Руководясь конкретным предназначением форсунки, подбирается перепад давления на форсунке по АРГ. В частности, для форсунок, предназначенных для распыливания при организации топливовоздушнои смеси в газотурбинных двигателях и ВРД величина этого перепада лежит в пределе 0,03 МПа АРТ 0,8 МПа. Из энергетических соображений необходимо стремиться к минимизации перепада давления по топливу АРТ, обеспечивающему необходимое качество распыла. Обычно при расчете известны давление топлива Рт и температура Тт. Воспользовавшись справочной литературой [49, 50, 72] по известному типу топлива и параметрам его состояния находятся значения его теплофизических параметров: поверхностное натяжение - оу; плотность - рг; кинематическая вязкость — vr и динамическая \х вязкость. Цель исследования состоит в разработке, эффективной пневматической струйной форсунки. Поэтому, следуя рекомендациям источников [4, 12, 14], для анализа, эффективности распыла введем параметр, определяющий отношение расхода воздуха к расходу топлива в виде относительного коэффициента а расхода воздуха,. (AAFR - как его идентифицируют в зарубежных источниках). Для пневматических струйных форсунок без закручивающего; поток устройства его принимают равным по данным [4] в диапазоне 0Д5 _ а 0,95. Причем, чем мельче распыл, тем больше величина «.Для проектируемой- форсунки начальная» расчетная . величина or была принята близкой к ее среднему значению в соответствии с рекомендуемым диапазоном а =0,35. В этом.случае по известным расходу топлива GT и относительному расходу воздуха" рассчитывается необходимый расход воздуха GB= a -GT. (2.1) ;

Цель проектировочного расчета состоит в определении размеров основных элементов конструкции форсунки и термогазодинамических параметров в характерных сечениях.

Обобщая результаты ранее проведенного анализа литературных источников, будем считать, что разрабатываемая конструкция после ее опытной доводки должна обеспечивать мелкость распыла в пределах 10 із2 50 мкм, а средняя неравномерность по сечению факела не превышать величины , 3%. В качестве распыливаемой жидкости выбраны вода \ и авиационный керосин марки TG. Характеристики и параметры состояния топлива и вода: поверхностное натяжение - УГ; кинематическая вязкость -vr и плотность -рт взяты из источников [84, 90].

Методика исследования неравномерности распределения топлива по сечению факела распыла

Перед проведением опытов определяется требуемый из задач использования набор сечений (рис. 3.2) вдоль факела распыла, в которых необходимо произвести измерения. Затем проводится распыл жидкости форсункой при установленном давлении воздуха и жидкости. После каждого опыта в протоколе испытаний регистрируются давления жидкости и воздуха, а так же время истечения жидкости. Замеры давлений топлива и воздуха выполняются манометрами. Расход воздуха определяется поплавковым ротаметром. Количество жидкости, попавшей в пробирки определяется объемным методом с помощью мерных стаканов, а время истечения секундомером. Расход жидкости через форсунку определяется объемным методом с помощью мерного стакана, а время расхода секундомером. Обработка экспериментальных данных проводится по изложенной ниже методике, позволяющей найти коэффициент неравномерности распределения жидкости по сечению факела распыла. По полученным результатам строятся графики зависимости коэффициента неравномерности распределения жидкости по сечению факела распыла. На основе полученных результатов делаются анализы и выводы о проведенных опытах. FHKl - площадь неизмеренного жидкости в і-ом кольце, м (рис.3.2) (разность между площадью і-го кольца и суммарной площадью пробирок в этом кольце). Расход жидкости, проходящий через i-oe кольцо определяется как: ою= опр1+сню, (3.11) где GKl - расход в пробирку, принадлежащую і-ому кольцу, кг/с; Л - количество пробирок в кольце GHI0 - неизмеренный расход жидкости в і-ом кольце (проходящий между пробирками), кг/с. Неизмеренный расход жидкости GHKl можно найти из условия равномерного его распределения по площадям между пробирками в данном і-ом кольце FHKl:

В настоящее время разработано большое число методов определения спектра размеров частиц. Среди них можно выделить метод улавливания капель в слой масла, метод отпечатков с использованием сажевого покрытия, многочисленные электрические, оптические методы, причем последние получили наибольшее распространение [1, 12, 14, 26, 53]. Это объясняется, во-первых, достаточно большой степенью надежности получаемых результатов, а во-вторых, то, что оптические методы являются бесконтактными.

К оптическим методам принято относить голографический метод, скоростную фото- и киносъемку и метод малоуглового рассеяния света. Для исследования спектра размеров частиц использовался метод малоуглового рассеяния света, позволяющего определять размеры частиц дискретной фазы, как в потоках, так и в неподвижных системах (взвесях), и, кроме того, что немаловажно, является достаточно простым в реализации.

В основе метода светорассеяния под малыми углами лежит экспериментальное определение индикатрисы рассеяния света (зависимости интенсивности света от угла рассеяния), содержащей информацию о дисперсном составе частиц, на которых происходит рассеяние. В теории, описывающей рассеяние света мутной средой [1, 12, 14, 53], показано, что если параллельный пучок света с длиной волны Я рассеивается совокупностью взвешенных в газовой среде частиц одинакового радиуса (монодисперсным аэрозолем), то зависимость интенсивности рассеянного света от угла рассеяния /3 выражается соотношением KPhV -r2, (3.17) где 10 - интенсивностТаким образом, соотношение (3.20) дает возможность определения спектра размеров частиц по экспериментально найденной индикатрисе рассеянного света 1(р).

