Почему возникает перепад давления в камере сгорания реактивного двигателя?

На этом изображении, на которое есть ссылка в этом вопросе , зеленым цветом показано значение давления в реактивном двигателе:

введите описание изображения здесь

В секции сгорания между компрессором и турбиной топливо впрыскивается, смешивается с воздухом и сжигается. Почему происходит падение давления при сгорании и резкое повышение температуры на 1500°С (для сравнения с повышением давления после воспламенения в поршневом двигателе).

Ответы (5)

Воздух перемещается¹ в направлении снижения давления, за исключением случаев, когда это происходит под действием компрессора. Таким образом, давление должно уменьшаться, чтобы поддерживать желаемый поток. Если бы давление увеличивалось, поток останавливался и реверсировался, и двигатель останавливался.

На самом деле, именно это и происходит, если топливо добавляется слишком быстро: энергия быстро растет, но все еще медленно вращающаяся турбина оказывает слишком большое сопротивление, поэтому давление возрастет выше того, что может дать компрессор, и компрессор заглохнет, двигатель заглохнет. издавать громкий хлопок и пламя с обоих концов и, вероятно, пламя погаснет, поскольку на мгновение у него кончится кислород.

Как уже объяснялось, при нормальном течении высвобождаемая энергия увеличивает скорость потока, а не давление.

¹ Точнее разгоняется. Если бы давление было постоянным, он продолжал бы двигаться. Но она не должна подниматься. Она немного уменьшается из-за трения.

В идеале в цикле Брайтона процесс представляет собой подвод тепла при постоянном давлении, и тот факт, что камера сгорания остается открытой, позволяет ей расширяться, поэтому давление не увеличивается. Но я также слышал, что камеры сгорания в газотурбинных двигателях спроектированы с учетом потока как Релеевский поток. И в рэлеевском потоке для дозвукового случая статическое давление и давление торможения уменьшаются при подводе тепла. Так что же, поток рэлеевский?
@AbhishekPallipparagopakumar: В первом приближении кажется: « Камеры сгорания внутри турбореактивных двигателей обычно имеют постоянную площадь, а добавка массы топлива незначительна. Эти свойства делают модель потока Рэлея применимой для подвода тепла к потоку за счет сгорания ». В кольцевой камере сгорания падение давления составляет около 2%, в основном из-за (холодного) трения. Источник (стр. 66)
@mins да, ты прав. Из другого вопроса и ответа я обнаружил , что поток Рэлея действительно применим, и тот факт, что добавление массы очень мало, явно подтверждает это предположение. Хотя на самом деле я был сбит с толку тем, что падение давления, возникающее в камере сгорания, связано исключительно с перепадами трения или имеет ли место падение давления во время течения Рэлея. Из вопросов и ответов у него есть часть.
@AbhishekPallipparagopakumar: Я так понимаю. Тот же документ, стр. 70: «Подвод тепла вызывает снижение давления застоя, которое известно как эффект Рэлея и имеет решающее значение при проектировании систем сгорания ». По Фарохи диапазон потерь давления на тепловыделение составляет 0,5-1%, потери на «трение» (холод) 4-7% для некоторых камер сгорания.
@mins Я только что быстро прочитал несколько страниц текста (математика слишком сложна, чтобы заниматься ею), и если я прав, потеря давления из-за подвода тепла увеличивается по мере увеличения скорости потока и наличия диффузора для обеспечения Низкое число Маха на входе в камеру сгорания обеспечивает сравнительно низкие потери в горячем состоянии. Они также использовали уравнение Бернулли, предполагая, что поток несжимаем в пределах cc, и определили потери давления в горячем состоянии.
@AbhishekPallipparagopakumar: я тоже это читал. В первом документе объясняется, как определить « Число Маха, давление и температуру газа на выходе и [...] потери давления торможения при нагреве », стр. 76, задача 2.14. Хотя есть уравнения, рассуждения хорошо объясняются и могут быть поняты без уравнений. Я предполагаю, что эта потеря необходима для поддержания давления внутри гильзы ниже, чем в корпусе камеры сгорания, чтобы позволить завихренному/охлаждающему воздуху проходить через отверстия гильзы и предотвратить выход горячего газа из гильзы, но это всего лишь предположение.
@AbhishekPallipparagopakumar: Еще одна интересная статья .
Остерегайтесь, также существуют камеры сгорания с увеличением давления, которые находятся в стадии исследований и испытаний, а не в коммерческих целях в газовых турбинах.

Вопрос, на который вы ссылаетесь, содержит ответ на ваш вопрос:

небольшое падение давления в камере сгорания вызвано трением

@mins: у вас есть ограниченный объем в поршневом двигателе, в то время как объем внутри камеры сгорания открыт в задней части. Конечно, на пути есть несколько лопастей турбины, но в целом конструкция реактивного двигателя направлена ​​на ограничение потока больше спереди и меньше сзади, поэтому воздух знает, в каком направлении течь .

Потери давления в камере сгорания объясняются двумя причинами:

  1. Трение (с вкладышем), перемешивание и турбулентность
  2. Повышение температуры из-за сгорания топлива. Эта потеря давления называется «основной потерей давления». Повышение температуры вызывает уменьшение плотности и, следовательно, увеличение локальной скорости потока. Потери давления пропорциональны квадрату скорости потока.

В поршневом двигателе газы задерживаются до тех пор, пока не откроется выпускной клапан, в отличие от реактивного двигателя, где выхлоп открыт. В цилиндре газы не ускоряются. Так, v поднимается в жиклер, p поднимается в цилиндр двигателя. Повышение температуры у обоих.

Как кто-то еще сказал, увеличение скорости не должно быть связано с потерей давления, поскольку, когда мы говорим «потеря давления», мы имеем в виду потерю стагнационного/общего давления, а не статического давления. Таким образом, если скорость увеличивается изоэнтропически, общее давление останется прежним. (Общая) потеря давления в камере сгорания в основном связана с процессами, генерирующими энтропию, такими как трение и турбулентность.

Почему возникает перепад давления в камере сгорания реактивного двигателя?
СпросиСетьПолитика конфиденциальности1y, 0v