Как достигается правильная скорость воздуха для сгорания топлива на входе в камеру сгорания? [дубликат]

Как правило, авиационные реактивные двигатели имеют секции диффузора, которые уменьшают скорость входящего воздуха перед его попаданием в камеру сгорания.

Образец профиля скорости в реактивном двигателе; изображение из Основы газотурбинных двигателей

В некоторых случаях диффузоры находятся перед компрессорами или в самих каскадах, но конечным эффектом является снижение скорости. Даже при такой пониженной скорости сгорание невозможно, поскольку скорость горения керосина при нормальном соотношении топлива и воздуха еще ниже; следовательно, любое горючее, загоревшееся даже в предварительно рассеянном воздушном потоке, также будет снесено.

Чтобы преодолеть это, внутри камеры сгорания создается область низкой осевой скорости с помощью завихрителей и рециркуляции. Помогает то, что топливо сгорает только с частью воздуха, поступающего в камеру сгорания.

Изображение с сайта aeromodelbasic.blogspot.in

По сути, воздушный поток, поступающий в камеру, делится на несколько частей, которые входят в камеру в разное время и в разных местах, так что общий воздушный поток имеет низкую осевую скорость, способствуя при этом рециркуляции. Из процесса горения :

Приблизительно 20 процентов потока воздушной массы всасывается носовой или входной секцией. Сразу за носиком расположены вихревые лопатки и перфорированный факел, через который воздух проходит в зону первичного горения. Закрученный воздух создает поток перед центром жаровой трубы и способствует желаемой рециркуляции. ...

В стенке корпуса жаровой трубы, примыкающей к зоне горения, имеется определенное количество вторичных отверстий, через которые в первичную зону проходит еще 20% основного потока воздуха. Воздух из завихряющих лопаток и воздух из отверстий вторичного воздуха взаимодействуют и создают область рециркуляции с низкой скоростью. Он принимает форму тороидального вихря, похожего на кольцо дыма, которое стабилизирует и закрепляет пламя.

1. Камеры сгорания обычно имеют рециркуляционные зоны, в которых либо происходит полное сгорание, либо, по крайней мере, закрепляется пламя. Это можно сделать с помощью нескольких конструкций
   • Внезапный скачок поперечного сечения в сочетании с завихренностью
   • Корпуса пламегасителей
   • центральные вытеснители
   • Торможение по завихренности
2. Лопастной канал компрессора фактически расширяется. Замедление потока сопровождается увеличением статического давления (см. диффузоры). Кроме того, компрессор передает работу жидкости, что еще больше увеличивает ее плотность. Расходящееся поперечное сечение кольцевого канала между ступицей и корпусом спроектировано таким образом, чтобы поддерживать осевую скорость каким-то образом на одном уровне. Высокие осевые (или, точнее, меридиональные) уровни скорости вызывают более высокие потери на трение. Низкие скорости снижают передаваемую мощность ступени компрессора, что требует большего количества ступеней.

^{Автор SidewinderX (собственная работа) [ CC BY-SA 3.0 или GFDL ], через Wikimedia Commons}

завихритель

Завихритель представляет собой часть камеры сгорания, через которую проходит первичный воздух, поступающий в зону горения. Его роль заключается в создании турбулентности в потоке для быстрого смешивания воздуха с топливом.

Топливный инжектор

Топливная форсунка отвечает за подачу топлива в зону горения и вместе с завихрителем отвечает за смешивание топлива и воздуха. Существует четыре основных типа топливных форсунок; инжекторы распыления под давлением, воздушной струи, испарителя и предварительного смешивания / предварительного испарения. Топливные форсунки с распылением под давлением полагаются на высокое давление топлива (до 3400 килопаскалей — 500 фунтов на квадратный дюйм) для распыления ^{топлива} .

¹ _{Хотя «распыление» имеет несколько определений, в данном контексте оно означает образование тонкой струи. Это не означает, что топливо разлагается на атомарные компоненты.}

— Википедия

Таким образом, в основном эти два компонента обеспечивают тщательное смешивание топлива с воздухом для сгорания без потери топлива на выходе.

Как инженеры могут замедлять воздух без его декомпрессии

Скорость потока — это энергия, поэтому замедление потока увеличивает его давление.

На дозвуковых скоростях первая часть происходит уже перед впуском при приближении самолета. Это предварительное сжатие очень эффективно, потому что оно происходит в свободном потоке, и инженеры спроектировали воздухозаборник таким образом, что он будет поглощать только часть воздуха, идущего к нему на крейсерской скорости. На входе поток замедляется еще больше, так что он входит в первую ступень компрессора со скоростью потока от 0,4 до 0,5 Маха. Обычно таким образом 98% кинетической энергии потока может быть преобразовано в давление.

В секции компрессора воздух из впуска вынужден устремляться в сужающийся кольцевой туннель для его сжатия. Интуитивно понятно, что эта конструкция не замедляет воздух или замедляет его недостаточно.

В компрессоре плотность сжатого воздуха повышается вместе с давлением. Следовательно, сужающаяся геометрия внутри компрессора не ускоряет поток — он фактически еще больше замедляется — и только следует за изменением объема. Плотность и соотношение объемов при изоэнтропическом сжатии пропорциональны отношению давлений (индекс 0 обозначает начальное состояние, а индекс 1 обозначает конечное состояние) следующим образом:

Заключительный этап замедления потока происходит в поперечном сечении, ведущем от компрессора к камере сгорания, которое называется диффузором. Здесь поперечное сечение осторожно расширяется, чтобы замедлить воздушный поток без разделения. Вокруг топливных форсунок вы найдете самую низкую скорость газа во всем двигателе. Пожалуйста, смотрите этот ответ и этот ответ для получения более подробной информации - мне сказали не копировать соответствующие части старых ответов в новые ответы.