Вибрационное горение Раушенбах Б.В.

дннотдция Кинга посвящена проблеме неустойчивости процесса горения, с которой столкнулись при создании жидкостных ракетных двигатилей, ноздушно-реактнвных двигателей, высокофорсированпых топок тепловых злсктростанций, при осуществлении ряда физических экспериментов и опытов по ты7- рии горения.

В ипнге систоматически излагается совромегшая теория возбуждения продольных акустических колебаний теплоподводоы, Рассматрпнаются законояшрностн, свойственные этому типу колебаний, прпчом для их анализа широко привлекавзтся сведения из гидромехацикп, акустики, тоорил горения, используется математический аппарат тсорпн регулирования и теории нолсбаппй. Книга рассчитана на научных работников, пнгкенеров, аспярантов, студентов старших курсов университотов и высших технических учебшлх заноденпй, имеющих дело с вопросами теории горения п теории колебаний сплошных сред, а также па лиц, работагощпх и области современного двигателестроения и теплотехники.

Розтенбаа Борис Виитороеич. Внбрзцнонаое горение Редактор О. Э. Цмииова Техн. редактор П. Л. Зытратоеа цоррееетор Г. Г. Желтова Сдано з набор 4Л 1961 г. Подписано к печати 9/Ч ! 961 г. Бумага 84х1084!зе. шиз. печ. л. 15,625. условн. печ, л. 25,68. Уч.-азд. л.

25,81. тяраек 7000 зиз, т-08156, цена книги ! р. 47 к. заказ уе 762 Государствезкое издательство еизвко-математической литератуРы. Москва, В-71, Лелннсиий просаект, 15. Згосказснзя'типагрзерыя аа 5 мосгарсовнзрхоза 21осиоз, Трехлруаи ый ьср, 9. ОГЛАВЛЕНИЕ Предисловие Введение Г л а в а !.

Общан характеристика колебаний, возбунздаемых теплоподводом..., ........... 13 4 1. Некоторые экспериментальные факты....... 13 4 2. Схема идеализации процесса самовозбуждэнпв продольных акустических колебаний горением.... 19 Г л а в а П. Распространение возмущений в движущемся газе . 29 29 Глава 1П. Источники энергии автоколебаипй...... 75 75 82 9! 107 ! л а в а 1У. Расчетная пдеалпзацкв процессов в зоне горенпп ......, ........ ........ 1!2 ьб 15. Изменение возмущении крп пересечении области горении 1 !2 4 3.

Иинеарпзация уравнений гндромеханики 4 4. Акустические волны в движущемся пензоэптропическом газе 4 5. Пршнер простейшей краевой зада ш . $ 6, Стончае волны р и о $7. Ьегущие волны и, ьт п з 4 8. Устойчивость газового течения 4 9. Продольные автоколебанпн в газовом течении $ 10. Два источника энергии прп термическом возбуждении звука 4 1Ь Поток акустической энергии.

4 12. Энергия, сообщаемая колебательной системе при реализации элементарных процессов в зоне тепло- подвода $ 13. Энергия, сообщаемая колебательной системе в общем случае . 4 14. Возбуждение колебательной системы волнами энтропии 35 42 47 59 61 72 ОГЛАВЛЕНИЕ 1 16. Свойства плоскости теплоподвода 2 . 1 17. Приведение условий на плоскости разрыва 2 к каноническому виду 1 18. Источпикн энергии автоколебаний при произвольно сложном процессе в зоне тетшоподвола . $19. Возбуждение колебательной системы в общем случае . 1 20. Диаграммы границ устойчивости для типичных случаев . 4 21. Сравнение относительной значимости теплового к механического источников энергии при возбуждении колебаний 124 139 143 146 158 162 170 1 22.

Вводные замечания 1 23. Составление и решение характеристического уравнения 1 24. Построение границ устойчивости . 1 25. Анализ условий возбуждения $26. Влияппе запаздывания тепловыделения па возбуждение акустических колебаний . 4 27. Частота колебавий $28. Ступевчатое измепепие частот колебаний с изменением положения зоны горевия 1 29. Эксперименты по влиянию положения зоны горения на процесс колебаний . 170 178 185 204 210 217 220 229 Г л а в а У1. Возбуждение колебавий теплоподводои при наличии потерь ва концах трубы .

251 1 30. Потере ка излучевпе 1 31, Характеристическое уравнение задача при учете потерь па концах трубы . 4 32. Численное рассмотрение некоторых частных случаев . 1 33. Полное поглощение энергии иа одном конце тру- бы 251 258 267 Г л а в а У11. Механизмы обратной связи ври возбуждении акустических колебаний гореиием . 277 1 34. Илассификацвя ыеханизмов обратной связи 1 35. Механпамы обратной связи, имеющие в оспове смесеобразовавке . з 36. Механизмы обратной связи, имеющие в освове гидромехавические явления 1 37. Механизмы обратной связи, освоаапвые ка законоыерпостях собственно горения .

