1598005881-4f87b42cfc9e80ed51b9133d1cb84af4 (А.В.Талантов - Основы теории горенияu)

Мвовстсрсгво высшего в среввего свеввававого обрааоавввв РСФСР КлЗЛНСКНй ОрдВНЛ трЫОВОГО КРЛСНОГО ЗНЛМВНИ лвилоионный инститрт ° . л н. трполввл А. В. ГА 7АНГОЗ ОСНОВЫ ТЕОРИИ ГОРЕНИЯ Часть ! Учебное грособие клзлнь 197о УДК 536.46 (075,8) Алексей Весильевич Телантов 01НОБЫ ТЕОРИИ ГОРИПИ Часть 1 Учебное пособие Корректор 9.Н.Смирнова Редектор Н,Н,Мичурине ПФ 10096. Псдписено к печати 30/У1 1975г. Объем 15,75 п,л. Тираж 500. Заказ 635/Ф193. Пена 65 коп.

Ротаприйт КАИ Казинский ордене Трудового Красного Знамени авиационный институт им.А,Н.Туполева. Казань, К.Маркса, 10. Казанский ордена Трудового Красного Знамени авиапионный институт им.А.Н.Туполева, 1975. Настоящее учебное пособие является изложением основ теории горения применительно к двигателям летательных аппаратов. В его основу положен курс лекций для студентов, которые избирают своей специальностью процессы в двигателях.

Излагаемые в настоящем пособии сведения о подводе тепла за счет горения дополняют я углубляют знания, полученные стуцентамк в курсе химической кинетики и термодинамики. Подвод тепла за счет горения является одним иэ основных процессов, определяхщих показатели двигателя, и с этой точки зрения заслукивает пристального изучения.

Основное внимание обращается на 4изическую стороыу явления, механизм и динамику поцвода тепла, определяемые кинетическими и гаэодинамическнми Факторами. Настоящее пособие ограничивается вопросами горения газов. Рассматривается тепловое и цепное самовоспламенение, залигание, распространение пламени в ламкнарных условиях д .турбулентное горение, а также стабилизация пламени. Вопросы распыла топлива, смесеобразования и гетерогенного горения предполагается рассмотреть во второй части.

В работе над учебным пособием автор в значительной степени использовал материалы книги С.'и'.Ильяшенко и А.В.Талантова "Теория и расчет прямоточных камер сгорания", а также известных работ Л.Н.Хитгщна, Е.б.щетинкова, Б.В.Рэушенбаха и др. В книге прилепятся результаты исследований, выполненных под руководством автора сотрудниками отраслевой лаборатории горения в потоке Казанского авиационного института В.М.Брыолаевыы, В.А.Щукикюю ° В.М.Янковским, В.Н.1~уздевым, А,Ф,Нуэиным, В.В.Голубевыы, А.В.Мосиныы и др. Учебное пособие рассчитано на студентов,готовятся к деятельности янкенеров-тепло~зыков по дзкгателны летательных аппаратов. Известная сумма званий по теории горевия необходина к студектаы - будулпы жзянереи.мехзиккаы по лвкгателям летательных аппаратов.

Учебное пособие долкыо телке оказать псмоюр прп выпжжекии расчетных запиий,курсовых и дипломных проектов. Вййййний Объектом рассмотрения в настоящем поообеи являатсн проц .осы горения. Под горением в вироком смысле олова понимаются интепсеэно протексхеэ1е химические реакции окисления веществе с эппеееннем значительных количеств тепла в сооровокяаьщн п.э, кэк правило, свечением. В процессе горения освобоицоесэ1 оотепп1альпая энергия химических соединений, а образунщееся прн атом тепло идет на нагрев продуктов сгорания илн передается окртиахщей среде. Горенка принадлевит больная роль в истории человечества. Использование огня полозило начало овяакеныв силами приролы и во всем дальнейием развитии циввлизацви играло особув роль.

В самый роений период человек использовал горение для приготовления оп.ф и согревания. Значительным нагом вперед являлось испольэсь,о~но процессов горения в технологических целях — для выплавки металлов, нагревания материалов для их обработки и т.д. Поняв эру э развитии человечества ознемеыовало освоение человеком способов преобразования тепловой энергиы в механическую, а затем н э электрическое. Горение и сегодня является способом извлечения зыергии, хранвщейся в кладовых природы, е преобразования ее в тепловую для непосредственного использования или пальнейнего преобразоваыия. Процессы горения в настоящее время находят ннрокое применение э стационарных установках и различного рода топках,на теплоэлектроцентралях.

Как правило, это внешнее сгорание: рабочее тело, еоспрнннмакщее тепло, отделено от продуктов сгорания.Это позволяет быть менее требовательным к используе- мому топливу, однако большей частью установки,работапцне по этому принципу, более громоздки и менее экономичны. К размеру и весу топок транспортных установок предъявляются значительно более жесткие требования. Процесс в них, как правило, весьма интенсивен. Обычно это так называемое внутреннее сгорание — процесс, осуществляхщийся непосредственно в рабочем теле двигателя.

Как в первом, так и во втором случае процесс горения может быть порционным, цинковым — например, в стационарных угольных топках с периодическим эагружением или в автомобильных и авиационных поршневых двигателях. Очевидно, большие возможности для интенсификации процесса предоставляет непрерывный процесс горення,например, л камерах сгорания газотурбинных или жидкостно-реактивных двигателей, Процесс горения широко используется для интенсивного подвода тепла при выстреле, а также для разрушения при использовании взрывчатых веществ. Весьма часто используется процесс горения для технологических целей: и в доменном процессе, и при резке металлов, н для термообработки, и при штамповке взрывом, н во многих других случаях.

