¿Cómo se obtiene la velocidad de aire correcta para la combustión del combustible en la entrada de la cámara de combustión? [duplicar]

En general, los motores a reacción de los aviones tienen una o varias secciones difusoras que reducen la velocidad del aire entrante antes de que entre en la cámara de combustión.

Ejemplo de perfil de velocidad en un motor a reacción; imagen de Fundamentos de motores de turbina de gas

En algunos casos, los difusores están antes de los compresores o en las etapas mismas, pero el efecto final es la reducción de la velocidad. Incluso a esta velocidad reducida, la combustión no es factible ya que la velocidad de quema de queroseno a relaciones normales de combustible y aire es aún más baja; por lo tanto, cualquier combustible encendido, incluso en la corriente de aire predifundida, también sería expulsado.

Para superar esto, se crea una región de baja velocidad axial dentro de la cámara de combustión utilizando remolinos y recirculación. Ayuda que el combustible se queme con solo una parte del aire entrando en la cámara de combustión.

Imagen de aeromodelbasic.blogspot.in

Básicamente, el flujo de aire que ingresa a la cámara se divide en varias partes, que ingresan a la cámara en diferentes momentos y lugares, de modo que el flujo de aire general tiene una velocidad axial baja, al tiempo que promueve la recirculación. Del proceso de combustión :

Aproximadamente el 20 por ciento del flujo de masa de aire es absorbido por la boca o sección de entrada. Inmediatamente aguas abajo del hocico hay paletas de turbulencia y una bengala perforada, a través de la cual el aire pasa a la zona de combustión primaria. El aire arremolinado induce un flujo aguas arriba del centro del tubo de llama y promueve la recirculación deseada. ...

A través de la pared del cuerpo del tubo de llama, adyacente a la zona de combustión, hay un número seleccionado de orificios secundarios a través de los cuales pasa un 20 por ciento adicional del flujo principal de aire hacia la zona primaria. El aire de las paletas de turbulencia y el de los orificios de aire secundarios interactúan y crean una región de recirculación de baja velocidad. Este toma la forma de un vórtice toroidal, similar a un anillo de humo, que tiene el efecto de estabilizar y anclar la llama.

1. Los combustores suelen tener zonas de recirculación en las que se produce la combustión completamente o que al menos anclan la llama. Esto se puede hacer por varios diseños.
   • Salto repentino en la sección transversal en combinación con vorticidad
   • Cuerpos portallamas
   • Desplazadores centrales
   • Frenado de vorticidad
2. El canal de las palas de un compresor es en realidad divergente. La desaceleración de un flujo va acompañada de un aumento de la presión estática (ver difusores). Además, un compresor transfiere trabajo al fluido, lo que aumenta aún más la densidad del fluido. La sección transversal divergente del canal anular entre el cubo y la carcasa está diseñada para mantener la velocidad axial de alguna manera nivelada. Los altos niveles de velocidad axial (o más correctamente meridional) provocan mayores pérdidas por fricción. Las bajas velocidades reducen la potencia transferible de una etapa del compresor, por lo que se requieren más etapas.

^{Por SidewinderX (Trabajo propio) [ CC BY-SA 3.0 o GFDL ], a través de Wikimedia Commons}

remolino

El remolino es una parte de la cámara de combustión a través de la cual fluye el aire primario cuando ingresa a la zona de combustión. Su función es generar turbulencia en el flujo para mezclar rápidamente el aire con el combustible.

Inyector de combustible

El inyector de combustible es responsable de introducir combustible a la zona de combustión y, junto con el remolino, es responsable de mezclar el combustible y el aire. Hay cuatro tipos principales de inyectores de combustible; inyectores de atomización a presión, chorro de aire, vaporización y premezcla/prevaporización. Los inyectores de combustible de atomización a presión dependen de altas presiones de combustible (hasta 3400 kilopascales—500 psi) para atomizar ^el combustible.

¹ _{Si bien atomizar tiene varias definiciones, en este contexto significa formar un rocío fino. No se pretende dar a entender que el combustible se está descomponiendo en sus componentes atómicos.}

—Wikipedia _

Entonces, principalmente estos dos componentes aseguran que el combustible se mezcle completamente con el aire para la combustión sin perder combustible aguas abajo.

Cómo los ingenieros pueden reducir la velocidad del aire sin descomprimirlo

La velocidad del flujo es energía, por lo que disminuir la velocidad del flujo aumentará su presión.

A velocidades subsónicas, la primera parte ocurre ya antes de la entrada cuando el avión se acerca. Esta precompresión es muy eficiente porque ocurre en la corriente libre, y los ingenieros diseñaron la admisión de modo que solo trague parte del aire que fluye hacia ella a velocidad de crucero. Dentro de la entrada, el flujo se desacelera aún más, de modo que entrará en la primera etapa del compresor a una velocidad de flujo de Mach 0,4 a 0,5. Por lo general, el 98 % de la energía cinética del flujo se puede convertir en presión de esta manera.

En la sección del compresor, el aire de la entrada se ve forzado a entrar en un túnel anular convergente para comprimirlo. Intuitivamente, este diseño no ralentizará el aire, o no lo ralentizará lo suficiente.

Dentro del compresor, la densidad del aire comprimido aumenta junto con la presión. Por lo tanto, la geometría convergente dentro del compresor no acelera el flujo, sino que lo ralentiza aún más, y solo sigue el volumen cambiante. La relación de densidad y volumen en la compresión isoentrópica son proporcionales a la relación de presión (el índice 0 indica el estado inicial y el índice 1 indica el estado final) así:

El paso final en la desaceleración del flujo ocurre en la sección transversal que va desde el compresor hasta la cámara de combustión, que se llama difusor. Aquí, la sección transversal se ensancha cuidadosamente para reducir la velocidad del flujo de aire sin separación. Alrededor de los inyectores de combustible encontrará la velocidad de gasolina más baja de todo el motor. Consulte esta respuesta y esta respuesta para obtener más detalles: me dicen que no copie partes relevantes de respuestas anteriores en nuevas respuestas.