Wie wird die richtige Luftgeschwindigkeit für die Brennstoffverbrennung am Einlass der Brennkammer erreicht? [Duplikat]

Im Allgemeinen haben Flugzeugstrahltriebwerke Diffusorabschnitte, die die Geschwindigkeit der einströmenden Luft verringern, bevor sie in die Brennkammer eintritt.

Beispiel eines Geschwindigkeitsprofils in einem Strahltriebwerk; Bild aus Grundlagen von Gasturbinentriebwerken

In einigen Fällen befinden sich die Diffusoren vor den Kompressoren oder in den Stufen selbst – aber der Endeffekt ist eine Reduzierung der Geschwindigkeit. Selbst bei dieser reduzierten Geschwindigkeit ist eine Verbrennung nicht durchführbar, da die Verbrennungsgeschwindigkeit von Kerosin bei normalen Kraftstoff-Luft-Verhältnissen noch geringer ist; daher würde auch jeglicher Brennstoff, der sogar in dem vordiffundierten Luftstrom angezündet wird, weggeblasen werden.

Um dies zu überwinden, wird innerhalb der Brennkammer mit Drallkörpern und Rezirkulation ein Bereich niedriger axialer Geschwindigkeit erzeugt. Es hilft, dass der Kraftstoff verbrannt wird, wobei nur ein Teil der Luft in die Brennkammer eintritt.

Bild von aeromodelbasic.blogspot.in

Grundsätzlich wird der in die Kammer eintretende Luftstrom in mehrere Teile geteilt, die zu unterschiedlichen Zeiten und an unterschiedlichen Orten in die Kammer eintreten, so dass der Gesamtluftstrom eine niedrige axiale Geschwindigkeit hat, während die Rezirkulation gefördert wird. Aus dem Verbrennungsprozess :

Etwa 20 Prozent des Luftmassenstroms werden von der Schnauze oder Eintrittssektion angesaugt. Unmittelbar stromabwärts der Schnauze befinden sich Drallschaufeln und eine perforierte Fackel, durch die Luft in die primäre Verbrennungszone strömt. Die wirbelnde Luft induziert eine Strömung stromaufwärts der Flammrohrmitte und fördert die gewünschte Rezirkulation. ...

Durch die Wand des Flammrohrkörpers ist neben der Verbrennungszone eine ausgewählte Anzahl von Sekundärlöchern, durch die weitere 20 Prozent des Hauptluftstroms in die Primärzone gelangen. Die Luft von den Drallschaufeln und die von den Sekundärluftlöchern wirken zusammen und erzeugen einen Bereich mit Rezirkulation mit niedriger Geschwindigkeit. Dieser entsteht in Form eines torusförmigen Wirbels, ähnlich einem Rauchring, der die Flamme stabilisiert und verankert.

1. Brennkammern weisen üblicherweise Rezirkulationszonen auf, in denen die Verbrennung entweder vollständig stattfindet oder die Flamme zumindest verankern. Dies kann durch mehrere Designs erfolgen
   • Plötzlicher Sprung im Querschnitt in Kombination mit Vorticity
   • Flammenhalterkörper
   • Zentrale Verdränger
   • Vorticity-Bremsung
2. Der Schaufelkanal eines Kompressors ist tatsächlich divergent. Die Verlangsamung einer Strömung geht mit einer Erhöhung des statischen Drucks einher (siehe Diffusoren). Zusätzlich überträgt ein Kompressor Arbeit in das Fluid, wodurch die Fluiddichte weiter erhöht wird. Der divergierende Querschnitt des Ringkanals zwischen Nabe und Gehäuse soll die axiale Geschwindigkeit einigermaßen gleichmäßig halten. Hohe axiale (oder richtiger meridionale) Geschwindigkeitsniveaus verursachen höhere Reibungsverluste. Niedrige Geschwindigkeiten verringern die übertragbare Leistung einer Kompressorstufe, wodurch mehr Stufen erforderlich sind.

