Эксэрготрансформаторная камера сгорания.

В эксэрготрансформаторной камере сгорания происходит процесс преобразования значительной части потенциальной энергии топлива, в кинетическую энергию, которая теоретически может быть преобразована в работу (эксэргию). Выходное давление торможение может превосходить давление на входе в камеру.

1

Существующие способы преобразования тепловой энергии в

, 19 , механическую работу открытые в веке достигли, совершенства и дальнейшее их усовершенствование

. становится экономически не оправдано Существующие , тепловые двигатели сложные в ремонте дорогостоящие при

, изготовлении не надежные в работе и экономически. неэффективные Эти способы преобразования тепловой

, энергии в механическую энергию естественным образом, . устарели поэтому нуждаются в замене

В термическом цикле газотурбинных установках значительная , часть полезной работы затрачивается на работу компрессора

.нагнетающий избыточный сжатый воздух в камеру сгорания , , Цель разработки создания способа в котором

, минимизируются затраты на сжатия воздуха подаваемого в . камеру сгорания

Рассмотрим проект эксэрготрансформаторной камеры . сгорания топлива

Предлагаемая эксэрготрансформаторная камера сгорания имеет запальное устройство, в которое подается насосом одна единица топлива и нагнетается компрессором одна или несколько весовых частей воздуха, обеспечивающих устойчивое горение и испарение паров топлива. Пары топлива и продукты его сгорания выходят из запального устройства с высоким давлением и поступают в эксэрготрансформатор, где выполняют работу по всасыванию и сжатию наружного воздуха. В канале эксэрготрансформатора при сверхзвуковом движении воздуха и паров топлива происходит сгорания их с выделением большого количества тепла. Геометрия канала камеры сгорания определяет политропность процесса горения топлива. Примем, что горение происходит при постоянном объеме V = Const, что приводит к повышению внутреннего давления двигающего со сверхзвуковой скоростью потока. Продукты сгорания топлива из канала поступают в диффузор, где их скоростной напор преобразуется в давление.

Выполнение этих условий возможно только при безударном . способе сложения потоков газа Открыт способ безударного сложения потоков газов и

, . изготовлено устройство в котором он реализуется Данное устройство названо нами

.эксэрготрансформатором

2

В камере сгорания более половины тепла преобразуется в , кинетическую энергию продуктов сгорания обладающих

. высокой температурой Для доработки остаточного тепла выходящего с диффузора камеры сгорания необходимы другие

, .устройства которые будут рассмотрены в других проектах Краткий результат от эксэрготрансформаторной камеры 1 .сгорания на кг топлива

В запальное устройство подается 1кг. топлива с теплотой сгорания Qсг.=42000КДж/кг и 3кг. сжатого воздуха с температурой 498°К и Р.=0.68МПа.С диффузора эксэрготрансформатора выходят продукты сгорания топлива массой 25.66 кг. Параметры давлением Р = 0.9Мпа, температурой торможения Т= 1948°К и температурой выхода Т =1037°К.Затраты на работу компрессора: Эк = (498 -288) × 1× 3 = 630КДж.Эксэргия (работа) на выходе из камеры сгорания: Эв = (1948 – 1037) × 1× 25,66 = 23375 КДж.Коэффициент преобразования эксэргии: k = 23375 : 630 = 31,1.Более подробное описание процесса приведено в расчете термического цикла камеры сгорания.

3

4

Расчет первой ступени двигателя - эксэрготрансформаторной камеры сгорания.

