Что называется объемом камеры сгорания
Камера сгорания
Содержание
Камеры сгорания ГТД
Типичная схема
Горячий газ занимает гораздо больший объем, чем горючая смесь, поступающая на вход в двигатель. Тем самым создается дополнительное давление, которое может двигать поршень или вращать турбину. Энергия также идет на создание дополнительной тяги при выходе газа из сопла.
Стехиометрическая камера
Форсажная камера
Для увеличения тяги в турбореактивном двигателе за турбиной можно поместить вторую, т.н. форсажную камеру сгорания, в которой газ может нагреваться до такой же температуры, как и в прямоточном воздушно-реактивном двигателе. Форсажная камера представляет собой цилиндрическую трубу с соплом регулируемого сечения на выходе.
Требования к камере сгорания ГТД
Камера сгорания — один из самых сложных элементов конструкции двигателя. В настоящее время она должна удовлетворять следующим десяти требованиям:
Литература
Полезное
Смотреть что такое «Камера сгорания» в других словарях:
КАМЕРА СГОРАНИЯ — замкнутое пространство, предназначенное для сжигания топлива (газообразного, жидкого, твердого). Бывают периодического (напр., в поршневых двигателях внутреннего сгорания) и непрерывного действия (в газотурбинных и реактивных двигателях) … Большой Энциклопедический словарь
камера сгорания — – здесь сгорает горючка и толкает поршень. EdwART. Словарь автомобильного жаргона, 2009 … Автомобильный словарь
камера сгорания — — [А.С.Гольдберг. Англо русский энергетический словарь. 2006 г.] Тематики энергетика в целом EN burnerbnrfirebox … Справочник технического переводчика
камера сгорания — 3.1.26.1 камера сгорания (combustion chamber): Камера, внутри которой происходит сгорание газовоздушной смеси. Источник … Словарь-справочник терминов нормативно-технической документации
камера сгорания — замкнутое пространство, полость для сжигания газообразного, жидкого или твёрдого топлива в двигателях внутреннего сгорания. Камеры сгорания бывают периодического действия (напр., в поршневых двигателях внутреннего сгорания, в пульсирующих… … Энциклопедия техники
камера сгорания — Основная камера сгорания. камера сгорания газотурбинного двигателя устройство, в котором в результате сгорания топлива повышается температура поступающего в него воздуха (газа). Основная К. с. турбовинтового двигателя или турбореактивного… … Энциклопедия «Авиация»
камера сгорания — Основная камера сгорания. камера сгорания газотурбинного двигателя устройство, в котором в результате сгорания топлива повышается температура поступающего в него воздуха (газа). Основная К. с. турбовинтового двигателя или турбореактивного… … Энциклопедия «Авиация»
камера сгорания — замкнутое пространство, предназначенное для сжигания топлива (газообразного, жидкого, твёрдого). Бывают периодические (например, в поршневых двигателях внутреннего сгорания) и непрерывного действия (в газотурбинных и реактивных двигателях). * * * … Энциклопедический словарь
камера сгорания — degimo kamera statusas T sritis Energetika apibrėžtis Kamera dujoms ar degalams deginti. Degimas vyksta periodiškai (stūmokliniuose vidaus degimo varikliuose) arba nuolatos (dujų turbinose). atitikmenys: angl. combustion chamber vok. Brennraum, f … Aiškinamasis šiluminės ir branduolinės technikos terminų žodynas
Камера сгорания — объём, предназначенный для сжигания газообразного, жидкого или твёрдого топлива. К. с. бывают периодического действия для поршневых 2 и 4 тактных двигателей внутреннего сгорания (См. Двигатель внутреннего сгорания) (ДВС), и непрерывного… … Большая советская энциклопедия
Расчет объема камеры сгорания
Введение
Во второй половине XIX века произошли события, приведшие впоследствии к появлению наиболее массового средства передвижения – автомобиля. В 1860г. французский механик Этьен Ленуар создал первый двигатель внутреннего сгорания. Однако этот двигатель во многом уступал паровым машинам того времени. Существенно повысить его эффективность удалось механику из Кельна Августу Отто, построившему в 1862г. четырехтактный двигатель внутреннего сгорания со сжатием горючей смеси.
