طراحی دیفیوزر محفظه احتراق (۶)

از الزامات طراحي محفظه احتراق داشتن حداقل افت فشار و احتراق موثر مي ­باشد. اين امر به کمک کاهش سرعت جريان هوا در ديفيوزر انجام مي­ شود. افت فشار در محفظه احتراق شامل دو ترم گرم و سرد مي باشد.

افت سرد نمايانگر مجموع افت ديفيوزر و لاينر است. تمام افت فشاري که در قسمت ديفيوزر وجود دارد به هدر مي ­رود ولي افت فشار در ناحيه لاينر به آشفتگي جريان کمک مي­ کند که داراي مزايايي براي بازدهي احتراق و اختلاط بهتر سوخت و هوا مي­ باشد. در نتيجه در يک محفظه احتراق ايده ­آل تمام افت سرد در ناحيه لاينر مي­ باشد و هيچ افتي در ناحيه ديفيوزر وجود ندارد.

وظيفه ديفيوزر علاوه بر کاهش سرعت هوا، ارائه هوا به صورت آرام و مناسب به لاينر است. ديفيوزر­هاي محفظه احتراق به چند نوع از قبيل ديفيوزر هموار (Faired Or Long Aerodynamic Diffuser)، ديفيوزر دامپ (Dump diffuser)، ديفيوزرهاي ورتکس کنترل شده (Vortex controlled diffuser) و ديفيوزرهاي هيبريدي (Hybrid diffuser) تقسيم­ بندي مي­ شوند. با توجه به شواهد موجود از مقالات و اختراعات جنرال الکتريک، ديفيوزر هاي نسل جديد محفظه احتراق از نوع ديفيوزر دامپ مي­ باشند.

ديفيوزر دامپ

ديفيوزر دامپ از نوع ديفيوزر کوتاه است. از مهم­ترين مشخصات ديفيوزرهاي دامپ دارا بودن يک پيش ديفيوزر (Prediffuser) و ناحيه دامپ است. در خروجي کمپرسور، سرعت جريان در يك پيش ديفيوزر معمولي، بدون جدايي كاهش مي­ يابد و سپس وارد ناحيه دامپ مي­ شود. يعني انتهاي محدوده لاينر و ديواره­ هاي پوسته محفظه احتراق. در اين ناحيه جريان به سه شاخه تقسيم مي­ شود. در حالي كه خط جريان مركزي وارد گنبدي مي­ شود، جريان­ هاي داخلي و خارجي به صورت جت آزاد، اطراف دهانه­ ي لاينر جريان مي ­يابد. بدين وسيله سطح پخش كننده ­اي تشكيل مي­ يابد تا جريان وارد دو حلقوي اطرافِ لاينر شود. نواحي حلقوي بايد بگونه­ اي طراحي شوند كه جت جريان جلوتر از مجاري اوليه به ديواره پوسته بپيوندد. به دليل انبساط ناگهاني در خروجي پيش ديفيوزر، اين نوع داراي افت بيشتري نسبت به ديفيوزر هموار است. ولي دو مزيت عمده نسبت به آن دارد. اول اينكه عمل ديفيوز شدن در فاصله محوري بسيار كوتاه­ تري انجام مي­ يابد. دوم اين­كه چنانچه طراحي آن به درستي صورت گرفته باشد، الگوي جريان بسيار پايداري حاصل مي­ شود كه نسبت به تغييرات شرايط كاركرد موتور، تلرانس ساخت و جابجايي­ هاي جزيي بين لاينر و پوسته حساسيت كمتري دارد. زيرا جريان همواره در خروجي پيش ديفيوزر، دچار جدايش مي­ شود.

در اين نوع ديفيوزر حساسيت به تغيير جريان کم مي ­باشد. به دليل انبساط شديد در خروجي پيش ديفيوزر افت فشار زيادي دارد ولي ايجاد جريان يکنواخت­ تري را فراهم مي ­­سازد که در نتيجه باعث افزايش بازدهي مي­ شود. براي کاهش جدايش جريان از دامپ گپ (Dump Gap) کوچک با زاويه واگرا بايد استفاده مي­ شوند که نسبت dg/h برابر با واحد، از جدايش جريان جلوگيري مي­ کند. کاهش گپ دامپ­ باعث افزايش شتاب­ گيري جريان و افزايش چرخش جريان مي­ شود.

ديفيوزر دامپ

براي استفاده هوايي معمولاً از ديفيوزرهاي کوتاه براي کاهش وزن استفاده مي­ شود. اين عمل باعث کاهش آلودگي و کمک به روشن شدن موتور در ارتفاعات مي­ باشد.

براي طراحي ديفيوزر دامپ ابتدا مي­ بايست پيش ديفيوزر طبق مراحل زير طراحي گردد:

  • نسبت سطح (AR)، داراي مقداري بين ۳ تا ۱٫۴ مي ­باشد که در اين مدل محفظه احتراق نسبت سطح ۱٫۹ انتخاب شده است.
  • محاسبه نسبت طول به پهنا (LW)از روابط ارائه شده در زير:
  • محاسبه ضريب بازيابي فشار در حالت ايده آل( Cpi):

  • محاسبه ضريب بازيابي فشار در حالت واقعي(Cp ):

  • محاسبه افت فشار در ديفيوزر آئروديناميکي به عنوان کسري از فشار کل ورودي به آن:

  • محاسبه افت فشار در ديفيوزر دامپ به عنوان کسري از فشار کل ورودي به آن:

  • محاسبه افت فشار کل در قسمت ديفيوزر:

  • بررسي زاويه θ که مي­بايست مقداري بين ۴ تا ۸ درجه داشته باشد:

در نهايت با استفاده از روابط بالا، نمودارهاي زوايه پيش ديفيوزر بر حسب نسبت سطح و افت فشار بر حسب نسبت سطح مطابق با اشکال زير به دست مي­ آيند. مي­ توان با آزمون وخطا بين وزن و افت فشار مناسب، نقطه سياه رنگ روي نمودار را به عنوان نقطه مناسب طراحي پيش ديفيوزر انتخاب کرد.

نمودار افت فشار کل بر حسب نسبت سطح

نمودار شيب پيش ديفيوزر برحسب نسبت سطح

طول پيش ديفيوزر از رابطه زير به دست مي آيد:

از طرفي نسبت گپ دامپ به طول ورودي ديفيوزر داراي مقداري بين ۰٫۹  تا ۱٫۴۳ مي­ باشد.

یک دیدگاه درباره “طراحی دیفیوزر محفظه احتراق (۶)

پاسخ دهید

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