В соответствии с [14, 53] область применения метода ограничивается следующими допущениями:

1. Рассеяние света на каждой частице происходит безотносительно к другим частицам, т. е. не учитывается интерференция волн, рассеянных отдельными частицами. Это справедливо при условии, что расстояние между частицами велико по сравнению с длиной волны Л, рассеянного света. Как показано в [53] предельное расстояние между частицами, при котором можно еще не учитывать интерференцию волн, рассеянных каждой частицей, равно

С другой стороны, расстояние между частицами в условиях плотной упаковки что обычно превышает значения q, имеющие место в производственных задачах [53].

2. Рассеяние однократно. Предполагается, что каждая частица света облучается только первоначальным пучком света и не облучается светом, рассеянным другими частицами. Критерием выполнения указанного допущения является соотношение ь пучка света в отсутствие рассеяния, Jl — функция Бесселя первого порядка, г — радиус частицы,

Исследование расходных и энергетических характеристик низкоперепаднои пневмоструйной форсунки

При проектировании топливных форсунок важными характеристиками являются коэффициенты потерь давления и расхода, от которых зависит эффективность организации процесса распыла. В настоящее время установлены достаточно жесткие требования по допустимой величине потерь полного давления в газовых акс 5.5% и топливных оу 50% трактах камер сгорания [3]. На рисунках3.7, 3.8, представлены зависимости коэффициентов расхода жидкости (вода, керосин) разработанной форсунки от чисел Рейнольдса, и геометрии элементов проточной части, определяющих критические сечения и качество их изготовления. Для разработки полуэмпирических методик расчета распыливающих устройств, интерес представляет определение средних значений коэффициентов расхода по воздуху и топливу. На рис.3.7 показана зависимость коэффициента расхода топлива от числа Рейнольдса по топливу ReT при постоянных / = 0, dB = 0.14 и различных значениях dr. Из графика видно, что коэффициент расхода топлива 1 уменьшается с уменьшением диаметра топливного сопла при одном и том же числе Re. При увеличении перепада давления топлива 1 возрастает в диапазоне числа Рейнольдса 1,5 ReT.10" 5 и 0,029 dT 0,17. При числах Рейнольдса 5 RcT.10" 22 и 0,029 ёт 0,17 коэффициент расхода топлива 1 выходит на автомодельный режим с малозаметным снижением. Некоторое уменьшение коэффициента расхода по топливу в области развитого турбулентного режима связано с более быстрым темпом роста теоретического расхода по сравнению с реальным, что, обусловлено влиянием крупномасштабных турбулентных структур на процесс истечения. При конструировании форсуночных устройств требуются однозначные зависимости основных характеристик рабочего процесса форсунки от определяющих режимных и геометрических параметров камер сгорания или другого устройства, в составе которого они работают. Критериальный подход позволяет получить эти зависимости установлением однозначной связи параметров с выбранными в качестве критериев числами подобия. На рисунке 3.8 приведены сравнительные результаты проливок форсунки на воде и керосине позволяющие, оценить влияние теплофизических свойств на характеристики распыла. При малых числах Re коэффициент расхода незначительно возрастает, однако при достижении области критических значений (рис.3.8) характеристика выходит на автомодельный режим. Причем предельные значения коэффициента расхода по керосину несколько меньше чем по воде при неизменной геометрии, что связано в более высокой вязкостью.

В процессе истечения возникает эффект эжекции, что приводит к изменению действительного перепада давления на форсунке и коэффициента расхода. Результаты исследования различных авторов [1, 13] показывают, что отмеченные процессы являются существенно нестационарными. Некоторое уменьшение коэффициента расхода по топливу в области развитого турбулентного режима связано с более быстрым темпом роста теоретического расхода по сравнению с реальным, что, обусловлено влиянием крупномасштабных турбулентных структур на процесс истечения и некоторому затенению проходного сечения, лимитирующему увеличение действительного расхода при возрастании рабочего перепада давления на форсунке. видно, что число Эйлера Ей, по топливу уменьшается с уменьшением диаметра топливного сопла di при значениях / = 0 и dn =0,14. В диапазоне числа Рейнольдса 1.103 Re, 6 10-3 и 0,029 di 0,17, число Эйлера Ей, резко падает при докритическом режиме работы форсунки, а при сверхкритическом режиме работы форсунки в приделах числа Рейнольдса 6 Re,.10 Л 22 и 0,029 di 0,17 числа Ей, по топливу перестает зависеть от числа Рейнольдса и приход на режим автомодельности в области развитого турбулентного течения. Такое явление может быть связано с затенением проходного сечения форсунки в результате генерации крупномасштабных турбулентных структур, вызывающих уменьшению действительного расхода топлива.

Полученные критериальные уравнения для расчета числа Эйлера по топливу, с помощью которых можно оценивать гидравлические потери имеют вид:

Видно, что цв уменьшается при тех же перепаде давлении и числе ReB для отдельно взятых экспериментальных точек на графике с уменьшением относительного диаметра сопла воздухасів. Но с увеличением перепада давления воздуха на форсунке и числа ReB коэффициент расхода воздуха (ів возрастает.

Анализ зависимости коэффициента расхода по воздуху показывает, что имеются две области его монотонного возрастания. В первой области, характеризующейся значениями чисел Рейнольдса в диапазоне 1,5 ReB.10"3 10 и 0,06 ёв 0,14, реализуется докритическое истечение, во второй - сверхкритическое истечение в диапазоне числа Рейнольдса 10 ReB.10"3 35 и 0,06 с1в 0,14. При сверхкритическом режиме работы форсунки достигаются максимальные значения \хп, в результате увеличения плотности истекающей среды и соответственно массового расхода при повышении полного давления на входе.

Похожие диссертации на Разработка физико-математической модели рабочего процесса низкоперепадной пневмоструйной форсунки