موتورهای جت چگونه گاز را در ناحیه احتراق خنک می کنند؟

مدیران انجمن: parse, javad123javad

ارسال پست
نمایه کاربر
rohamjpl

نام: Roham Hesami رهام حسامی

محل اقامت: فعلا تهران قیطریه بلوار کتابی 8 متری صبا City of Leicester Area of Leicestershire LE7

عضویت : سه‌شنبه ۱۳۹۹/۸/۲۰ - ۰۸:۳۴


پست: 2151

سپاس: 3824

جنسیت:

تماس:

موتورهای جت چگونه گاز را در ناحیه احتراق خنک می کنند؟

پست توسط rohamjpl »

دمای شعله آدیاباتیک نفت سفید در هوا 2093 درجه سانتیگراد است (منبع). موتورهای جت مدرن دمای ورودی توربین (-) 1700 تا 1800 درجه سانتیگراد دارند. این حداکثر دمای قابل قبول قبل از ذوب شدن یا ضعیف شدن بیش از حد پره های توربین است.موتورهای جت چگونه خنک نگه می دارند؟
موتورهای جت خنک می شوند و دما توسط جریان انبوه هوا مدیریت می شود که برای احاطه و محدود کردن مرزهای شعله استفاده می شود، آن را از دیواره های قوطی مشعل دور نگه می دارد و گرمای شعله را هنگام عبور به توربین رقیق می کند (فقط اقلیتی از اکسیژن جریان هوا در واقع می سوزدچه اتفاقی برای خواص هوا هنگام عبور از محفظه احتراق می افتد؟
این هوا فرآیندهای واکنش را تکمیل می کند، هوا را خنک می کند و غلظت بالای مونوکسید کربن (CO) و هیدروژن (H2) را رقیق می کند. هوای رقیق‌سازی جریان هوایی است که از طریق سوراخ‌هایی در لاینر در انتهای محفظه احتراق تزریق می‌شود تا به خنک شدن هوا قبل از رسیدن به مراحل توربین کمک کند.
پس چگونه گاز قبل از رسیدن به مرحله توربین به دمای پایین تر خنک می شود؟
اکنون می دانم که پاسخ ساده واضح "خنک کننده هوا" است. اما من می خواهم جزئیاتی در مورد چگونگی به دست آوردن آن بدانم.
آیا هوای خنک کننده از هوای هسته می آید یا از برخی مجاری به منطقه احتراق می آید؟
آیا هوای خنک کننده توسط چیزی (غیر از مراحل کمپرسور) نزدیک هسته پمپ می شود؟
آیا هوای خنک‌کننده توسط هندسه‌ای در داخل منطقه احتراق به صورت آشفته هدایت می‌شود؟
آیا هوای خنک کننده برای رسیدن به خنک کننده آدیاباتیک منبسط می شود (باز هم فقط در مورد داخل منطقه احتراق می پرسم)؟یک خنک کننده آدیاباتیک این اصل را اعمال می کند که وقتی فشار اعمال شده بر یک بسته هوا کاهش می یابد، هوای داخل بسته اجازه انبساط می یابد. با افزایش حجم، با کاهش انرژی داخلی آن، دما کاهش می یابد.سیستم های خنک کننده آدیاباتیک مانند سیستم های خنک کننده خشک عمل می کنند، اما با ادغام پدهای خنک کننده پیش. جاری شدن آب روی پدهای پیش خنک کننده و کشیدن هوا از طریق پدها، لامپ خشک هوای ورودی را فشار می دهد.خنک کننده آدیاباتیک چیست؟
خنک‌سازی آدیاباتیک زمانی اتفاق می‌افتد که فشار روی یک سیستم جدا شده از نظر آدیاباتیک کاهش می‌یابد و به آن اجازه انبساط می‌دهد و در نتیجه باعث می‌شود که روی محیط اطراف خود کار کند. هنگامی که فشار اعمال شده بر روی یک بسته هوا کاهش می یابد، هوا در بسته اجازه انبساط پیدا می کند. با افزایش حجم، با کاهش انرژی داخلی آن، دما کاهش می یابد.
خنک کننده آدیاباتیک چگونه کار می کند؟