Отто понадобилось 15 лет, чтобы сконструировать работоспособный двигатель. Однако этот двигатель работал на газе, был тихоходным и тяжелым, из-за чего получил применение лишь в стационарных условиях. Только перевод двигателя внутреннего сгорания на жидкое топливо открыл ему широкую дорогу на транспорте. Такой двигатель был создан в 1881г. техническим директором завода Отто в г. Дойце Готтлибом Даймлером.
Претерпев значительные конструктивные изменения, постоянно совершенствуясь, двигатели Отто с принудительным искровым воспламенением и до настоящего времени остались наиболее массовой силовой установкой автомобиля.
В данной контрольной работе необходимо рассмотреть тепловой расчет автомобильного двигателя, определить основные параметры рабочего процесса двигателя. Также необходимо определить индикаторные и эффективные показатели работы двигателя и построить индикаторную диаграмму.
Исходные данные для выполнения контрольной работы приведены в таблице 1.
Таблица 1 – Исходные данные
| Тип двигателя | дизельный |
| Степень сжатия, ε | 14,5 |
| Максимальное давление, Pz, МПа | 6,7 |
| Частота вращения коленчатого вала двигателя, n, об/мин | 3800 |
| Число цилиндров двигателя, i | 6 |
| Диаметр цилиндра, dц, м | 0,095 |
| Ход поршня, S, м | 0,102 |
| Длина шатуна, lш, м | 0,26 |
Расчет объема камеры сгорания
Объем камеры сгорания определяется по формуле:
, (1.1)
где Vc – объем камеры сгорания двигателя, м 3 ;
Vh – рабочий объем цилиндра, м 3 ;
e – степень сжатия; e = 14,5.
Рабочий объем цилиндра определяется по формуле:
, (1.2)
где Fп – площадь поршня, м 2 ;
S – ход поршня, S = 0,102 м.
где D – диаметр поршня, D = 0,095 м.
Площадь поршня согласно формуле (1.3) составит:
Рабочий объем цилиндра согласно формуле (1.2) равен:
Объем камеры сгорания равен:
Объем цилиндра в точках «а» и «b» индикаторной диаграммы для четырехтактного двигателя:
, (1.4)
где Vа, Vв – объем цилиндра в точках «а» и «b» индикаторной диаграммы
Устройство и типы камер сгорания
Геометрические размеры камер двигателей устанавливаются из условия обеспечения заданной тяги при возможно больших значениях удельной тяги, т.е. при возможно большем использовании энергии, содержащейся в топливе.
Объём камеры определяется по времени пребывания в камере топлива и газообразных продуктов – τпр.. оно должно быть достаточным для полного завершения процесса в камере сгорания.
Объём камеры сгорания определяется по формуле
где 
— весовой секундный расход газа;
R – газовая постоянная продуктов сгорания;
То и Ро температура и давление газов в камере.
Форма камеры сгорания может быть шарообразная (грушевидная, например, на двигателе «Фау-2»), цилиндрическая (на двигателях современных ракет-носителей) и коническая (практически не применяется).
Достоинства шарообразной камеры сгорания в том, что
1. при заданном объёме поверхность у неё наименьшая, что уменьшает вес камеры сгорания и облегчает охлаждение;
2. эти камеры сгорания более прочные по сравнению с цилиндрическими камерами.
Недостатки шарообразной камеры сгорания в том, что
1. она сложна в изготовлении;
2. имеет малую площадь для размещения форсунок и поэтому форсунки размещают в форкамерах, что усложняет технологию изготовления камеры сгорания.
Цилиндрические камеры сгорания удобны и просты в изготовлении. В них легко осуществляется процесс смесеобразования. Недостатки камеры сгорания в том, что прочностные свойства ниже, чем у шарообразной камеры и больше поверхность для охлаждения.
Коническая камеры сгорания представляет собой входную часть сопла и поэтому проста в изготовлении. Основным недостатком камеры является низкая удельная тяга, так как вследствие разгона продуктов сгорания по длине камеры и падения давления незавершается процесс горения.
