مقدار جريان هواي لاينرهاي محفظه احتراق (۷)

پس از تعيين طول لاينر، مساحت و فضاي لاينر، ميزان دبي هواي ورودي به لاينر و ديگر نقاط محفظه مورد محاسبه قرار مي­ گيرند. بين نحوه توزيع هوا در محفظه احتراق­ هاي نسل جديد و نسل­ هاي قديم تفاوت آشکاري وجود دارد؛ به طوري که بعضي از نواحي محفظه را تحت تاثير خود قرار داده و اثر آن ناحيه را کم رنگ­ تر کرده­ است. شکل زیر توزيع هوا را در دو نوع محفظه هاي جديد و قديم نشان مي ­دهد. همان طور که مشاهده مي­ شود­(قسمت b)، در نسل جديد محفظه احتراق ناحيه ثانويه وجود ندارد. از ديگر نکات بارز و قابل توجه در طراحي نسل جديد محفظه­ هاي احتراق که از نوع رقيق مي باشند، نحوه توزيع هواي بيشتر در ناحيه اشتعال و ابتدايي محفظه و کم شدن سهم هواي گذرگاه­ هاي بين لاينر و پوسته داخلي و خارجي مي­ باشد.

مقايسه توزيع هوا در دو نوع مختلف محفظه احتراق توربين گاز

جريان خنک­ کاري لاينر نيز بر اساس مقدار خنک کاري بر واحد سطح که با فشار ورودي در رابطه است قابل تعيين است. در مراجع و هندبوک­ هاي طراحي توربين گاز، سهم هواي ورودي به سوئيرلرهاي معمولي محفظه­ احتراق، مقاديري بين ۱۰% الي ۱۵% از کل هواي ورودي به محفظه احتراق مي­ باشد. اين در حالي است که براي سوئيرلرهايي که در سوخت­ پاش­ هاي ايربلست استفاده مي­ شوند، محدوده هوايي ۵% الي ۷% ذکر شده­ است. هم چنين براي خنک­ کاري ناحيه گنبدي محدوده ۱۰% الي ۱۵% در مراجع بيان شده است.

معادله واکنشي نسبت سوخت به هواي استوكيومتريك براي سوخت رايج کروسن (Kerosene)به صورت زير مي ­باشد:

نسبت تعادل Φ بصورت نسبت f در حالت واقعي به f در حالت استوكيومتريك تعريف مي‌شود:

در حالتي كه Φ>1 باشد مخلوط را غليظ و در حالتي كه Φ<1 باشد مخلوط را رقيق مي­ نامند. براي جلوگيري از ايجاد دماي بالا و اضافي در خروجي محفظه احتراق و نيز محافظت از ديواره هاي لاينر، نسبت كلي سوخت به هوا بايد مقداري كمتر از حالت استوكيومتريك با Φ<1 و نزديک به ۳۰% داشته باشد. با در نظر گرفتن احتراق كاملا موثر (بازده۱۰۰ درصد) با توجه به رابطه­‌هاي زير:

که ، دبي جرمي سوخت و  دبي جرمي هوا در ورود به محفظه احتراق مي ­باشند.

شكل زیر مشخصات قابليت اشتعال سوخت­ هاي از نوع كروزن را نشان مي‌دهد. نسبت تعادلي ۰٫۵ به‌عنوان حد پايين قابليت اشتعال نشان ‌داده‌ شده‌ است.

مشخصه‌ هاي قابليت اشتعال سوخت هاي از نوع كروزن در فشار اتمسفر

در فشار و دماي معمولي مخلوط هيدروكربن‌ها و هوا فقط در ناحيه باريكي از Φ با همديگر واكنش نشان‌ مي‌دهند (به طور تقريب ناحيه‌اي بين ( ۰٫۵ تا ۳) و نيز در كمتر از ۰٫۲ اصلاً واكنش نمي‌دهند (البته در فشار و دماي استاندارد)). محدوديت ديگري كه در فرآيند احتراق پيش ‌مي‌آيد زماني است كه نياز به حفظ شعله در حالت سكون در جريان هواي با سرعت بالا وجود دارد. درحالتي‌كه شعله در درون مخلوط قابل اشتعال در حال گسترش است، سرعت اين پيشروي  بايد در محدوده مشخصي قرار داشته باشد. اگر اين سرعت خيلي زياد باشد شعله به درون خروجي محفظه كشيده ‌مي‌شود و اگر خيلي كم باشد شعله به بالادست جريان گسترش‌ مي‌يابد و سپس خاموش‌ مي شود. اين مشكل نگهداري شعله در درون محفظه احتراق با ايجاد ناحيه‌اي به نام بازچرخش (Recirculation Zone) درجلوي محفظه احتراق اصلي حل شده است. ناحيه بازچرخش سطوح محلي با سرعت كم ايجاد مي‌كنند كه شعله را نگهداري مي‌كند و در همين زمان جريان آشفته ايجاد شده نرخ انتقال انرژي را افزايش ‌مي‌دهد.

در مطلب بعدی به طراحی سوئیرلر پرداخته می شود…

پاسخ دهید

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