خنک‌سازی آدیاباتیک زمانی اتفاق می‌افتد که فشار روی یک سیستم جدا شده از نظر آدیاباتیک کاهش می‌یابد و به آن اجازه انبساط می‌دهد و در نتیجه باعث می‌شود که روی محیط اطراف خود کار کند. هنگامی که فشار اعمال شده بر روی یک بسته هوا کاهش می یابد، هوا در بسته اجازه انبساط پیدا می کند. با افزایش حجم، با کاهش انرژی داخلی آن، دما کاهش می یابد.
تفاوت بین خنک کننده آدیاباتیک و تبخیری چیست؟
خنک‌سازی تبخیری یک فرآیند طبیعی است زمانی که گرما به آب اعمال می‌شود، از مایع به بخار تبدیل می‌شود و وقتی تبخیر اتفاق می‌افتد، گرما از آبی که در حالت مایع باقی می‌ماند گرفته می‌شود و در نتیجه آب خنک‌تر می‌شود.
خنک‌سازی آدیاباتیک زمانی اتفاق می‌افتد که فشار روی یک سیستم جدا شده از نظر آدیاباتیک کاهش می‌یابد و به آن اجازه انبساط می‌دهد و در نتیجه باعث می‌شود که روی محیط اطراف خود کار کند. هنگامی که فشار اعمال شده بر روی یک بسته هوا کاهش می یابد، هوا در بسته اجازه انبساط پیدا می کند. با افزایش حجم، با کاهش انرژی داخلی آن، دما کاهش می یابد.
به طور خلاصه، خنک کننده تبخیری، همانطور که توسط یک برج خنک کننده استفاده می شود، گرما را از سیال فرآیند دفع می کند و خنک کننده آدیاباتیک همانطور که توسط یک خنک کننده آدیاباتیک استفاده می شود، گرما را از جریان هوای عبوری به خنک کننده دفع می کند.
تفاوت بین برج های آدیاباتیک و برج های خنک کننده چیست؟
در یک برج خنک‌کننده مدار باز، همزمان با انتقال هوا توسط سیستم فن از درون بسته پرکننده، آبی که قرار است خنک شود، روی یک بسته پرکننده توزیع می‌شود. این امر باعث می شود بخش کوچکی از آب خنک کننده تبخیر شود و دمای آب در گردش باقی مانده کاهش یابد. آب سرد شده در پایه برج خنک کننده جمع آوری می شود و سپس دوباره به کارخانه یا فرآیندی که نیاز به خنک شدن دارد، گردش می کند. هوای گرم و مرطوب از برج به جو تخلیه می شود.
برج های خنک کننده مدار بسته و کندانسورهای تبخیری از همان اصل خنک کننده تبخیری مانند برج های خنک کننده مدار باز استفاده می کنند، اما دارای یک مبدل حرارتی هستند که در آن یک سیال توسط یک سیستم چرخش ثانویه خنک می شود که آب را روی سیم پیچ تبادل حرارتی توزیع می کند و بخشی از این آب تبخیر می شود. . گرمای تبخیر آب از مایع خنک‌کننده گرفته می‌شود و گرما به بخار آب در جریان هوا منتقل می‌شود و مانند یک برج خنک‌کننده مدار باز به اتمسفر تخلیه می‌شود.
یک خنک کننده آدیاباتیک این اصل را برای هوایی که توسط فن از روی کویل کشیده می شود، اعمال می کند. همانطور که هوای گرم با پد مرطوب یا اسپری آب مواجه می شود، دمای هوا به صورت آدیاباتیک کاهش می یابد و بنابراین اجازه خنک شدن معقول سیم پیچ در زیر دمای حباب خشک محیط را می دهد.
کثر آب مورد استفاده برای خنک کردن هوا به اتمسفر تبخیر می شود و بنابراین گردش مجدد نمی شود. اما درک منبع آب به عنوان منبع آب ذخیره شده یا چرخشی می تواند خطر لژیونل قابل توجهی داشته باشد و می تواند الزامات قانونی را تحت تأثیر قرار دهد.
طرح‌های متعددی از خنک‌کننده‌های آدیاباتیک وجود دارد، از اتصالات یکپارچه‌سازی با سیستم‌های اسپری گرفته تا یک خنک‌کننده هوای خشک موجود تا یک پد مرطوب کنترل‌شده هوشمند یا سیستم اسپری نصب شده اولیه.
هر سیستمی که وجود داشته باشد، آنها را می توان به طور کلی به سه دسته طراحی مجزا دسته بندی کرد:
کولرهایی که آب را به سمت کویل می پاشند
کولرهایی که آب را دور از سیم پیچ به جریان هوا می پاشند
کولرهایی که آب را روی محیطی که هوا از آن عبور می کند، چکانده است
انتخاب ازنوع طراحی می تواند مهم باشد زیرا سطوح مختلفی از خطر و در نتیجه الزامات قانونی متفاوتی را به همراه دارد که منجر به سطوح مختلف مدیریت مداوم و هزینه های نگهداری می شود.
آیا سوخت در اطراف هسته گردش می کند تا به عنوان خنک کننده (مانند موتورهای موشک) عمل کند؟
هنگام جستجو در این مورد، با چیزی به نام خنک کننده هوای ورودی مواجه شدم. این چیزی نیست که من در موردش می پرسم. خنک کننده هوای ورودی به معنای خنک کردن هوا قبل از ورود به موتور است، به عنوان مثال با خنک کننده تبخیری.گازی که با فشار از یک نازل عبور می کند و پس از آن فشار کمتری دارد، یک فرآیند برگشت ناپذیر است که در آن آنتروپی افزایش می یابد. این ربطی به انبساط آدیاباتیک ندارد. همه چیز مربوط به اثر ژول تامسون است.
تغییر دما به دنبال افت فشار پشت نازل متناسب با ضریب ژول تامسون است که می تواند با ظرفیت گرمایی (ایزوباریک) گاز، ضریب انبساط حرارتی و دمای آن مرتبط باشد. این یک مثال استاندارد معروف در ترمودینامیک برای به دست آوردن یک رابطه ترمودینامیکی غیر پیش پا افتاده با استفاده از روابط ماکسول، ژاکوبین ها و موارد دیگر است. جالب اینجاست که کاهش دما قطعی نیست. برای یک گاز ایده آل - که به نظر می رسد تنها مثالی است که تاکنون در این موضوع بحث شده است - اینطور نیست، زیرا ضریب ژول-تامسون دقیقاً ناپدید می شود. این به این دلیل است که خنک‌کاری ناشی از کاری است که گاز در برابر نیروهای انسجام داخلی واندروالسی خود انجام می‌دهد و چنین نیروهایی در یک گاز ایده‌آل وجود ندارد.
برای یک گاز خنک کننده واقعی می تواند اتفاق بیفتد، اما فقط زیر دمای وارونگی. به عنوان مثال، دمای وارونگی اکسیژن تقریباً بسیار بیشتر از دمای اتاق است، بنابراین انبساط JT اکسیژن آن را خنک می کند. دمای وارونگی حتی بالاتری دارد (در حدود از طرف دیگر، دمای وارونگی هیدروژن در حدود بسیار کمتر از دمای اتاق است، بنابراین انبساط JT هیدروژن در واقع دمای آن را افزایش می دهد.
همچنین فناوری خنک‌سازی مستقیم پره‌های توربین مانند سوراخ کردن روی آن‌ها و عبور مقداری هوای دیگر وجود دارد. این چیزی نیست که من در مورد آن می پرسم. من می خواهم بدانم گاز احتراق قبل از رسیدن به مرحله اول توربین چگونه خنک می شود.
البته متوجه شدم که از هیچ پاسخی در این سایت نمی توانم آموزش کامل دینامیک سیالات را دریافت کنم. حداقل چیزی که من به آن امیدوار هستم تصاویر، نمودارها و ترجیحاً برخی از اعداد مورد استفاده در معادلات خاصی است که دما و جریان جرمی هوا را به هم مرتبط می کنند.
یک چیز دیگر. موتورهای قدیمی مشکلی ندارند. در واقع، آنها ممکن است بهتر باشند، زیرا موتورهای قدیمی تر - پایین تری دارند و بنابراین باید به خنک کننده بیشتر در منطقه احتراق دست یابند. من سعی کردم در مورد آنها تحقیق کنم، به عنوان مثال. رولز رویس ننه در اینجا، جایی که یک پاراگراف در مورد خنک کننده در یک جمله پایانی خلاصه می شود: "این هوای رقیق کننده در نتیجه منبسط شده و به سمت عقب شتاب می گیرد، اما همچنین محصولات احتراق را تا دمای مورد نیاز در ورودی توربین خنک می کند." اما تعداد بسیار کمی دارد و هیچ نمودار یا برش ندارد.این واقعیت وجود دارد که گازهای داغ حاصل از احتراق در واقع در محفظه احتراق خنک می شوند. خنک کننده توربین به اندازه کافی برای حفظ دمای مناسب برای تیغه توربین (~1700 درجه سانتیگراد) کافی نیست.