Подготовка горючего и окислителя к сгоранию осуществляется в процессе смесеобразования: компоненты топлива распыляются, перемешиваются и частично испаряются. Для лучшего смесеобразования необходимо обеспечить:
1. тонкость распыла компонентов и хорошее их перемешивание (характеризуется диаметром капелек – 25…250 мк);
2. однородность концентрации топлива по поперечному сечению камеры (уменьшаются потери из-за физической неполноты сгорания);
3. равномерные скорости движения по поперечному сечению камеры сгорания, т.к. при больших скоростях горение неполное, а при малых скоростях не полностью используется объём камеры.
Выполнить эти условия можно подбором соответствующе головки камеры, типом форсунок и расположением их на головке.
В ЖРД применяются головки плоские, сферические с предкамерами и шатровые.
Плоские головки (рис. 10)применяют для цилиндрических или конических камер сгорания. Они имеют простую конструкцию и в сочетании с цилиндрическими камерами обеспечивают однородность поля скоростей и концентрации топлива по поперечному сечению. Их недостаток – малая прочность и жесткость. На плоских головках форсунки размещают 3 способами: шахматное расположение; концентричное и сотовое. Сотовое расположение обеспечивает лучший процесс смесеобразования, так как на одну форсунку горючего приходится 6 форсунок окислителя. Возможно сочетание концентричного расположения форсунок с шахматным и сотовым.
Сферические головки с предкамерами применяются для грушевидных или сферических камер сгорания («Фау-2», 8К52), т.е. для двигателей больших тяг. Форсунки у них находятся в предкамерах: в центре ставится форсунка «О» с большим числом отверстий, расположенных под различными углами к оси предкамеры, а форсунки «Г» размещаются на боковой поверхности предкамеры.
Шатровые головки сложны в изготовлении, и в них трудно организовать хорошее смесеобразование.
От типа форсунок и их конструкции зависит качество распыла. По принципу действия форсунки разделяются на две группы:
Форсунки могут быть однокомпонентными и двухкомпонентными.
Струйные форсунки рис.11 наиболее просты в изготовлении. Основные недостатки струйных форсунок в грубом распыле топлива, малом угле конуса распыла (≈10…15 о ) и большой дальнобойности струи, увеличивающей зону распыла и удлиняющей камеру сгорания.
В центробежных форсунках создаётся искусственная закрутка компонента. В тангенциальной форсунке жидкость поступает через отверстие, ось которого перпендикулярна к оси форсунки, но не пересекается с ней. Центральная часть такой форсунки не заполнена жидкостью – в ней находится газовый вихрь, а жидкость расположена по переферии.
В шнековой форсунке закрутка осуществляется шнеком, имеющим на своей поверхности винтовые каналы.
Центробежные форсунки обеспечивают большой угол распыла (≈70…120 о ) при небольшой длине факела распыла.
Двухкомпонентные форсунки позволяют улучшить смесеобразование, так как обеспечивают смешение компонентов в жидкой фазе, но они сложны в производстве, и применяются в том случае, когда недостаточно места для размещения.
5. Геометрические размеры и форма сопла.
Продукты сгорания, образовавшиеся в камере двигателя, поступают в сопло, где происходит превращение тепловой энергии в кинетическую энергию движения газов.
Состояние продуктов сгорания, как и всякого газа, характеризуется вполне определёнными физическими величинами (параметрами), главные из которых:
абсолютное давление Р, абсолютная температура Т, плотность ρ (удельный вес γ или удельный объём υ ), газовая постоянная R и скорость истечения W.
Для идеальных газов или их смесей установлена связь между основными параметрами в виде уравнения состояния: 
(1)
Процесс в камере двигателя происходит без подвода тепла к газу и отвода его от газа. Такой процесс называется адиабатическим. Для адиабатического процесса между параметрами существует связь, выражающаяся зависимостями:
, 
. (2)
Газ из камеры поступает в сопло. Из уравнения энергии установлено, что зависимость между скоростью газа и сечением канала выражается уравнением 
, (3)
где М=W/a (a – скорость звука).