^{Von SidewinderX (Eigene Arbeit) [ CC BY-SA 3.0 oder GFDL ], über Wikimedia Commons}

Wirbler

Der Drallkörper ist ein Teil der Brennkammer, durch den die Primärluft strömt, wenn sie in die Verbrennungszone eintritt. Seine Aufgabe besteht darin, Turbulenzen in der Strömung zu erzeugen, um die Luft schnell mit Kraftstoff zu vermischen.

Einspritzdüse

Der Brennstoffinjektor ist verantwortlich für das Einbringen von Brennstoff in die Verbrennungszone und ist zusammen mit dem Verwirbler für das Mischen des Brennstoffs und der Luft verantwortlich. Es gibt vier Haupttypen von Kraftstoffeinspritzdüsen; Druckzerstäubungs-, Blasluft-, Verdampfungs- und Vormischungs-/Vorverdampfungsinjektoren. Druckzerstäubende Kraftstoffeinspritzdüsen sind auf hohe Kraftstoffdrücke (bis zu 3.400 Kilopascal – 500 psi) angewiesen, um den Kraftstoff zu ^zerstäuben .

¹ _{Während Zerstäuben mehrere Definitionen hat, bedeutet es in diesem Zusammenhang, einen feinen Sprühnebel zu bilden. Es soll nicht bedeuten, dass der Brennstoff in seine atomaren Bestandteile zerlegt wird.}

— Wikipedia

Hauptsächlich diese beiden Komponenten sorgen also dafür, dass der Brennstoff für die Verbrennung gut mit der Luft vermischt wird, ohne Brennstoff an die Nachfolge zu verlieren.

Wie Ingenieure Luft verlangsamen können, ohne sie zu dekomprimieren

Strömungsgeschwindigkeit ist Energie, daher erhöht eine Verlangsamung der Strömung seinen Druck.

Bei Unterschallgeschwindigkeit passiert der erste Teil bereits vor dem Einlass, wenn sich das Flugzeug nähert. Diese Vorverdichtung ist sehr effizient, da sie im freien Strahl erfolgt und die Ingenieure den Einlass so konstruieren, dass er nur einen Teil der bei Reisegeschwindigkeit anströmenden Luft verschluckt. Im Ansaugbereich verlangsamt sich die Strömung weiter, so dass sie mit einer Strömungsgeschwindigkeit von Mach 0,4 bis 0,5 in die erste Verdichterstufe eintritt. Typischerweise können so 98 % der kinetischen Energie der Strömung in Druck umgewandelt werden.

Im Kompressorabschnitt wird Luft vom Einlass gezwungen, in einen konvergenten ringförmigen Tunnel zu strömen, um sie zu komprimieren. Intuitiv verlangsamt dieses Design die Luft nicht oder nicht genug.

Innerhalb des Kompressors steigt die Dichte der Druckluft zusammen mit dem Druck. Die konvergierende Geometrie innerhalb des Kompressors beschleunigt also nicht die Strömung – sie wird sogar noch weiter verlangsamt – und folgt nur dem sich ändernden Volumen. Das Dichte- und Volumenverhältnis bei isentroper Kompression sind proportional zum Druckverhältnis (Index 0 bezeichnet den Anfangs- und Index 1 bezeichnet den Endzustand) wie folgt:

Die letzte Stufe der Strömungsverzögerung findet in dem vom Verdichter zum Brennraum führenden Querschnitt, dem sogenannten Diffusor, statt. Hier erweitert sich der Querschnitt vorsichtig, um den Luftstrom ohne Ablösung zu verlangsamen. Rund um die Einspritzdüsen finden Sie die niedrigste Gasgeschwindigkeit im gesamten Motor. Weitere Informationen finden Sie in dieser Antwort und in dieser Antwort . Mir wurde gesagt, dass ich keine relevanten Teile älterer Antworten in neue Antworten kopieren soll.