Расчет форсунок
Министерство образования Российской Федерации Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования
Ижевский Государственный Технический Университет Приборостроительный факультет
Кафедра «Физика и оптотехника»
Лабораторная работа
по дисциплине: «Теория и проектирование непрерывных химических лазеров»
«Расчет форсунок»
Принял: Зав. Кафедрой «Физика и оптотехника»
В.В. Бесогонов
Выполнил: студент группы 10-32-1
И.И. Абрамов
Ижевск 2011
1. Расчет и проектирование форсуночной головки
.1 Расчет суммарного расхода топлива
Методика расчета приведена в [1,2].
Удельная мощность излучения на расход атомарного фтора (1):
где(1) Pk - давление в камере сгорания, Pk=1 кг/см2;
Удельная мощность излучения с суммарного расхода топливной смеси (2):
(2)
Wf - удельная мощность излучения на расход атомарного фтора,
Wf= ;
?1 - коэффициент избытка окислителя, ?1=2.2;
?1 - коэффициент избытка разбавителя, ?1=10;
?2 - коэффициент избытка вторичного горючего (37),
,
где (3) ?1 - коэффициент избытка вторичного горючего в резонаторе из рисунка 23, ?1=0.95 Найдем суммарный расход топливной смеси (4):
кг/с,
где (4) Pr - мощность необходимая для решения поставленной задачи, Pr=415000 Вт (полная мощность с учетом потерь и запасом по мощности 15%);
k1 - коэффициент учитывающий, что мощность снимается не со всего объема резонатора, k1=1.5;
N? - удельная мощность излучения с суммарного расхода топливной смеси, кг/с;
Массовый расход топливной смеси через ГАФ (5):
кг/с,
где (5) m? - суммарный расход топливной смеси;
?1 - коэффициент избытка окислителя;
?1 - коэффициент избытка разбавителя;
?2 - коэффициент избытка вторичного горючего.
Расход отдельных компонентов:
Расход водорода (6):
кг/с,
Где (6) mgaf - массовый расход топливной смеси через ГАФ;
?1 - коэффициент избытка окислителя;
?1 - коэффициент избытка разбавителя.
Расход фтора (7):
кг/с,
где (7) mH2 - расход водорода;
?1 - коэффициент избытка окислителя.
Расход гелия(8):
кг/с,
где (8) mH2 - расход водорода;
?1 - коэффициент избытка окислителя;
?1 - коэффициент избытка разбавителя.
Расход дейтерия(9):
кг/с,
где (9) mH2 - расход водорода, кг/с;
?1 - коэффициент избытка окислителя, ?1=2.2;
?2 - коэффициент избытка вторичного горючего, ?2=13.333;
1.2 Расчет форсуночной головки и камеры сгорания
Для подачи компонентов в камеру сгорания ГАФ, которые находятся в газообразном состоянии, как правило, используются газовые форсунки. Перепад давления в таких форсунках обычно выбирается из диапазона ?P=2÷5 кг/см2. Число форсунок зависит от размеров форсуночной головки и шага форсунок. Шаг форсунок выбирается в зависимости от их расположения с учетом возможно более равномерного распределения по сечению камеры сгорания соотношения компонентов и расходо напряженности, а также защиты стенок камеры сгорания от прогара. Расположение форсунок связано с ориентацией их осей, которые могут быть либо параллельны друг другу, либо пересекаться под углом. В камерах сгорания ГАФ, работающих на однокомпонентных форсунках, для обеспечения хорошего смешения форсунки первичного горючего и окислителя равномерно чередуют с шагом 5÷10 мм [1,2].
