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

В термическом цикле газотурбинных установках

значительная часть полезной работы затрачивается на работу , механического компрессора нагнетающий избыточный

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

, минимизируются затраты энергии на сжатие 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 значительная часть 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 проектахВ 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 = 0.865Мпа, 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. Назовем это разряжение «потенциальной ямой». Работа всасывания процесс 4-5 одного килограмма воздуха.Авсас. = Ср×(Т4 – Т5) = 1×(288 – 240) = 48 КДж.Определим коэффициент всасывания: k = (1560 – 1300) : 48 = 5,417. 1 кг. рабочего газа выполняет работу по всасыванию и сжатию k = 5.417кг. наружного воздуха. Масса всасываемого воздуха: Мв. = 4×5,417 =21,67кг. Полная масса газовоздушного потока: Мп. = 21,67 +4 = 25,67кг.Наружный воздух, реализуя разряжение «потенциальной ямы», со звуковой скоростью поступает в неё - процесс 4-5, где происходит его встреча с рабочим газом.

5

Теоретический расчет сложение потоков газа начнем с нахождения на изобаре Р.=100000Па общей точки, где в процессе изменения состояния газов сумма энтропии будет равно нулю. Параметры этой точки 6: Т.= 374,7°К. V=1,0865м3/кг.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 изохорном процессе 5-4, повышает свою температуру Т.= 240°К. до 288°К, что подобно изотермическому расширению от параметров Р. = 100000Па и Т. = 288°К.Одновременно изотермическое сжатие рабочего газа происходит и по изотерме 2-2 от Р.=100000Па. до Ркр. = 189300Па.Далее рабочий газ, остывая в процессе 2-7 P=Const, передает тепло воздуху. Аизоб. = (1560 – 545) : 5,417 = 187,4КДж. Воздух поглощает тепло по изохоре V. = 0,8352м3/кг. от температуры Т=288°К. до температуры точки 6. Аизох. = 288 + 187,4 =475,4 Для сложения потоков необходимо затратить кинетическую энергию на изотермическое сжатие рабочего газа. А = (545- 475,4) × 5,417 = 377.Определим Расчет параметров точки 9.Р. = (Т×R): V, Р = (475.4×290): 0.8352 = 165070 Па.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. = 736900Па.Произошло сложение двух потоков. Начинается процесс горения паров топлива в избытке кислорода.

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 = 0.8352м3/кг.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 – 475,4) = 216,5КДж/кг.Процесс 11 – 10 сложим энтальпии горения топлива и движущего потока: 1731 + 216,5 = 1948. Давление торможения в точки 10 будет 0,865МПа.

7