Начальные условия примем. Теплота сгорания условного жидкого топлива 42000 КДж/кг. Для сгорания 1кг. топлива необходимо 14 кг. воздуха. При сгорании 1кг воздуха в парах топлива выделяется 3000 КДж. тепла.Удельную теплоемкость для воздуха и продуктов сгорания примем постоянную: Ср. = 1КДж/кг. град.Камера сгорания имеет запальное устройство, в которое подается 1кг. топлива с наружной температурой 288.°К. и 3кг. воздуха с давлением 0.68МПа и температурой 498°К. При сгорании воздуха в парах топлива в запальном устройстве выделяется тепло: 3000 ×3=9000 КДж.Температура смеси в запальном устройстве: (288×1 +498×3 +9000)/4 = 2695°К.Иллюстрация расчета происходящих процессов изменения состояния газа, показана в T-S диаграмме.Энергия паров топлива и продуктов его сгорания (рабочей газ) выполняет в эксэрготрансформаторной камере сгорания работу, по всасыванию и сжатию атмосферного воздуха.Работа адиабатного процесса 1-2 создает в камере критическое разряжение процесс 2-3. Ар. = 1560 – 1300 = 260КДж. × 4 = 1040КДж.Назовем это разряжение «потенциальной ямой». Работа всасывания процесс 4-5 одного килограмма воздуха.Авсас. = Ср×(Т4 – Т5) = 1×(288 – 240) × = 48 КДж.Масса всасываемого атмосферного воздуха.Мв. = 1040 : 48 = 21.66кг. 1 кг. рабочего газа выполняет работу по всасыванию и сжатию m = 5.417кг. наружного воздуха. Наружный воздух, реализуя разряжение «потенциальной ямы», со звуковой скоростью поступает в неё - процесс 4-5, где происходит его встреча с рабочим газом.

5

Процесс энергообмена состоит в следующем: Рабочий газ, выходя из «потенциальной ямы в процессе 3– 3 изотермического сжатия, отдает тепло холодному воздуху и выходит из потенциальной ямы. Холодный воздух, получив тепло в процессе 5-4, также выходит из потенциальной ямы и возвращается в исходное состояние, т.е. его давление, удельный объём соответствуют первоначальному состоянию т.4.Пройдя «потенциальную яму», в канале эксэрготрансформатора продолжается изотермическое сжатие рабочего газа и передача его тепла холодному воздуху, который в процессе 4 – 7 изохорного сжатия получает его. Сумма изохорных процессов 4-7 должна быть равна 2-7, отсутствие равенства компенсируется эксэргией. Аизох. = (545 – 288)×5.417 = 1392. Аизоб. = 1560 – 545 = 1015. Недостача – 377КДж.Расчет по изобаре: 1015 : 5.417 = 187.4. Сложим и найдем температуру точку 6 на изохоре 4-7. 288 + 187.4 = 475.4Расчет параметров точки 9.Р. = (Т×R): V, Р = (475.4×290): 0.8352 = 165070 Па.Адиабатное расширение газа процесс 7-9 определит параметры точки 9 Т=449,5°К. Для достижения изохоры Т. = 545°К, необходимо использовать кинетическую энергию газа. (1392 – 1015) = 377. 377 : 5.417 = 69.6, 475.4 + 69.4 = 545.Определим остатки кинетической энергии: 1560 +377 = 1937. 2695 – 1937 = 758КДж.Оставшаяся кинетическая энергия рабочего газа распределяется по общей массе взаимодействующего вещества. Процесс 7 – 8. ( 2695 – 1937) : (5.417 + 1) =118.1Параметры точки т 8. Т9. = 545 +118.1 = 663°К, Р. = 528640Па.Произошло сложение двух потоков. Начинается процесс горения паров топлива в избытке кислорода.Горение топлива происходит в постоянном объеме камеры сгорания: её канал имеет цилиндрическое строение постоянного сечения, огражденного на входе и выходе сверхзвуковой скоростью.Геометрия канала эксэрготрансформатора, определяет показатель политропных процессов, которые может быть от 1 до ∞.

6

Горение.

Найдем повышение температуры газа при сгорании оставшихся паров топлива. 42000 – 9000 = 33000КДж.Общая масса газа на 1кг. топлива: М = 6.417×4 = 25.668.Повышение температуры будет равно: 33000: 25.668 :1= 1285.6 градуса. Температурой движущего потока является т.6, параметры которой: температура Т. = 475,4°К. и удельный объем V = 0.8352.Температура сгорания топлива точка 11. Тv. = 475.4 +1285.6 = 1731°К.Далее газ, пройдя канал камеры сгорания, поступает в её диффузор, где скоростной напор суммируется с давлением в движущемся потоке.Энтальпия движущего потока 9-8 Ад = (663 – 449,5) ×1= 216,5КДж/кг.Процесс 11 – 10 сложим энтальпии горения топлива и движущего потока: 1731 + 216,5 = 1948. Давление торможения в точки 10 будет 0,9МПа.

7