Como é a velocidade de ar correta para combustão de combustível obtida na entrada do combustor? [duplicado]

Em geral, os motores a jato de aeronaves têm seção (s) difusora (s), que reduzem a velocidade do ar que entra antes de entrar na câmara de combustão.

Perfil de velocidade da amostra no motor a jato; imagem de Fundamentos de motores de turbina a gás

Em alguns casos, os difusores são antes dos compressores ou nos próprios estágios - mas o efeito final é a redução na velocidade. Mesmo com essa velocidade reduzida, a combustão não é viável, já que a velocidade de queima de querosene com taxas de combustível-ar normais ainda é menor; Portanto, qualquer combustível aceso mesmo no pré- fluxo de ar difuso também seria soprado para longe.

Para superar isso, uma região de baixa velocidade axial é criada dentro da câmara de combustão usando redemoinhos e recirculação. Ajuda que o combustível seja queimado com apenas uma parte do ar que entra na câmara de combustão.

Imagem de aeromodelbasic.blogspot.in

Basicamente, o fluxo de ar que entra na câmara é dividido em múltiplas partes, que entram na câmara em diferentes momentos e lugares, de modo que o fluxo de ar total tem baixa velocidade axial, enquanto promove a recirculação. De Processo de combustão :

Approximately 20 per cent of the air mass flow is taken in by the snout or entry section. Immediately downstream of the snout are swirl vanes and a perforated flare, through which air passes into the primary combustion zone. The swirling air induces a flow upstream of the centre of the flame tube and promotes the desired recirculation. ...

Through the wall of the flame tube body, adjacent to the combustion zone, are a selected number of secondary holes through which a further 20 per cent of the main flow of air passes into the primary zone. The air from the swirl vanes and that from the secondary air holes interacts and creates a region of low velocity recirculation. This takes the form of a toroidal vortex, similar to a smoke ring, which has the effect of stabilizing and anchoring the flame.

1. Combustores geralmente apresentam zonas de recirculação nas quais a combustão ocorre completamente ou que pelo menos ancora a chama. Isso pode ser feito por vários projetos
   • Salto repentino na seção transversal em combinação com vorticidade
   • Corpos de suporte de chamas
   • Deslocadores centrais
   • Desligamento por vorticidade
2. O canal da lâmina de um compressor é na verdade divergente. A desaceleração de um fluxo acompanha o aumento da pressão estática (ver difusores). Além disso, um compressor transfere o trabalho para o fluido, aumentando ainda mais a densidade do fluido. A seção transversal divergente do canal anular entre o cubo e a carcaça é projetada para manter a velocidade axial de alguma forma nivelada. Altos níveis de velocidade axiais (ou mais meridionalmente) causam maiores perdas por fricção. Baixas velocidades reduzem a potência transferível de um estágio de compressor, exigindo, portanto, mais estágios.

^{Por SidewinderX (Trabalho próprio) [ CC BY-SA 3.0 ou GFDL ], via Wikimedia Commons}

Swirler

The swirler is a part of the combustor that the primary air flows through as it enters the combustion zone. Its role is to generate turbulence in the flow to rapidly mix the air with fuel.

Fuel injector

The fuel injector is responsible for introducing fuel to the combustion zone and, along with the swirler, is responsible for mixing the fuel and air. There are four primary types of fuel injectors; pressure-atomizing, air blast, vaporizing, and premix/prevaporizing injectors. Pressure atomizing fuel injectors rely on high fuel pressures (as much as 3,400 kilopascals—500 psi) to atomize¹ the fuel.

¹ _{While atomize has several definitions, in this context it means to form a fine spray. It is not meant to imply that the fuel is being broken down to its atomic components.}

— Wikipedia

Portanto, principalmente esses dois componentes garantem que o combustível seja totalmente misturado ao ar para a combustão sem perder combustível para a jusante.

How engineers are able to slow air without decompressing it

A velocidade do fluxo é energia, portanto, a desaceleração do fluxo aumentará sua pressão.

Em velocidades subsônicas, a primeira parte já acontece à frente da entrada quando o avião se aproxima. Essa pré-compressão é muito eficiente porque acontece no fluxo livre, e os engenheiros projetam a admissão de forma que ela engole apenas parte do fluxo de ar na velocidade de cruzeiro. Dentro da admissão, o fluxo desacelera ainda mais de tal forma que entrará no primeiro estágio do compressor a uma velocidade de fluxo de Mach 0,4 a 0,5. Normalmente, 98% da energia cinética do fluxo pode ser convertida em pressão dessa maneira.

In the compressor section, air from the intake is forced to rush into a convergent annular tunnel to compress it. Intuitively, this design won't slow air, or not slow it enough.

Dentro do compressor, a densidade do ar comprimido sobe junto com a pressão. Portanto, a geometria convergente dentro do compressor não acelera o fluxo - na verdade, ele é retardado ainda mais - e segue apenas o volume variável. A razão de densidade e volume na compressão isentrópica é proporcional à taxa de pressão (índice 0 denotando a inicial e o índice 1 denotando o estado final) assim: $$ \ frac {p_1} {p_0} = \ left (\ frac {\ rho_1} {\ rho_0} \ right) ^ \ kappa = \ left (\ frac {V_0} {V_1} \ right) ^ \ kappa $$ com $ \ kappa $ sendo a relação de séries específicas (aproximadamente 1,4 para ar). A taxa de compressão 8.3 do J-85 da sua imagem comprimirá o ar para 22% do seu volume inicial.

O passo final na desaceleração do fluxo acontece na seção transversal que leva do compressor para a câmara de combustão, que é chamada de difusor. Aqui, a seção transversal amplia cuidadosamente para desacelerar o fluxo de ar sem separação. Em torno dos injetores de combustível, você encontrará a menor velocidade do gás em todo o motor. Por favor, veja esta resposta e esta resposta para mais detalhes - me disseram para não copiar partes relevantes de respostas antigas em novas respostas.