1598005881-4f87b42cfc9e80ed51b9133d1cb84af4 (А.В.Талантов - Основы теории горенияu), страница 33

до точки П. Наоборот, перемещение фронта пламени по потоку приведет к тому,что впереди фронта племени окажется зона проскока,гце скорость пламени больше скорости потока. Поэтому пламя переместится навстречу потону и займет прежнее положение.дтс имеет место лишь при условии, что пламя при смешении оо потоку не выходит эа пределы зоны прослоив или эона проскока не ограничена по потоку. Если это условие не соблюдается, то племя буцет сноситься.

Размеры и положение зоны прослоив зависят от многих факторов: от скорости потока, состава смеси, физических параметров и свойств смеси, формы и размеров горелки. При некоторых условиях, например, при уменьшении скорости потока, размеры зоны прослоив увеличатся настолько, что она распространится и на течение внутри горелки, т.е. произойдет проскок пламени внутрь. Следует заметить, что если бы скорость распространения пламени у стенки не снижалась иэ-за ее охлажцакщего влияния, то проскок пламени внутрь горелки происходил бы на всех режимах.

Скорость распространения пламени в одноропной смеси была бы тогда постоянной по сечению (скорость же потока у стенки всегда обращается в нуль), что и вызывало бы проскок. Сокращение зоны прослоив щщ изменении того или иного параметра может привести к тому, что она обратится в тачку. Это предельный реиим существования стационарного пламени.йалейшее изменение любого параметра, ухудшэлщее стабилизацию, приведет к срыву пламени. Стабилизация пламени в пограничном слое,являлщвяся основой стационарностп процесса в небольших горелках чаще с ламинарным режимом течения, редко используется в промнщзанных камерах сгорания.

Дело в том, что турбулентный режим при достаточно высоких скоростях течения и больших величинах теплоотдачи в металлическую охлалдаемую стенку не создает условий для образования зоны проскока. Такие условия могут появиться, если искусственно снизить скорость потока у стенки или уменьшить тсплоотдачу к стенке. Стабилизировать пламя можно также, если лзготовнть стенки камеры сгорания из керамического материала, пмеющегс весьма низкий коэ44вцнент тецлопроводности. Последнее приводит к тому, что стенки камеры нагреваются до высоких температур, при которых и возможна стабилизация в пограничном слое. Стабилизация пламени термической рецжрщуляцией заключает ся в том,что лля воспламенения свежей смеси передается тепло иэ зоны горения.

Тепло в направлении, противоположном течению смеси, мелет передаваться через специальные стержни или через стенки камеры при надежной их теплоизоляции. В чистом виде такой способ стабилизации пламени не применяется. Чаше всего практикуется стабилизация аэродинамической рециркуляцией, когда тепло пролуктов сгоряния передается свежей смеси обратннмп потоками вещества за плохообтекаемыми телами. К стабилизации пламени плохообтекаемыми телаыи в настоящее время прибегают для поддержэнвя стациоыарного процесса горения в потоке большой скорости, в частности, в форсэжных камерах сгорания воздушно-реактивных двигателей.В качестве плохообтекаемого тела может быть использовано любое тело, при обтекании которого происходит срыв потока. Такими телами могут являться шар, коиус, диск - тела, у которых ооь симметрии ,совпадает с направлением потока, а также пластина, стержень, желоб - тела достаточно большой протяженности в направлении, перпендикулярном потоку.

Особенность обтекания таких тел есть срыв потока и образование зоны обратного течения циг.уП.2). Причиной обраткого течения — рециркуляции газа является разрежение за телом пра срывном обтекании его. Обратное течение возникает в условиях горения смеси, хотя размеры зоны обратных токов при этом несколько от- 231 личны от таковых в случае течения без горения. Прн горении в зону обратных токов вовлекается горщцая смесь или продткты сгорания. Вследствие интенсивного перемешнвания в зоне рециркуляции выгорение поступакщей в нее смеси будет стремиться к завершению.