Свойства газового потока зависят от скорости звука. При адиабатическом процессе скорость звука определяется по формуле 
. Сечение, где скорость газа равна скорости звука, называют критическим и все параметры потока называют также критическими. Равенство двух скоростей можно получить только при определённом соотношении давления в камере и на срезе сопла: 
. Это соотношение является исходным параметром при проектировании сопла и связано с соотношением Sa/Sкр, которое называют уширением сопла.
Сверхзвуковые скорости продуктов сгорания можно получить при помощи сопла Лаваля (сверхзвуковое сопло), представляющего собой канал, сечение которого сначала уменьшается, а затем увеличивается (см. формулу сопла – уравнение (3))
Как следует из формул (1,2,3)параметры газового потока по длине сопла изменяются следующим образом рис.14.
 |
Размеры и форма сопла выбираются так, чтобы сопло не давало больших потерь энергии. Поверхность его должна быть наименьшей, так как с увеличением поверхности возрастают вес сопла и количество тепла, отдаваемого в охлаждающую жидкость. Избежать потерь энергии при движении газа по соплу невозможно, но снизить их можно.
Одна из потерь – потери на трение. Они зависят от формы входной части сопла. Для уменьшения этих потерь вход в сопло делают плавным, а в критическом сечении сопло округляют (радиус округления обычно принимается r = dкр).
Кроме перечисленных потерь в конических соплах есть потери на рассеивание скорости: скорость газа на выходе из сопла направлена под углом к оси и поэтому в создании тяги участвует лишь осевая составляющая скорости. Чем больше угол раствора сопла, тем больше потери на рассеивание, а уменьшение угла удлиняет сопло, т.е. увеличивает потери на трение. Уменьшают потери на рассеивание профилированием сопла, которое может быть газодинамическим (идеальное) и оптимальное. При газодинамическом профилировании форма выходной части подбирается так, чтобы газы истекали пучком параллельным оси сопла. Достигается это плавным уменьшением угла раствора сопла по длине так, чтобы на входе он был равен нулю или очень мал. Длина идеально спрофилированного сопла по сравнению с коническим соплом увеличивается в 1,5 раза, однако удельная тяга возрастает на 4,5%.
  |
Так как температура в газовом потоке очень высока, то огромные тепловые потоки передаются от газа к стенкам камеры и сопла. Для защиты стенок применяют наружное, внутреннее и смешанное охлаждения.
При наружном охлаждении (рис. 16) охлаждающая жидкость поступает в коллектор, а из него в зарубашечное пространство. В качестве охлаждающей жидкости выбирается компонент, способный поглотить большее количество тепла, т.е. имеющий большую теплоёмкость и высокую температуру кипения.
При внутреннем охлаждении создаётся пристеночный слой с более низкой температурой, снижающий тепловые потоки к стенке камеры. Например, горючее можно подать через специальные кольцевые пояса, имеющие струйные или щелевые форсунки. Жидкость под действием газового потока растекается тонким слоем по поверхности и испаряется. в результате возникают два защитных слоя: жидкая и паровая завесы.
Разновидностью внутреннего охлаждения является пористое охлаждение: через поры жидкость попадает в камеру, создавая паровую завесу.
Недостатком внутреннего охлаждения является снижение удельного импульса двигателя из-за неполного участия горючего в процессе сгорания.
Смешанное охлаждение – комбинация двух видов охлаждения.
 |
 |
В зависимости от соотношения давления на срезе сопла Ра и давления в окружающей среде Рh сопло может работать на расчётном режиме (Ра = Рh), режиме перерасширения (Ра Рh) рис. 17.
Так как тяга – это осевая равнодействующая сил внешнего и внутреннего давления, распределённого по внутренней поверхности камеры и внешней поверхности ракеты, то из рисунка 17 видно, что отклонение от расчётного режима приводит к уменьшению тяги и удельного импульса двигателя. В случае недорасширения (рис.17, А) давление в струе сравняется с Рh только в сечении 1-1 и на участке от среза сопла до 1-1 энергия струи потеряна. Поэтому величина удельного импульса двигателя в этом случае будет ниже, чем на расчётном режиме.
