1598005881-4f87b42cfc9e80ed51b9133d1cb84af4 (А.В.Талантов - Основы теории горенияu), страница 28

Во всем обследованном диапазоне скоростей и составов смеси показатель степени ~ ' изменяется от О,б цо 1,85. Наблюцаемые в эксперименте зависимости скорости распространения пламени нахоцяток в разумном согласии с теорией турбулентного горения и с соотношением для йт п1м поверхностном механизме горения: где Я 2,4, или в безразмерном вице: М' Я— 8+ Ин К °,„') и. Им (У1.11) ьГ Я— 9+ Цие 0 6 (~+ ~~' ) Цтр Имо Пульсапнонную скорость потока в области автомодельностн при достаточно больших числах Я,й моино полагать не зависящей от мг К, цо цй температуры. Влияние температуры выражается в росте нормальной скороств и падении относительного подогрева (~~г.у1.14).

Решахщее влияние оказывает Це, вхоплшая в первый и второй 194 Фиг.У1.12. Зависимость безразмеркой скорости распространения пламени от темпетуры. Скорость потока = ?З м/с; состав смесиас: И - 1~4р ф - 1 2; ь - 1 0; Х - 0,8; П - 0,6; -- — — теорйя Фиг.У1.13. Зависимость безраэмерйой скорости распространения племени от температуры в смеси стехиометрьческого состава. Скорость потока Й : ~ - Зо м/с О - Зо м/с; а — т5 м/с член выражения для Цт. Однако с увеличением скорости потока или пульсацвонной скорости за счет турбулизирухщвх решеток удельный вес первого члена в выражении (У1.10) для скорости племена уменьшается и влияние температуры ослабева- *Ф»ы, ет, что и наблюдается в зкс- »л '»щ перкменте.

Физически это яв- 4» ~л»у ление объясняется падением ро- »е ли кинетических Факторов к ьь возрастанием значения гидродянамических. аз Различие показателя сте- аь ес ~ » ь пени ~ у различных авторов Фиг.У1.14. Относительный не является протжворечкем,так как каждой области соотноше- йачальных условиях М' ния — соответствует свой Ии Ы' показатель степени, тем меньший, чем больше величина — „ Пунктирные линии на 4иг.у1.12 обозначают возможное изменение относительной скорости распространения пламени в турбулентном потоке ° вытекахщее из теории.

На фиг.у1.13, кроме зксперкментальных данных для смеси стехиометрического состава,отражены теоретически рассчитанные зависимости.)йллно,что теория и эксперимент находятся в удовлетворительном, хотя и не абсолютном согласии. Может быть рекомендована следухщея приближенная степенная зависимость в интересном для практики диапазоне язменения скоростей потока и смеси вблизи стехыометрического состава: ц т ' е,т (У1.12) Эависимость протяженности зоны горения от температуры представляет большой интерес для практики, так как от выбора длины камеры сгорания с учетом протяженности зоны горения зависит полнота выделения тепла в каыере.Систематические исследования зависимостей протяженности эоны и времени горения от температуры отсутствуют.

В работах лаборатории горения в потоке НАИ устанавливаются зти зависимости при атмосферном 195 давлении и скоростях потока 30 - 75 м/с в диапазоне температур 393 — 793 К и составов смеси сС = 0,6 + 1,4 для закрытого потока. Протяженность эоны горения определялась по осн плоского турбулентного Факела в камере квадратного сечения 50х50 мм со стабилизацией пламени двумя симметрично расположеннымв на периферии нишами в условиях естественной (трубной) турбулентности. В эксперименте методом йотогра4шрования определялось положение передней границы факела (высота конуса (.л ) и задней границы (длина Факела (.,р ).

Разность этих величин дает протяженность зоны горения по оси Факела. Наиболее универсальной характеристикой процесса является время горения. Оно может быть рассчитано по взвестным размерам зоны горения и скорости движения смеси. Прн этом следует иметь в нилу, что скорость движения смеси в зоне горения— величина переменная, по мере подвода тепла увеличнвахщаяся от начальной скорости потока на входе в камеру до значений, больших ее в 8 раз. Расчет времени горения основан на уравнении двикения: (У1.13) ( В (~е1е ' (У1.14) Поделив (У1.13) на (У1.14), получим в безразмерном виде: (У1.15) Ч~' ~6 где Интегрируя, получим: (У1.16) 196 где (1(. - путь, проходимый смесью в процессе горения за время С(ь со скоростью М .

Если бы смесь в зоне двигалась с постоянной скоростью К„ равной начальной, то время пребывания смеси в зоне размером Ьь было бы йе .' Скорость движения смеси в зоне можно приближенно записать, полагая поток одномерным, несжимаемым и изменяюлим плотность лишь вследствие подвода тепла, которое оценивается коэффициентом полноты выделения тепла (~/ /е (В-~~ 'Р' (У1. 17) результаты которого приведены на Фиг.У1.15. Здесь ке дана средняя безразмерная скорость потока в зоне Р~р ,являющаяся из предыдущего величиной, обратной ~з . ь с ' )~си действительное время горения вли время пребывания в зоне горения может быть определено так: (У1.

