طراحي مفهومي محفظه احتراق (۳)

این مطلب صرفا اشاره کلی به رویکرد طراحی مفهومی محفظه احتراق دارد و در آینده به صورت مشخص طراحی هر قسمت (مثل طراحی دیفیوزر، سوئیرلر و …)ارائه خواهد شد. در طراحي محفظه ­هاي احتراق عموماً يک نقطه کاري منفرد به عنوان نقطه­ ي طرح انتخاب مي­ شود. عملکرد محفظه احتراق از قبيل( بلند شدن (Take-off)، راه اندازي(Idle)، نشتن (Landing) و…) در ديگر شرايط کاري بايد پس از مراحل طراحي مورد بررسي قرار گيرد. اين مطلب در مورد آلاينده ­ها بسيار حساس است. مواردي که به عنوان مشخصات طرح و هر وضعيت کارکرد موتور بايد تعيين شوند عبارتند از:

  • دبي جرمي هوا
  • دبي جرمي سوخت
  • شرايط ورودي محفظه احتراق شامل توزيع دما، فشار و سرعت
  • دماي متوسط ورودي به توربين و کيفيت توزيع دما
  • افت فشار مناسب
  • راندمان احتراق مورد نظر
  • سطح مجاز آلاينده­ هاي خروجي
  • سطح مجاز دماي ديواره لاينر

در اين ميان، تصميم ­گيري با مهندس طراح است که کدام محدوده از وضعيت ­هاي کارکرد مناسب هستند. البته طراح موتور بايد با در نظر گرفتن محدوديت­ هاي موجود تصميم بگيرد. مثلا براي يک موتور هواپيما، شرايط زير، حداقل شرايط براي يک طراحي تشکيل مي­ دهند: تراست ماکزيمم، ارتفاع ماکزيمم،  شرايط بي باري (Idling) و گشت­ هاي دريايي براي مشخص کردن متغير­هاي عملکرد فوق، لازم است که محدوديت­ ها براي طراحي محفظه ي احتراق نيز معين شوند عبارتند ­از:

  • محدوديت فضا
  • محدوديت وزن
  • کل طول عمر مورد نياز و طول عمر بين هر سري بازديد موتور (عمر و فواصل زماني تعميرات)
  • انواع سوخت مورد استفاده
  • وهر قيد و لزوم ديگر مثل سرعت کمپرسور و افزايش تراست

مراحل طراحی

با اطلاعاتي که در مراحل قبل به آن ها اشاره شد، طراح اکنون در موقعيتي است که بايد نوع، ابعاد کلي و ويژگي­ هاي محفظه احتراق مورد نياز براي ارضای مشخصات طرح را انتخاب کند. پس از انجام مراحل طراحي تفصيلي طراح بايد با استفاده از روابط تجربي موجود، ابعاد کلي، توزيع نسبت هوا به سوخت و نيازمندي­ هاي مرتبط با خنک­ کاري را محاسبه نمايد.

  • انتخاب نوع محفظه احتراق ( اين مرحله با ملاحظه کاربرد موتورها و محدوديت فضا انجام مي گيرد.)
  • تعيين سطح مقطع پوسته و لاينر ( اين موارد نيز احتمالا با محدوديت فضا محدود مي­ شود.)
  • تعيين سيستم سوخت ­رساني ( توسط کاربرد موتور مورد نظر و نيز از نظر آلودگي تعيين مي شود.)
  • تعيين ابعاد ناحيه اوليه و نسبت هوا به سوخت در اين ناحيه PZ
  • تعيين ميزان هواي مورد نياز براي خنک­ سازي اين ناحيه ( گاهي بهتر است پس از مشخص شدن تمام مناطق محفظه احتراق کل هواي مورد نياز براي خنک­کاري مشخص شود.)
  • تعيين ابعاد ناحيه ثانويه هواي مورد نياز در اين ناحيه SZ
  • تعيين نيازمندي­ هاي خنک­ سازي در اين ناحيه SZ
  • تعيين ابعاد ناحيه رقيق­ سازي و هواي مورد نياز در اين ناحيه DZ
  • تعيين نيازمندي­ هاي خنک­ سازي اين ناحيه DZ
  • تعيين پارامتر­هاي سيستم اشتعال و نوع آن
  • تعيين متصل کننده­ ها و غيره

طراحي کامل محفظه احتراق شامل مراحل زير است:

  • طراحي مقدماتي و تعيين ابعاد کلي در نقطه طرح
  • بررسي طرح ارائه شده در تمام شرايط کاري
  • انجام اصلاحات لازم به منظور تامين تمام شرايط کارکرد
  • طراحي تفصيلي در نقطه طرح
  • بررسي طرح تفصيلي در تمام شرايط کاري
  • اصلاحات لازم در طرح تفصيلي براي تامين نيازمندي ­ها در تمام شرايط

پس از اتمام مراحل طراحي، فرآيند­هاي ساخت و تست آغاز مي­ شوند. اصولاً مراحل طراحي محفظه احتراق نيازمند آزمايشات تجربي فراوان مي­ باشد و هدف طراحان اين است که آزمايشات فوق به حداقل ممکن کاهش يابند. مخلوط سوخت و هوا با فاکتور  φ سنجيده مي­ شود که آنرا نسبت تعادلي  (Equivalence Ratio) مي­ نامند و به صورت  φ= AF stoc/AF act  تعريف مي­ شود. مخلوط سوخت و هوا را رقيق (lean) گویند اگر ۱> φ و آن را غني (rich) گویند اگر ۱< φ باشد. غير از سرعت مخلوط سوخت و هوا، شعله نيز داراي يک سرعت ديفيوژن است. در صورتي که هر دوي سوخت و هوا از ابتدا به صورت گازي باشند شعله را شعله ديفيوژن يا شعله جت مي­ نامند.

اگر محفظه احتراق به صورت آدياباتيک در نظر گرفته شود، دماي خروجي محصولات احتراق، دماي شعله آدياباتيک شعله نام دارد. که محصولات احتراق، حداکثر تا آن دما مي­ رسند. حداقل مقدار هواي­ مورد نياز براي سوختن کامل يک سوخت به صورت تئوريک، و تبديل آن به آب و دي اکسيد کربن را هواي استوکيومتري مي­ نامند.

مراحل طراحی محفظه احتراق

2 دیدگاه درباره “طراحي مفهومي محفظه احتراق (۳)

  1. هوافضایی

    سلام و تشکر بابت مطالبتون که عمدتا ارزنده هستند، خواستم یاد سالهای گذشته رو زنده کنم که در ایام محرم، قالب سایت رنگ محرم به خود می گرفت.

    پاسخ
  2. Amir

    باسلام خدمت شما استادان و مهندسین گرامی .
    راستش من دانش آموز اول دبیرستان هستم و علاقه ی بسیاری در این زمینه دارم و تقریبا میشه گفت اطلاعاتم به نسبت سنم بالا تره من بیشتر اطلاعات مربوط به محفظه ی احتراق در موتور های جت را دارم ولی سوالی که برام پیش آمده این است که اگر میشود فرمول و یا نسبت دبی جرمی سوخت به محفظه ی احتراق را در اختیارم بگذارید.

    پاسخ

پاسخ دهید

نشانی ایمیل شما منتشر نخواهد شد. بخش‌های موردنیاز علامت‌گذاری شده‌اند *