Вибрационное горение Раушенбах Б.В. (1014147), страница 3
Текст из файла (страница 3)
Из приведенного здесь краткого описания следует, что возбуждение акустических колебаний связано с движением газа по трубе, в одном пз сечений которой газовое теггение вступает во взаимодействие с некоторым положительным (нагрев) илп отрицательным (охлаждение) тепловым источником. Описанное явление можно считать наиболее простым процессом термического возбуждения звука. Этот процесс в то же время достаточно близок к представляющему основной интерес вибрационному горению. Неудивительно поэтому, что при рассмотрении ряда задач в последующих главах будут делаться ссылки на опыты Рийке, а один из параграфов главы Х будет посвящен пзложенпго теории этого явления, Несколько пози!е, тоже во второй половине Х1Х столетия, Маллар п Ле-Шателье наблюдали при сгорании в трубах переход от плавного движения пламени вдоль трубы к вибрацпонному горению.
Позже аналогичное явление наблюдали и другие авторы. Первыми тщательно поставленными опытами, в которых вибрационное горение б)зло достаточно полно исследовано, явились опыты Коварда, Хартвелла и Джорджсона '), опубликованные в (937 г. Основная масса опытов велась в горизонтальных !) Со!гагд Н. г., Наг!гче11 Г. Ю., Сеогязоп Г, Н. М., опгп. о1 !!ге Пгегп1са1 8ос1с!у, 1482, 1937.
! 3! г!вкотогыв зкспнгпмвнтлл! Ныв юз!с!'ы 15 трубах диаметром 100 и 200 лш и длиной 5 зб наполненных смесью метана и воздуха. Указанные трубы имели один закрытый, а другой открытый конец. После заполнения трубы гор!очей смесью открытый конец прикрывался, выдер>кивалось время, необходимое для полного успокоения газа в трубе, затем этот конец трубы осторожно открывался, п горючая смесь поджигалась у открытого конца. Первоначально пламя перемещалось вдоль трубы спокойно, но по достижении нм некоторого расстояния от открытого конца начинались сильные вибрации.
Этн вибрации регистрировались у закрытого конца в виде колебаний давления. Кроме того, одновроменно производилась фото- регистрация пламени, которая указывала на сильные колебания фронта пламени, происходившие с той же частотой, что п колебаш!я давления у закрытого конца. Интересным обстоятельством оказалось то, что частота колебаний давления (и пламени) по мере перемещения фронта пламени вдоль трубы, изменялась скачкообразно.
Наблюдавшиеся частоты колебаний имели порядок собственных частот газового столба в трубе. Авторы исследовали также влияния разного рода препятствий, располагавшихся у открытого конца трубы, на характер нкбрацпонного горения. Они постепенно приближали к открытому концу трубы пластину и убедились, что после приближения (для трубы с диаметром 100 мл!) пластины на расстоянии 15 мм и меньше, колебания в спльноп степени демпфнровалпсь. Вибрациоппое горение практически прекращалось полностью, если у открытого конца трубы помещалась стеклянная вата. На рис. 1 приведены осциллограммы давления у закрытого конца. Осциллограммы построены в функции времени, началом считается ьюмент поджигания смеси. Вертикальнымп черточками в правых концах осциллограмм помечены моменты достпже!шя пламенем закрытого конца.
Числа, стоящие над крнвымн колебания давления, дают частоты записанных колебаний в герцах. Если сопоставить опыты Рп!!ке с только что описанными опытамп Кокарда, Хартвелла и Джорджсона, то становится очевидным, что целый ряд признаков объединяет пх, Основнь!и является при етом то, что в обоях случаях ОП. 1 о Ф Д о о И о И- Ф оо 3 о,И о х о К И о 2, И ° ~А ,"ппапап и ааааап Би ф ф аИ Р о Е ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА КОЛЕБАНИЙ ох о Й о о щ о' о ~( Р й Ио, Ф И о й' х И о х З Ф о, о З О ! !! некотогык экспкгимннтлльные ФАкты 17 возбу'кдаются собственные гармоники длинных труб, причем это возбуждение происходит в результате теплоиодвода. В последние 10 — 15 лет вибрацнонное горение стали наблюдать пе только в опытах академического типа, наподобие описанных выше, но и в двигателях и топках.