Площадь поверхности форсуночной головки SФ обычно соответствует площади поверхности соплового блока (СБ) Sсб, которая определяется через удельную мощность излучения на единицу площади СБ - WS:
Площадь форсуночной головки (10):
м2,где (10)
Pr - мощность необходимая для решения поставленной задачи;
k1 - коэффициент учитывающий что мощность снимается не со всего объема резонатора;
Ws- удельная мощность на единицу площади, задается в пределах от Вт/м2 , Ws= Вт/м2 ;
Найдем ширину форсуночной головки(11):
м,
где (11) Sсб - площадь соплового блока;
Hf- высота соплового блока, м;
Для расчета объема и длины камеры сгорания необходимо знать молярную массу смеси:
Определим объем КС. Условное время пребывания реагирующих в КС компонентов примем 0.003 с из диапазона 0.001÷0.003с, однако оптимальная длина камеры сгорания лежит в области 20-30 см, поэтому немного увеличим время нахождения смеси в ГАФ до 0.005. Тогда объем камеры сгорания равен (12):
м3 ,где (12)
?t - условное время пребывания реагирующих в КС компонентов;gaf - массовый расход топлива через ГАФr - универсальная газовая постоянная, 8.314 Дж/(кг?моль);k - температура смеси в КС, Tk = 1593 К (из термодинамических расчетов);
? - молярная масса смеси, ? = 0.0092 кг/моль (из термодинамических расчетов);k1 - давление в КС, Pk1 = 105 Па.
Длина камеры сгорания(13):
м, где (13)
k - объем КС, м3;
Hf - высота форсуночной головки;- ширина форсуночной головки.
.3 Расчет форсунок для подачи компонентов
Для подачи компонентов в КС целесообразно использовать струйные форсунки. Перепад давлений в таких форсунках выбирается в пределах ?P=2-5 кг/см2 [1,2].
Рисунок 1. Однокомпонентная газовая форсунка
Форсунки для подачи водорода:
Определим режим истечения: примем значение перепада давления в форсунках ?P =2 кг/см2, то есть давление в форсунках PФ=3 кг/см2, тогда:
,
где (14) Pk - давление в камере сгорания (КС), Pk=1 кг/см2;Ф - давление в форсунке, PФ=3 кг/см2;p - показатель адиабаты, из термодинамического расчета kp=1.49.
, следовательно, режим истечения - сверхкритический.
Площадь проходного отверстия форсунки(15):
м2 ,
где (15) mH2 - расход водорода, mH 2= кг/с;
nH - количество форсунок , nH =26;
?1 - коэффициент расхода, учитывающий сужение струи и уменьшение действительной скорости течения в реальной форсунке, ?1=0.8;Ф - давление в форсунке, PФ=3 кг/см2;p - показатель адиабаты, из термодинамического расчета kp=1.49;
Т вх- температура водорода, Т вх =300К;r - универсальная газовая постоянная, 8.314 Дж/(кг?моль);
?H2 - молярная масса смеси, ?H2 = 0.002 кг/моль (из термодинамических расчетов).
Диаметр проходного отверстия форсунки(16):
м (16)
Длина форсунки(17):
м,
где(17) klф - коэффициент учитывающий скорость газового потока, klф=1.5;
Форсунки для фтора:
Площадь проходного отверстия форсунки(18):
м2,
Где (19) mF2 - расход водорода, mF 2=0.018 кг/с;
nF - количество форсунок, nF =42;
?1 - коэффициент расхода, учитывающий сужение струи и уменьшение действительной скорости течения в реальной форсунке, ?1=0.8;Ф - давление в форсунке, PФ=3 кг/см2;p - показатель адиабаты, из термодинамического расчета kp=1.49;
Т вх- температура водорода, Т вх =300К;r - универсальная газовая постоянная, 8.314 Дж/(кг?моль);
?F2 - молярная масса смеси, ?F2 = 0.0038 кг/моль (из термодинамических расчетов);
Диаметр проходного отверстия форсунки(20):
м, (20)
Длина форсунки(21):
м,
где (21) klф - коэффициент учитывающий скорость газового потока, klф=1.5;
Форсунки для подачи гелия:
Площадь проходного отверстия форсунки (22):
м2,
где (22) mHe - расход гелия, mHe=0.01 кг/с;
nH e - количество форсунок, nH e=60;
?1 - коэффициент расхода, учитывающий сужение струи и уменьшение действительной скорости течения в реальной форсунке, ?1=0.8;Ф - давление в форсунке, PФ=3 кг/см2;p - показатель адиабаты, из термодинамического расчета kp=1.49;
Т вх- температура водорода, Т вх =300К;r - универсальная газовая постоянная, 8.314 Дж/(кг?моль);
?H2 - молярная масса смеси, ?H2 = 0.004 кг/моль (из термодинамических расчетов);
Диаметр проходного отверстия форсунки(23):
м (23)
Длина форсунки (24):
м,
Где (24) klф - коэффициент учитывающий скорость газового потока, klф=1.5;
Зона смещения(25):
м, (25)
где lф - коэффициент смещения берется от 20 до 40, lф=20;
lш- шаг форсунок, lш=37,7 (рисунок 2);
Рисунок 2. Форсуночная головка со схемой расположения форсунок (масштаб не соблюден).
