1598005881-4f87b42cfc9e80ed51b9133d1cb84af4 (А.В.Талантов - Основы теории горенияu), страница 18

Подобный механизм воспламенения качественно можно прад- ставить в следуюцем виде. В результате смешения в погреличном слое образуется широкий диапазон концентраций от беднмх до богатых смесей. Одновременно тепло передается от горячего к холодному газу и образуется поле температур от Тг до Тю . При этом наборе концентраций и температур могут создаться танке условия,в которых возможно воспламенение. ранее всего воспламенение, очевидно, произойдет там, где условия наиболее 127 благоприятны - минимально время задержки. От зародившегося очага воспламенения пламя тем или иным путем расппостранится на весь обьем. Исследование воспламенения параллельных ламвнарных струй в основном подтверждает подобную схему.

Био устэновлено,что воопламенение ламинарного потока горючей смеск от нагретой струи инертного газа происходит не в точке смешення,а на некотором расстоянии. Расстояние от кромки, где потоки приходят в соприкосновеыие, до места воспламенения зависит линейно от скорости потока и в очень скльной степени - от температуры. Незначительные измененяя температуры приводят к существенному изменению положения точки воспламенения: пламя либо сносится потоком, либо садится на кромку такой горелки. Расчет воспламенения даже в ламинарных струях с учетом всей реальной обстановки процесса весьма сложен.

Лало в том, что каждая иэ смешивалщихся струй имеет в пограничном слое свой профиль скоростей, зависящий от предыстории потока. Больше того, невозможно осуществить течение беэ градиентов температур. Какие бы условия ни создавались, прахтичесин всегда в одной из струй или в обеих появляется тепловой пограничный слой, кото~жй также искажает результаты и с трудом поддается учету в теории. Зачигание турбулентнымв струяа таит в себе еще большие сложности для расчета. При том же в принципе механизме воспламенения явление осложняется 4шуктуациями составов и температур, присущлмы турбулентыым потокам. В силу этого локальные оптимальные условия воспламенения всегда отличаются от осрелденных. Расчеты воспламенения смешивахщшся турбулентних струй,на,основе мэкрообьемной модели турбулентного горения, выполненные Н.б.щетинковым, позволили установить влияние основных факторов на воспламенение.

Было найдено,что если подиигалщая струя одного порядка с масштабом турбулентности осыовного потока, то уменьшение размера струи при сохранении условий воспламенеыия требует повышения ее температуры. увеличение скорости струи такие с необходимостью потребует повыления ее температуры. Этн зависимости логично следуют из 4шзнческой модели поджигания и находятся в качественном соответствии с результатами эксперимента. 128 Систематические экспериментельные ис..ледованы поцжигания горячей струей отсутствуют. Из имеющихся работ представляются интересными исследовення Иенсена и йемена в области поджигешя пропано-возлушной струи диаметром 50 мм горячей струей продуктов сгорания водорода-воздушной смеси, вытекающей из центральной цилиндрической горелки. Диаметр последней варьировелся: 6,4; 3,2; 1,6 мм; изменялось также соотношение скоростей потока и струи Цшг.1У.14).

Видно, что чем меньше диаметр горелки, тем уже греннцы зажигания в бедной С,н~7, Ф ме йл лэ еь Ч "/с о ° 4 /л а ° а злх л 1 э ь~ 7 т а 16 ь ь ~ тл де 0 !О 20 30 (//д Фиг. 1У. 14. Бедные границы воспламенения пропайо-воздушной смеси струей горячих газов области (стехиометрии соответствует 4,04Ф пропана в воздухе). Одновременное увеличение скорости струи Ил и потока й ухудшает условия восплеменения и сокрэщэет диапазон зажигания, особенно при малых размерах горелки.

По мере увеличения размера горелки влияние скорости уменьшается, что обьясняется соотношением между масштабом турбулентности потока и рвэмером струи. Увеличение скорости поджигэлщей струи приводит к улучшению условий воспламенения - диапазон поджигания в бедной облэсти существенно расширяется. Особенно сильно смещаются границы зежигання струей в области мелнх скоростей струи, выте- 129 келщей из горелки. Это объясняется малым количеством тепла, которое несет с собой при етом струя. По мере же увеличения скорости поступление тепловой знергии увеличивается, и струя но тепловой мощности приближается к наснщацщей.

Наглядно зто проявляется также и в том, что струя по мере увеличения ее скорости после истечения на некотором расстоянии утолщается. Роль температуры струи наглядно иллюстрирует цнг.17.15 (по М.Т.Бортникову). Видно существенное сокращение расстоя- Фиг.17.15. Влияние температуры полжнгацщей струи йа расстояние племени от горелки ния от кромки горелки до появления пламени при увеличении температуры ( с(, = 55 мю, Ал = 15 мм, И<м105 и/с,бензовоз- душная омесь) . Результаты зти не нуждаются в комментариях.