Представление о выгорании в области стабилизатора дает картина расходования кислорода (Фиг.УП.З), из кото ой ви о что в осыов- р дн Й б~ кислород израсходован почти полностью. Таким образом, поплохообтекаемым телом ток, обтекахщий стабилизатор и срывающийся с его кромки,соприкасается с продуктами сгорания высокой температуры. В потоке за кромкой стабилизатора образуется турбулентный след, где перемешивание и теплообмен особенно интенсивны. Свеиая смесь, соприкасалщаяся с продуктами сгорания в этом слое, воспламеняется, и горение распространяется далее, в основной поток горючей смеси. Нолрайианив воюй Ч ссстоенив ем сяюйнтлатори щ м ле бэсм Фиг.УП.З. Поле поглощения кислорода за стабилизатором при 1д' = 91 ° 5 и/с, Т = 422 К,сС = 1, топливо — гептай 232 Зона рециркуляции прн горении устойчива в гидравлическом отношении, вихри от стабилизатора не отрываются, как показывает серия высокоскоростных теплеровскпх йотограйий (4иг.УП.4), снятых с хнтервалом поря:пм одной десятитысячной доли секун„"ы л экспозицией з несколько миллионных долей секунды.

Очевидно, срыв вихрей дслкен был бы вызвать колебаыия Фронта пламени у стебилизатора, чего в действительности не наблшпается. Фиг. УП.4. Серия регистраций пламени за стабилизатором: а- приЪу = 3 м/с; а- приЧР = 12 м/с; с~ = 1,2 м/с; сС = 1,2 Простые ~изические сообрвиения подсказывают, что стабилизация осуществляется тем дупле,чем блике состав смеси к стехнометрическому, чем больше размеры стабилизатора и меньше скорость потока. Изменением этих параметров ыожно добиться того, что условия стабилизации нарушатся и распространение пламени в камере прекратится (на циг.УП.Н изображены типичные кривые пределов стабилизации пламени плохообтекаемыми телами).

Срыву пламени со стабилизатора предшествует уменьшение скорости распространения пламени. Угол конуса пламени за стабилизатором при этом уменьшается. С приближением к срывным пределам 4орма конуса пламени изменяется, и в том месте, которое соответствует концу зоны рециркуляции,коыус сужается.распространяхщееся в основной ноток пламя перед срывом иногда становится неустойчивым. Наконец пламя срывается, сыосится потоком, го- рение в зоне обратных токов Фиг.уП.Н. Срывные харэкте- также прекращается.

Однако в ристики стабилизаторов: некоторэх случаях горение в о — стабилизатор Ф 12; ш - стабилизатор в 20; зоне рециркуляцяи продолиает- л — стабилизатор в 4О ся. Это можно объяснить тем, что пламя, начавшее проникновение в основной поток, увлекается массами газа, поступахщиии в зону ре~дркуляции. Энергии, которой располагает зона рециркуляции, оказывается недостаточно для поджигания основного потока, но ее еще довольно для поддержания процесса в зоне обратных токов.

Разновидностью способа стабилизации путем аэродинамической рециркуляции эа плохообтекаемым телом является стабилизация пламени с помощью углублений з стенке рабочей, части камеры сгорания. При использовании такого пристеночного стабилизатора у кромки углубления происходит отрыв пограничного слоя и в самом углублении создается ре~дркуляционное движение. Свежая смесь, соприкасалщаяся с раскаленными газами в углублении, воспламеняется, и племя распространяется в основной поток. С практической точки зрения стабилизация пламени с помощью профилированных углублений в стенках канала неудобна иэ-эа сильного нагревания стенки.

Однако применение таких стабилизаторов дает выкгрыл - уменьшаются гидравлические потери, что очень важно для прямоточных камер. Для сокращения длины камеры в ней необходимо расположить некоторое количество подобных стабилизаторов, поместив в поток обтекаемые тела, снабженные соответствухщими углублениями. Аэродинамическая рециркуляция может быть также создана с помощью тзк называемого газодинзмичеокого стабилизатора -газовой завесы, образухщейся при истечении газа в направлении, перпендикулярном к направлению потока.

Такой стабилизатор имеет значительные достоинства, С его помощью возможно регулировать размеры эоны обратных токов. Влагодаря отключению подачи воздуха на нефорсвжных режимах малы потери давления в основном потоке. В камерах сгорания с высокой температурой воздуха на входе гаэодинамический стабилизатор может оказаться единственно возможным. 5 2. Теория стабилизации пламени плохообтекаемыми телзьаи Существуют различные толкования механизма срыва пламени и срывннх пределов при стабилизации пламени плохообтекаемыми телами. Теория стабилизации племени, предложенная В.Ф.Дунским, основана на учете соотыошения между временем соприкосновеныя элементарных объемов свежей горючей смеси с продуктами сгорания зоны рсцпркуляции, т.е.