18) до — (У1.19) В экспериыенте получены протяженности эоны и времеви горения для скорости потока 30 м/с при различных начальных температурах в функции состава смеси (фиг.у1.16, У1.17), Зависимость этих величин от температуры при скорости 75 м/с показана на фиг.у1.18, У1.19. Фиг.У1.15. Относктельное время горения и средняя безразмерная скорость потока в зоне в зависимости от степени подогрева 197 Не располагая аналитической зависимостью т ~(((.),воспользуемся графической зависимостью т - ~ ( Ц, полученной из эксперимента.

Подобные зависимости для широкого диапазона начальных условий практически сводятся к одной, которая,следовательно, имеет достаточную общность. Тогда время й с может быть найдено графическим интегрированием или суммированием по участкам: Результаты эксперимента свицетельствувт с сильной зависимости протяженности эоны горения и времени горения от температуры.

Значения <~ , соответствупцие минимуму ) и 1 , е ет се асс практически совпацают со значениями сС, гце температура го- рения 7, и нормальны скорость распространения пламени Ин максимальны. Завися|ость протяженности зоны горе~пот и времени Ыс 198 Фиг.у1.16. Протяженность зоны горения цля различных температур (скорость потока м~= ЗО м/с) Фиг.У1.18. Зависимость протяженности зоны горения от температуры при скорости потока 75 мус.Состав смеси сс: Фиг.У1.17. Время горения при различйых температурах и скорости потока Г ~ = ЗО м~.г с Х ф Э е 4ю ее аю тю лют к Фиг.У1.19.Зависимость времени горения от тсмпеоат)ры при скорости потока 75 м,'с.

Состав смеси сС и - 1 4) Π— 1,2; Ь - 1,0; х — 0,8; о — О,б от температуры несколько ослабевают с увеличением начальной скорости потока смеси вслепствие усиления роли гидродинемических факторов. Это легко видеть, если изобразить (.ь и х в безразмерном виде, поделив протякенность зоны и время горения на исходные при температуре 493 К ($иг.у1.20, У1.21).

Все зти особенности хорошо истолковываются с позиций поверхностного механизма горения в турбулентном потоке. )(ля потока, ограниченного стенкамк: (У1.20) (У1.21) Так как пульсацконную скорость и масштаб турбулентности прщбликенно можно полагать не зависящими от температуры в области автомопельности, то на размеры зоны и время горения при изменении температуры будет влиять лишь нормальная скорость и относительный подогрев, от которого зависит Нормальная скорость распространения пламени в сильной степе.ни завысит от температуры Нм " Т~ , где щ пршбликенно мокно полагать равным 1,8. Безразмерная средняя скорость потока вещества в зоне незначительно падает с повышением начальной температуры.

Таким образом, оба пути воздействия на протяиенность зоны горения приводят к измененкю зоны в одном направлении - сокращению ее о ростом температуры. Что касается времени горения, то здесь единственной переменной величиной является нормальная скорость. Ее увеличение с ростом температуры вызывает уменьшение времени горения. Некоторое ослабление влияния температуры с ростом скорости потока находит зеркальное объяснение в логариймическом виде зависимости (,ь и ~ от отношения пульсационной скорости к нормальной, что отражает ослабление роли кинетических факторов ((ы с ростом пульсационной скорости.

В безразмерном виде величины зоны и времени горения могут быть представлены таким образом: 199 (У1.22) (У1.23) Здесь индекс 0 имеют параметры при температуре 493 К.По этим уравнениям при скоростях 30 и 75 и/с рассчитаны кривые для 6> 4м а из И ФВ ~и 14 и. Фиг.У1.20. Безразмерная зависимость протяженности зоны горения от температуры.

Теория: — - ьы = 30 м/с; ---- и~ 75 м/с ~е ыв Фь Фиг.У1.21. Безразмерная зависимость зремени горения от температуры. Теория: — — ю = 30 м/с; - - ьы = 75 и/с всего днапаэона составов смеси (Шиг.У1.20, У1.21). Разлипе зависимостей по составу смеси лежит н пределах точности эксперимента. Однако четко улавливается изменение характера зависимостей с ростом скорости, что соответствует выводам теории. В приближенных вычкслениях для учета влияния температуры на протяженность зоны горения и на время горения мозно пользоваться эмпирическими зависимостями: 1ю Т н ~ 7, (У1.24) где показатели степени в зависимости от скорости принимают значения: ~л/м/с 30 50 75 1,85 1,52 1,22 1,1 0,95 0,7 При интересных для практики скоростях (75 м/с) из числа исследованных нами степенные зависимости имеют вид: (У1.25) При дальнейшем увеличении скорости потока зти зависимости ослабевают. 9 4.

Влияние давления на основные характеристики горения в турбулентыом потоке одн родной смеси Изучение зависимостей основных характеристик горения от давления представляет большой интерес для практыки,так кзк горение в воздушно-реактивных пвигателях происходит в весьма широком диапазоне давлений. Особую остроту приобретают эти вопросы в отношении пониженных давлений, когда нерелко ухудшаются показатели эф5ектнвностк работы камеры сгорания. 201 В опубликованных работах экспериментальное исследование осуществлялось при небольшом диапазоне изменения основных параметров, охватнвакшем лишь понииенные давления.