1 38. Устойчивость плоского фронта пламени 277 286 296 313 322 Г л а в а Ъ'. Возбуждение колебаний теплоподводом при отсутствии потерь Оглавлиник Г л а в а ЧШ. Расчет автоколебаний с учетом нелинейных свойств воны теплоподвода .

1 39. Общая характеристика автоколебаний З 40. Существенные нелинейности в зоне горения й 41. Автоколебания при отсутствии потерь на концах трубы 4 42. Автоколебания при наличии потерь на концах трубы $43. Применимость развитых методов в других случаях Г л а за 1Х. Вибрацпонное горение . $44. Стадии развития процесса вибрационного горения 1 45.

Гипотеза о максимуме акустической ввергни, излучаемой областью теплоподвода $46. Экспериментальная проверка гнпотезы о максимуме акустической энергии . 4 47. Возбуждение и подавление вибрационного горения Г л а в а Х. Некоторые частные случаи самовозбуждения акустических колебаний $48. Возбуждение звука в трубе Рийке 4 49. Вибрационное горение при распространении пламени в неподвижном газе 4 50. Возникновение колебаний в пылеугольных топках 4 51. Вибрационнае горение в прямоточных воздушно- реактивных двигателях . 1 52. Продольные колебания в жидкостных реактивных двигателях Предметный указатель 344 344 347 358 368 373 376 376 381 394 401 418 418 436 459 467 471 498 ПРЕДИСЛОВИЕ В последние годы проблема возбуждения акустических колебаний в газовом столбе, в котором происходит горение, стала весьма злободневной. Это вызвано тем, что ряд практически важных задач, связанных с созданием высокофорсированных камер сгорания, не может быть решен без тщательного анализа явления, которое иногда называют вибрационным горением.

Указанное обстоятельство находит свое отражение в большом количестве статей, публикуемых в зарубежных изданиях. К сожалению, работы иностранных авторов посвящены главным образом вопросам возбуждения неустойчивости в ракетных двигателях, и, следовательно, могут иметь сравнительно узкую сферу приложения. В то же время известно, что аналогичные явления наблюдаются в промышленных топках, экспериментальных установках для изучения процессов сгорания, в ряде физических экспериментов (труба Рийке) и т.

п. Поэтому уже давно назрела необходимость в более общем, чем обычно, рассмотрении проблемы возбуждения акустических колебаний теплоподводом (в частности горением). Одной пз задач, которая ставилась при написании этой книги, была попытка разработки основ систематической теории процесса вибрационного горения, позволяющей рассмотреть все множество частных случаев с единой точки зрения. Однако рассмотрение конкретных инженерных проблем в рамках настоящей книги было бы нецелесообразным.

Это значительно увеличило бы объем книги, а главное, затруднило бы исследование сути явления и разработку общих методов, поскольку внимание читателя неизбежно распылялось бы детальным анализом различных частных вопросов. Кроме того, не следует забывать, что актуальные сегодня инженерные задачи могут стать неинтерес- пгедисловнь' ными через несколько лет, а несущественные сейчас— стать центральными. Поэтому представлялось более правильным дать очерк общей теории, оставив разработку конкретных задач тем, кто ими непосредственно занимается. Лишь как завершение общей теории в Х главе даны примеры приложения ее к некоторым практическим задачам.

Поставленная цель в значительной мере определяет как содержание книги, так и метод изложения вопроса. Главным содержанием книги".является анализ некоторой идеализированной схемы(горение в цилиндрической трубе), причем экспериментальный материал в своей основной массе также относится к опытам академического характера (горение смеси в небольшой трубе, за простым стабилизатором или без него, но не горение в реальных топках, двигателях и т.

п.). Чтобы сделать материал доступным широким кругам инженеров, изложение вопроса ведется наиболее простыми методами и достаточно подробно; поэтому для понимания рассматриваемых задач обычная подготовка по математике и механике, которую дают наши высшие технические учебные заведения, является достаточной. Стремясь к простоте и краткости, автор нередко жертвовал строгостью изложения, но пытался, везде где это возможно, пояснить физическую сущность рассматриваемого явления. Предлагаемая вниманию читателя книга не является полной сводкой современного состояния вопроса. В ней излагаются главным образом результаты, полученные автором и частично опубликованные в разное время в периодических изданиях.

Это неизбежно наложило свой отпечаток не только на постановку задач и метод их рассмотрения, но и на содержание книги. В тех случаях, когда используются работы других авторов, всюду делаются соответствующие ссылки; отсутствие последних означает, что результаты (как теоретические, так и экспериментальные) принадлежат автору. Помимо ряда опубликованных ранее работ, в основу книги были положены лекции, которые в течение последних лет читались автором студентам Московского физико-технического института.