В режиме перерасширения от сечения 2-2 до среза сопла осевая результирующая сила будет направлена против силы тяги.
Таким образом, становится очевидным, что оптимальным режимом работы сопла при неизменном расходе топлива является расчётный режим. На расчётном режиме двигатель будет иметь максимальный удельный импульс.
Недорасширение давления в газовом потоке возникает при подъёме ракеты на высоту. Газ, вытекающий из сопла при избыточном давлении, расширяется в атмосфере и перемешивается с внешней средой. При этом скорость потока при расширении вне сопла практически не увеличивается из-за образования завихрений на границах струи.
При перерасширении (перерасширение может возникнуть, например, при уменьшении расхода топлива в двигателе и соответствующем снижении давления в камере сгорания) за пределами сопла происходит торможение потока и уменьшение скорости до дозвуковой. Переход к дозвуковой скорости сопровождается скачкообразным увеличением давления. По мере роста внешнего давления скачки давления приближаются к срезу сопла и при достаточно большом избыточном давлении в атмосфере (по некоторым данным Рh/ Pa > 2.5…5,5) входят внутрь сопла.
В этом случае нарушается нормальный режим работы сопла, так как образование скачков внутри сопла приводит к отрыву потока от стенок, возникновению мощных завихрений и большим потерям кинетической энергии.
Камера сгорания
Полезное
Смотреть что такое «Камера сгорания» в других словарях:
КАМЕРА СГОРАНИЯ — замкнутое пространство, предназначенное для сжигания топлива (газообразного, жидкого, твердого). Бывают периодического (напр., в поршневых двигателях внутреннего сгорания) и непрерывного действия (в газотурбинных и реактивных двигателях) … Большой Энциклопедический словарь
камера сгорания — – здесь сгорает горючка и толкает поршень. EdwART. Словарь автомобильного жаргона, 2009 … Автомобильный словарь
камера сгорания — — [А.С.Гольдберг. Англо русский энергетический словарь. 2006 г.] Тематики энергетика в целом EN burnerbnrfirebox … Справочник технического переводчика
камера сгорания — 3.1.26.1 камера сгорания (combustion chamber): Камера, внутри которой происходит сгорание газовоздушной смеси. Источник … Словарь-справочник терминов нормативно-технической документации
Камера сгорания — Схема работы 4 тактного двигателя внутреннего сгорания Камера сгорания объём, образованный совокупностью деталей двигателя или печи (в последнем случае камера сгорания называется топкой) в котором происходит сжигание горючей смеси или твердого… … Википедия
камера сгорания — замкнутое пространство, полость для сжигания газообразного, жидкого или твёрдого топлива в двигателях внутреннего сгорания. Камеры сгорания бывают периодического действия (напр., в поршневых двигателях внутреннего сгорания, в пульсирующих… … Энциклопедия техники
камера сгорания — Основная камера сгорания. камера сгорания газотурбинного двигателя устройство, в котором в результате сгорания топлива повышается температура поступающего в него воздуха (газа). Основная К. с. турбовинтового двигателя или турбореактивного… … Энциклопедия «Авиация»
камера сгорания — Основная камера сгорания. камера сгорания газотурбинного двигателя устройство, в котором в результате сгорания топлива повышается температура поступающего в него воздуха (газа). Основная К. с. турбовинтового двигателя или турбореактивного… … Энциклопедия «Авиация»
камера сгорания — замкнутое пространство, предназначенное для сжигания топлива (газообразного, жидкого, твёрдого). Бывают периодические (например, в поршневых двигателях внутреннего сгорания) и непрерывного действия (в газотурбинных и реактивных двигателях). * * * … Энциклопедический словарь
камера сгорания — degimo kamera statusas T sritis Energetika apibrėžtis Kamera dujoms ar degalams deginti. Degimas vyksta periodiškai (stūmokliniuose vidaus degimo varikliuose) arba nuolatos (dujų turbinose). atitikmenys: angl. combustion chamber vok. Brennraum, f … Aiškinamasis šiluminės ir branduolinės technikos terminų žodynas