پس از تعیین طول لاینر، مساحت و فضای لاینر، میزان دبی هوای ورودی به لاینر و دیگر نقاط محفظه مورد محاسبه قرار می گیرند. بین نحوه توزیع هوا در محفظه احتراق های نسل جدید و نسل های قدیم تفاوت آشکاری وجود دارد؛ به طوری که بعضی از نواحی محفظه را تحت تاثیر خود قرار داده و اثر آن ناحیه را کم رنگ تر کرده است. شکل زیر توزیع هوا را در دو نوع محفظه های جدید و قدیم نشان می دهد. همان طور که مشاهده می شود(قسمت b)، در نسل جدید محفظه احتراق ناحیه ثانویه وجود ندارد. از دیگر نکات بارز و قابل توجه در طراحی نسل جدید محفظه های احتراق که از نوع رقیق می باشند، نحوه توزیع هوای بیشتر در ناحیه اشتعال و ابتدایی محفظه و کم شدن سهم هوای گذرگاه های بین لاینر و پوسته داخلی و خارجی می باشد.
مقایسه توزیع هوا در دو نوع مختلف محفظه احتراق توربین گاز
جریان خنک کاری لاینر نیز بر اساس مقدار خنک کاری بر واحد سطح که با فشار ورودی در رابطه است قابل تعیین است. در مراجع و هندبوک های طراحی توربین گاز، سهم هوای ورودی به سوئیرلرهای معمولی محفظه احتراق، مقادیری بین 10% الی 15% از کل هوای ورودی به محفظه احتراق می باشد. این در حالی است که برای سوئیرلرهایی که در سوخت پاش های ایربلست استفاده می شوند، محدوده هوایی 5% الی 7% ذکر شده است. هم چنین برای خنک کاری ناحیه گنبدی محدوده 10% الی 15% در مراجع بیان شده است.
معادله واکنشی نسبت سوخت به هوای استوکیومتریک برای سوخت رایج کروسن (Kerosene)به صورت زیر می باشد:
نسبت تعادل Φ بصورت نسبت f در حالت واقعی به f در حالت استوکیومتریک تعریف میشود:
در حالتی که Φ>1 باشد مخلوط را غلیظ و در حالتی که Φ<1 باشد مخلوط را رقیق می نامند. برای جلوگیری از ایجاد دمای بالا و اضافی در خروجی محفظه احتراق و نیز محافظت از دیواره های لاینر، نسبت کلی سوخت به هوا باید مقداری کمتر از حالت استوکیومتریک با Φ<1 و نزدیک به 30% داشته باشد. با در نظر گرفتن احتراق کاملا موثر (بازده100 درصد) با توجه به رابطههای زیر:
که ، دبی جرمی سوخت و دبی جرمی هوا در ورود به محفظه احتراق می باشند.
شکل زیر مشخصات قابلیت اشتعال سوخت های از نوع کروزن را نشان میدهد. نسبت تعادلی 0.5 بهعنوان حد پایین قابلیت اشتعال نشان داده شده است.
مشخصه های قابلیت اشتعال سوخت های از نوع کروزن در فشار اتمسفر
در فشار و دمای معمولی مخلوط هیدروکربنها و هوا فقط در ناحیه باریکی از Φ با همدیگر واکنش نشان میدهند (به طور تقریب ناحیهای بین ( 0.5 تا 3) و نیز در کمتر از 0.2 اصلاً واکنش نمیدهند (البته در فشار و دمای استاندارد)). محدودیت دیگری که در فرآیند احتراق پیش میآید زمانی است که نیاز به حفظ شعله در حالت سکون در جریان هوای با سرعت بالا وجود دارد. درحالتیکه شعله در درون مخلوط قابل اشتعال در حال گسترش است، سرعت این پیشروی باید در محدوده مشخصی قرار داشته باشد. اگر این سرعت خیلی زیاد باشد شعله به درون خروجی محفظه کشیده میشود و اگر خیلی کم باشد شعله به بالادست جریان گسترش مییابد و سپس خاموش می شود. این مشکل نگهداری شعله در درون محفظه احتراق با ایجاد ناحیهای به نام بازچرخش (Recirculation Zone) درجلوی محفظه احتراق اصلی حل شده است. ناحیه بازچرخش سطوح محلی با سرعت کم ایجاد میکنند که شعله را نگهداری میکند و در همین زمان جریان آشفته ایجاد شده نرخ انتقال انرژی را افزایش میدهد.
در مطلب بعدی به طراحی سوئیرلر پرداخته می شود…