Вибрационное горение Раушенбах Б.В. (1014147), страница 2
Текст из файла (страница 2)
По своему содержанию книга рассчитана на студентов старших курсов высших учебных заведений, аспирантов иевдистовив и инженерно-технических работников, связанных с вопросами теории колебаний, теории горения и газовой динамики. Книга может также служить учебным пособием по соответствующим курсам. Автор считает своим приятным долгом выразить благодарность инж. Л. Д. Шитовой, принимавшей самое активное участие в постановке экспериментов, нашедших отражение в настоящей книге, инж. Т.
М. Куварднной, способствовавшей успешному проведению трудоемких численных расчетов, а также М, С. Натанзону, сделавшему ряд ценных замечаний прп ознакомлении с рукописью. ввкдкник Как известно, создание высокофорсированных топок сопряжено с рядом трудностей. Одной из них является борьба с высокочастотными колеоанпями, возникающими в камере сгорания. Этп колебания могут существенно нарушать процесс горения и приводить к разрушению конструктивных элементов топки или двигателя. Известны примеры возбуждения колебаний в топках тепловых электростанций при переходе к форсированным режимам горения.
Эти явления наблюдались, например, при доводке предтопков, работавших на угольной пыли, причем пульсации выводили пз строя элементы топок. Кроме. того, аналогичные явления известны и из практики доводки жидкостных ракетных двигателей, как видно из многочисленных статей, публикуемых в периодической печати. С другой стороны, известно, что ряд опытов, поставленных на промышленных топках, показал большую перспективность создания топок, в которых вибрационное сгорание является нормальным режимом горения. Реализация таких режимов сулит большие выгоды в части увеличения теплонапряженностн топок.
Кроме того, в последнее время стали появляться статьи, указывающие на большие возмоясности, которые открывает переход к вибрационному сгоранию в металлургии, химической промышленности и т. д. Во всех этих случаях колебания (вне зависимости от того, вредны они или полезны) связаны со взаимодействием горения и акустических колебаний газового столба, заключенного в двигателе, топке или ином устройстве.
Рассматриваемое явление достаточно слоя~но и еще мало ВВЕДЕНИЕ изучено. Это приводит к тому, что как борьба с ним, так и его реализация в соответствующих установках ведется обычно вслепую. Несмотря на то, что впбрацпонное горение известно давно, и ему посвящено сранительно много работ, далеко не все вопросы теории этого явления разработаны. В результате основные теоретические выводы сводятся к утверждению, что частоты колебаний определяются акустическими свойствами системы, условия возбуждения сводятся к критерию Рзлся (неточность которого будет показана в гл. 1Н), а из большого количества возможных механизмов обратной связи до сих пор достаточно подробно рассмотрен (применительно к х<идкостным реактивным двигателям) лишь так называемый механизм К рокко.
Прп попытке разработки основ теории процесса вибрацпонного горения выявилась необходимость систематического рассмотрения изучаемого явления, причем рассмотрения с наиболее общей точки зрения. Такая общность полезна потому, что дает возможность анализировать самые различныо случаи путем применения единой методики. Кроме того, единство и общность методики позволяет производить обоснованные упрощения прп обращении к тем пли иным конкретным задачам и нередко избавляет от утомительной необходимости привлекать для объяснении каждого нового эксперемснтального факта новую гипотезу, сомяптельным достоинством которой является то, что она объясняет только факт, вызвавший ее к жизни. Чтобы осуществить достаточно широкое рассмотрение задачи, оказалось необходимым: 1) рассмотреть характер распространения акустических возмущений в одномерном неизознтропическом течении (хотя эта задача п рассматривалась другими авторами, представлялось целесообразным дать несколько отличное от привычного решенеие); 2) дать общий метод, который позволял бы «склеивать» одномерные процессы слбва и справа от зоны горения, не теряя существенных свойств сложного трехмерного процесса горения; Ввкденик 3) произвести оценку влияния потерь энерпш в концевых сечениях потока на склонность системы к само- возбуждению акустических колебаний; 4) псслодовать энергетическую сторону изучаемого явления; в частности, решить вопрос об источнике, из которого черпается энергия для поддержания автоколебаннй; 5) дать классификацию возможных механизмов обратной связи и наметить пути решения вопроса о том, каким образом колебательная система «выбирает» некоторый конкретный механизм обратной связи из множества возможных; 6) привести пример решения нелинейной задачи, т.
