http://askcap.ru

1. 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

2. 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

3. 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 проектах.
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 = 0.865Мпа, 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. 4

5. 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

6. 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) =118.1
Параметры точки т 8.
Т9. = 545 +118.1 = 663°К, Р. = 736900Па.
Произошло сложение двух потоков. Начинается процесс горения паров
топлива в избытке кислорода.
6

7. 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