توزیع جریان احتراقتصویر
مکانیسم خنک کننده در محفظه احتراق (CC) را به وضوح نشان می دهد.که 12 درصد هوای خارج شده از کمپرسور عمدتاً برای احتراق و بقیه هوا برای خنک کردن گازهای داغ استفاده می شود. دمای ناحیه اولیه که در آن سوخت مشتعل می شود می تواند بیشتر از 2000 درجه سانتیگراد باشد. خنک سازی از طریق فیلم، تعرق و خنک سازی برخوردی انجام می شود. 20% هوا در ناحیه اولیه برای راندمان احتراق بهتر و پایداری شعله استفاده می شود در حالی که (40% + 20% = 60%) از هوای منطقه رقت برای حفظ دمای ورودی توربین مورد نظر استفاده می شود.
اخل محفظه احتراق، توربین ها و اگزوز، (و پس سوز، اگر موتور یکی داشته باشد) و همچنین پره های توربین و استاتورها، پوشیده شده اند. با سوراخ های کوچک هوای خنک کننده از طریق این سوراخ ها عبور می کند و یک لایه مرزی بین فلز و گازهای فوق داغ تشکیل می دهد.
دمای سوخت/هوا در موتور جت بسیار بالاتر از نقطه ذوب فلزات مورد استفاده برای ساخت این اجزا است، به همین دلیل این امر ضروری است. در واقع دمای گازها از دمای تبخیر تعدادی از فلزات بیشتر است.
این هوای خنک کننده از کجا می آید؟ از کمپرسور موتور می آید. دلیل عدم استفاده از هوای بای پس این است که فشار کمتری نسبت به داخل هسته موتور دارد، بنابراین گازهای داغ از طریق سوراخ ها به سمت مجرای بای پس حرکت می کنند. در این حالت لایه مرزی به جای گاز خنک از گاز داغ ساخته می شود که باعث تخریب موتور می شود.
برای به دست آوردن هوای با فشار کافی، هوا از کمپرسور در نقاطی که فشار آنقدر زیاد است که جریان کافی (در جهت درست!) را برای قسمت هایی از موتور که به آن نیاز دارند، "خونریزی" می شود. این روش خنک‌سازی به قدری مؤثر است که اجزای یک موتور جت که نیاز به تحمل بیشترین گرما را دارند، در واقع بالاترین فشار کمپرسور هستند، زیرا (الف) هوا هنگام فشرده‌کردن آن گرم می‌شود و (ب) می‌توانید. از همان تکنیک لایه مرزی خنک در کمپرسور استفاده کنید زیرا به هوای با فشار بالاتری نسبت به هوای گرمی که می‌خواهید از قطعه محافظت کنید، نیاز دارید، و جزء بخشی از قسمت پرفشار کمپرسور است.تصویر
در یک موتور موشک، شما می‌توانید بالقوه آن را با هوای فشرده اتمسفر خنک کنید، اما این کار به وزن و پیچیدگی می‌افزاید و تنها در لایه‌های پایین‌تر جو که چگالی هوای کافی برای ارائه نرخ جریان جرمی مناسب برای جذب گرما وجود دارد، کار می‌کند. . از آنجایی که همانطور که اشاره کردید، می توان از سوخت (یا اکسید کننده بالقوه) برای خنک کردن موثر موتور برای جریمه بسیار کمتر در وزن و آزادی بیشتر در محیط کار استفاده کرد، این انتخاب واضح برای اکثر موشک های با سوخت مایع با کارایی بالا بوده است...I hope I help you understand the question. Roham Hesami smile072 smile261 smile260 رهام حسامی ترم پنجم مهندسی هوافضا
تصویر

ارسال پست