е. определить амплитуды и частоты установившихся колебаний для некоторого частного случая; этот частный случай должен одновременно дать наглядное представление о методе решения, пригодном для большого класса аналогичных задач. Зная закономерности распространения акустических возмущений в одномерном течении газа и умея сводить произвольно-сложный процесс в зоне горения к некоторому фиктивному процессу в сечении, разделяющем «холодную» и «горячую» части течения, можно использовать сравнительно простой математический аппарат для исследования процесса возбу»кдения колебаний.
Понимание энергетической стороны рассматриваемого явления полезно не только потому, что вносит ясность в этот запутанный вопрос, но и потому, что позволяет развить энергетический метод решения ряда задач, который в болыпинстве случаев отличается наглядностью и простотой. Что касается изучения л»еханизмов обратной связи, то оно необходимо как для того, чтобы наметить наиболее простые практические методы воздействия на колебательную систему, так и для того, чтобы дать ео полное теоретическое описание.
Чтобы закончить рассмотрение вопроса о возбуждении колебательной системы, надо найти ее предельный цикл. Соответствующие нелинейные задачи отличаются исключительной сложностью. Поэтому в рассматриваемом ниже случае задача ставится в наиболее простой форме: предполагается, что нелинейности являются сосредоточенными, 12 ввкдв низ т. о.
могут проявляться лишь в отдельных сечениях потока газа. Так как решение совокупности названных задач требует использования результатов, относящихся к различным областям знания (гидромеханика и акустика, теория горения, математический аппарат теории регулирования и колебаний), для описания процесса термического возбуждения колебаний в движущемся газе приходится разрабатывать особый аппарат исследования, могущий представить теоретический интерес и в более широком плане. ГЛЛВЛ 1 ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА КОЛЕБАНИЙ, ВОЗБУЖДАЕМЫХ ТЕПЛОПОДВОДОМ $ 1. Некоторые зкспериментальные факты Хотя пристальное внимание к самовозбужденшо акустических колебаний горением (нли иной формой тепло- подвода) возникло лишь в последние годы, главным образом в связи с развитием ракетной техники и форсированием промышленных тонок, фант самовозбуждеппя колебаний теплоподводом известен уже более ста лет. Самые различные опыты, поставленные фпзпкамп Х1Х столетия, ° .указывали па возможность возбуждения акустических колебаний горением илп апой формой тепло- подвода.
Здесь достаточно напомнить хотя бы явление ° поющих пламопе и трубу Рпйке"), в которой тепло подводится к воздуху при помощи горячей сетки. Остановимся несколько более подробно па описании опытов Рпйке. В 1859 г. 1оийке обнаружил, что если достаточно длинную и открытую с обоих концов трубу расположить вертикально, а затем поместить в ней на расстоянии около х/а длины трубы от нижнего конца нагретую до ярко-красного каления частую металлическую сетку, то почти непосредственно вслед за удалением газового пламени, нагревавшего сетку, слышен звук значительной силы, длящийся несколько секунд (т.
е. в течение всего времени, пока сетка остается горячей). Рпйке обнаружил также, что звучание происходит только в том случае, если в трубе образуется сквозная тяга (именно для образования тяги ') Стретт дж. В, (ларя Рэлей), Теория звука, том П, Гоотехвздат, хзоо, отр. 22з я далее. (4 опп1хп хлвлктнгистикх колкванпй [гл. ! и следует ставить трубу вертикально) и в случае возбуждения слышен звук, соответствующий основному тону трубы. Позже опыты Рпйке были изменены в том отношении, что сетка нагревалась от источника электрической энергии, и звучание продолжалось неограниченно долго. Совершенно иной результат получается, если поместить сетку в верхней половине трубы. В этом случае вызвать звучание основного тона прп помощи нагретой сетки оказывается невозможным.
Однако видоизменение опыта, предложенное Ьосша и Рпссом, открывает эту возмонгность. Для этого помещенную в верхней части трубы сетку следует не нагревать, а охлаждать. Прп этом в нижней части трубы должна располагаться газовая горелка, нагревающая воздух и создающая тягу, а сетка уже не подводит, а отводит тепло от пересекающего ее воздуха.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