История развытия теории горения в значительной степени является отражением истории развития техники. Первой попыткой объяснить явления, связанные с динамикой тепла, была известная теория флогистона (теплорода).Несостоятельность этой теории была доказана работами Ломоносова и Лавуазье. Современная теория горения зародилась в конце прошлого века. Взрывы на угольных шахтах Бельгии в коыце ХХХ века заставили ученых обратиться к изучению причин этого явления. Было установлено, что горючдыи являются газы угольных пластов, в основном метан. Исследование горения этих газов в трубках небольшого диаметра в ламинарных условиях привело к созданию основ теории нереального горения. Заслуга эта принадлежит Фллару, Ле-Шателье н русскому ученому В.А.ЬЫхельсону.

Ссвременная теория нормального горения основывается на трудах Н.Н..аменова, Д.АЛранк-Камея цкого, Я.Б.Зельдовича и др. Ущерб, причиняемый детонацией в двигателях энутреннего сгорания, так же как и взрывы на шахтах, дал толчок к изучению этого явления. Детонация препятствовала повышению степеки ока~ил в бензиновом поршневом двигателе,а следовательно, стала препятствием на пути повышения экономичности,снижения удельных расходов топлива. Детонация - это тоже процесс гореныя,но протекалщий с весьма большими скоростями. Механизм распространения ее отличается от механизма распространения пламени при обычном горении. Основы теории детонации были заложены В.А.ЗЬхельсоном, затем зту теорию разрабатывали Я.Б.Зельдович, К.И.Щелкин, Я.К.Трошин и цр.

Исследование механизма возникновения детонации школой академика Н.Н.Семенова привело к развитию теории цепного и теплового самовоспламенения. Техническая революция в авиации, в результате которой на смену поршневому двигателю пришел реактивный, потребовала развития состветствулщего раздела теории горения. ИнтенсиФиквция процесса, горение в высотных условиях, пределы стабилиэацяи— все эты и некоторые другие вопросы составили новую отрасль- горение в турбулентном потоке, осыовопололником которой яэился К.И.Щелкин.

Толчком к нсслвцоэанивм вибрационного горения .послужила эибрацня в ракетных двигателях, ухудшалллая энергетические и эксплуатационные характеристики цвигателвй, а нередко и эыэывахщая разрушение. Вибрационный процесс чаще всего возыикал в больших двигателях, и для устранения его обычно требовалось изменение конструкции двигателя и тщательная доэодка.Отсутствие ясного представления о механизме явления и неразработанность теории особенно осложняли борьбу с вибрациями. Значительный вклад в разлитие теории эибрационного горения был сделан Б.В.Раушенбахом, В.Е.Дорошенко и другими учвнщэи. Однако до настоящего времени теорию зту нельзя считать оформившейся. Потребоэалось исслецование вопросов, связанных с техникой безопасности зообще, взрыло- н пожаробезопасностью в особенности.

Взрывы в шахтах, в загазованных помещениях, семовоэго- »а»»в«, гц»»эы еоэлуюннх магистралей — все это требовало обьяснения, у:тановлеппя пределов самовоспламенения, допустимых к«»»»»е»»т»ац»»»1. В результате появились такие направлен»»я, кад пределы воспламенения, инициирование реакций, поджигание. Снап»то»»ь»»ый вклад в развитие различных областей теории ренин также внесли наши ученые В.В.Воеводский,Л.С.Козаченко, В.С.й»етннков, Б.Н.Лебедев, Н.В.Иноземцев, Г.Ф.Кнорре,Л.А.Клячк«, ЮЛ.Дитякин, Л Н.Хитрин и др.

Заслул»»»»ают упоминания зарубежные ученые, внесшие сущест«енный вклад в теорию горения: Льюис, Эльбе, Дамколер, Сполпинг, Вильямс, Тзян, Ирокко, Карман и др. Таким образом, практика, развитие техники, э»»ергетик»», транспорта ставили перед наукой все новые и но»ые задачи, решение которых и привело к Фор»ю»резанию самостоятельной науки— теории горения. На теории горения »н.новыэается ссзлапп« топок — камер сгорания энергетических и транспортных уст«ловок,разработка наиболее эф$ектив»»ых и совершенных»»онст!.укц»»й чх.Вопросы управления процессом являются также прелы«т«м рассмотрения теории горения. На нее опираются и!м» решении вопросог надежности, устойчивости рабочего процесса в камерах сгорания.Теория горения до~зла являться, наконец, основой при решении вопросов взрыло- и пожаробезопасносты.

Татов далеко не полный перечень задач, решаемых теорией горения. Очевидно, место теория горения, как и любой науки вообще, определяется значением, которое имеет изучаемый процесс в жизни.Это значение иллюстрируют слелухщие данные. Более ВС« всей энергии, используемой человечеством сегодня, получается в процессе горения.

Запасы различных горючих материалов хотя и не являются неисчерпаемыми,но достаточно велики,и на сегопняпп»ий день общегодовой прирост вновь развепанных запасов превышает годичную добычу. Процессы горения принято класси!ицировать в эавлсгмости от того,в каком агрегатном состоянии находятся вещества,вступахщие в реакцию. Х.