Расчет форсунок для дейтерия
Найдем площадь проходного отверстия форсунки(26):
м2,
Где (26) mD2 - расход водорода, mD2= кг/с;
nD2 - количество форсунок, nD2=6132;
?1 - коэффициент расхода, учитывающий сужение струи и уменьшение действительной скорости течения в реальной форсунке, ?1=0.8;Ф - давление в форсунке, PФ=3 кг/см2;p1 - показатель адиабаты, из термодинамического расчета kp1=1.55;
Т вх- температура водорода, Т вх =300К;r - универсальная газовая постоянная, 8.314 Дж/(кг?моль);
?D2 - молярная масса смеси, ?D2 = 0.004 кг/моль (из термодинамических расчетов);
Найдем диаметр проходного отверстия форсунки(27):
м (27)
Найдем длину форсунки(28):
м,
где (28) klф - коэффициент учитывающий скорость газового потока, klф=1.5;
Найдем зону смешения для атомарного фтора и дейтерия(29):
см,
где (29) ?Lотв - шаг отверстий в трубке, ?Lотв=0.340 см;
Найдем площадь проходного отверстия трубки для дейтерия(30):
м2,
где (30) mD2 - расход дейтерия, mD2= кг/с;
Nтр - количество трубок, Nтр=84;
?1 - коэффициент расхода, учитывающий сужение струи и уменьшение действительной скорости течения в реальной форсунке, ?1=0.8;Ф - давление в форсунке, PФ=3 кг/см2;p1 - показатель адиабаты, из термодинамического расчета kp1=1.55;
Т вх- температура водорода, Т вх =300К;r - универсальная газовая постоянная, 8.314 Дж/(кг?моль);
?D2 - молярная масса смеси, ?D2 = 0.004 кг/моль (из термодинамических расчетов);
Диаметр проходного отверстия трубки(31):
м. (31)
Внешний диаметр трубки(32):
м, (32)
Lтр- толщина стенки трубки, м;
форсунка топливо камера
Список литературы
1.Федоров И.А. Непрерывные химические лазеры на рабочих молекулах фтористого водорода и фтористого дейтерия: Учебное пособие в 2-х кн.; Кн.1 Балт. гос. техн. университет. СПб, 1994, 125с.
. Федоров И.А. Непрерывные химические лазеры на рабочих молекулах фтористого водорода и фтористого дейтерия :Учебное пособие в 2-х кн.; Кн.2 Балт. гос. техн. университет. СПб, 1994, 186с.
Больше работ по теме:
Предмет: Физика
Тип работы: Практическое задание
Новости образования
КОНТАКТНЫЙ EMAIL: [email protected]
Скачать реферат © 2017 | Пользовательское соглашение
ПРОФЕССИОНАЛЬНАЯ ПОМОЩЬ СТУДЕНТАМ