В то ие время обращает на себя внимание, что состав смеси ~С не оказывает влияния на расстояние до воспламенения. Эначительное влияние на зажигание оказывает турбулентность потока (фиг.ХУ.16). С ростом степени турбулентности, как следует из графика, температура воспламенения увеличивается, а с возрастанием скорости потока условия воспламенения ухудшаются. Сплошные линии соответствуют постоянной степени турбулентности, пунктирные же линии соединяют точки с одинаковыми величинами пульсадионной скорости. лля больпшнства 130 рекимов температура эеяигаицей струи при этом меняется незна- чительно. Следовательно, именно пульсацнонная скорость опре- деляет температуру вос- пламенения вне зависимости от того, как она пцчучена — изменением скорости потока или турбулизацией его. Разновидностью струйного закнгання является так называемое 4оркамершое зелнгвние в поршневых двигателях.

Форквмерное эеквгание позволяет уменьшить воэ- Фиг.1У.16. Влияние скорости и турбулентности потока на условна воспламенения смеси мета- но-кислородной горелкой ( а — "Э,бмм) Фиг. 1У. 17. Схема Форкамерного зелигзнвя 131 (э Ю молность детонации при горении в цилиндре поршневого двигателя. Это позволяет повысить степень слатия и работать на оптимальных смесях, что п1шводит к сникенню удельных расходов топлива и повышению экономичности. Сущность Форкамерного залнгання заключается в том, что горение начинается в отдельной небольшой камере сгорания, а затем горячие пролукты сгорания истекают в цилиндр двигателя и подвигают основной заряд (Фнг.ТУ.17).Про- цесс з Форкаиере начинается с зажигания смеси искрой.Лля ~оркамеры готовится особая топливная смесь отдельно от ооновной, что позволяет сохранять ее стабильность и одинаково хорошо воспроизводить процесс гореыня.

Струя горячих пролуктов сгорания 4оркамеры надежно поджигает в основной камере смесь в широком диапазоне составов, в известных пределах колеблю- шихся от цикла к циклу и изменяпцнхся в процессе регулирования двигателя, при изменении нагрузки. Процесс горения в цилиндре двигателя при форкзмерном зажигании занимает меньше времени, чем при искровом зажигании ° и отличается большой стабильностью, что уменьшает склонность к детонации и позволяет подбирать более зкономичные составы смеси. Прослекивается глубокая аналогия процессов залигания струями с процессом стабилизации пламени методом рециркуляции струй. Этот вопрос буцет рассмотрен ниже.

Глана У ГПРВНИВ В ТУРВУВВНтНОИ ПбтОКВ 5 1. Введение Лроцесс в камерах сгорания реактивных двигателей включает в себя как подготовку топлива - распыл, испарение, смешение ° так и само горение. Все они сильно взаимосвязаны н взаимозависимы.

Ло настоящего времени отсутствует полное н точное аналитическое описание процесса горения во всей совокупности многообразных явлений, ослоиняшлих его в реальных условиях. Основным назначением камеры сгорания является преобразование потенциальной химической энергии, заключенной в топливе, в тепловую. С этих позиций наибольший интерес представляет изучение самого процесса горения, явлллщегося заключительной, определяющей стадией суммарного процесса в камере сгорания, процесса, занимающего, как правило, основную часть объема камеры сгорания.

Внимание к самому горению тем боле" оправдано, что предварительные процессы смесеобразования значительной степени попдаются управлению через изменение параметров топливоподачи, совершенствование распила,а в отдельных случаях могут быть вынесены за пределы камеры сгорания. В камерах сгорания реактивных двигателей топливо свлгается в потоке, в условиях сильного воздействия его гндродинамических свойств на процесс горения. Интенсивность процесса горения, важнейшая характеристика его, в значительной степени определяется гидродинамическими характеристиками потока. 133 С учетом этих обстоятельств основное внимание в настоящей главе сосредоточено на процессе горения в турбулентном потоке смеси, однородной как по фазовом состоянию, так и по распределению концентраций.

Это позволяет наиболее четко установить влияние физико-химичесжтх и гидравлических характеристик потока смеси на горение. Можно полагать,что при значительной доле испарившегося топлива процесс в камерах двигателей идет по механизму горения однородной смесн,но на него накладывается горение отдельных капель топлива. При некоторых условиях работы сверхзвукового прямоточного воздушно- реактивного двигателя и форсажной камеры газотурбинного лвнгателя процесс сгорания протекает именно по такой схеме.

В случае горения газовой смеси распространение пламени всегда связано с движением газа. Поток может существовать и ренее, но даже если газовая смесь до горения покоилась, гаэ обязательно приходит в движение вследствие изменения удельного объема смеси. При достаточно больших размерах системы, в которой происходит процесс, горение принимает турбулентный характер. В технике в абсолютном большинстве слу иев горение происходит в условиях турбулентного движения. Распространение пламени э ламинарном потоке обеспечивается переносом тепла и диффузией активных центров от сгоревшего слоя к свежей смеси за счет молекулярного движеши.Иначе в турбулентном потоке. Распространение пламени происходит не только за счет молекулярного переноса, но и обеспечивается макропереносом при пульсационном движении отдельных молей газа.