Прн этом оказалось, что в подобных устройствах могут Ркс. 2. Ьозможные типы акустических колебаний газовых масс в жидкостном реактивном двигателе. возникать акустические колебания разных типов. Покажев! это на примере жидкостных реактивных двигателей. В периодической литературе приведены многочисленныо исследования, связанные с наблюдаемым в жидкостных реактивных двигателях самовозбуждением акустических колебаний.
Оказалось, что в зависимости от конкретных условий могут возбуждаться два типа колебаний — продольные и поперечные. Поперечные колебания в свою очередь могут быть поделены на тангенциальные и радиальные. Этп три типа акустических колебаний отличаются формой стоячих волн, возникающих при их реализации в камере сгорания.
На рис. 2 приведены соответствующие схемы. На схеме а показаны продольные акустические колебания. Прямыми без стрелок даны линии равных значений мгновенных давлений, стрелками показано движение газовых масс, слева — в момент, когда эти массы двихсутся вправо, а справа — через полперпода (на схеме приведена 2 !н в. Ратженевт 18 ОБщАя хАРАктегистикА кОлеБАнии [ГР.
З лишь колебательная составля(ощая скорости). 11рп этих колебанпих воздушные массы движутся вдоль осп симметрии камеры сгорания, так что пульсационная составляющая скорости складывается со средней скоростью течения газовых масс вдоль камеры. На схеме б показаны тангенциальные колебания. Они во многом подобны продольным, но происходят в поперечном направлении камеры сгорания. Прп этом, в силу того, что поперечное сечение камеры является кругом, лннии равных давлений перестают быть прямымп. На схеме в даны радиальные колебания.
Последний впд колебаний обладает осевой сплгметрией, причем осью симметрии является ось камеры сгорания. Если вспомнить, что частота акустических колебаний связана с расстоянием, которое должен преодолеть акустический импульс, и, кроме того, учесть, что длина камеры сгорания обычно много больше ее диаметра, то легко сообразить, что наиболее низкой частотой колебаний будут характеризоваться продольные колебания, среднее полоягение будут занимать тангенциальные, а наиболее высокая частота будет свойственна радиальным колебаниям.
Сравнивая описанные здесь три типа акустических колебаний с опытами Коварда, Хартвелла п Днсорджсона и звучанием трубы Рийке, легко видеть, что лишь продольные колебания в камере сгорания жидкостного реактивного двигателя имеют много общего с этими экспериментамп. Точно так же продольными акустическими колебаниями оказались пульсации давления, наблгодавшиеся в пыле- угольных топках, прямоточных воздушно-реактивных двигателях, ряде опытных установок пр акадомических исследованиях процессов горения и т. п. Таким образом, продольные акустические колеоания представляют значительный интерес, выходящий за рамки какой-либо одной узкой проблемы.
1)астоящая книга посвящена исследованию одних лишь продольных акустических колебаний, причем предпочтение отдавалось вопросам, не связанным с рабочим процессом в жидкостных реактивных двигателях. Это делалось главным образом потому, что вопросам колебаний (в том чпсле и продольных) в камерах сгорання жидкостных реактнв- тт1 схима пдгллизации пгоцгсса слмовозвюкдвния 19 иых двигателей посвящена недавно вышедшая на русском языке монография Л.
Крокко и Чжон Синь-и '). Что касается поперечных акустических колебаний, то они изучены к настоящему времени еще недостаточно полно. Ознакомление с ними наиболее целесообразно вести по статьям, появляющимся в периодических изданиях. Ряд положений, обсуждаемых в настоящей книге, может оказаться полезным и прн разработке теории поперечных колебаний, поскольку и в том и в другом случае существо явления сводится к самовозбужденяю акустических колебаний теплоподводом. 2. Схема идеализации процесса самовозбуждения продольных акустических колебаний горением Для теоретического исследования продольных акустических колебаний в опытных установках, двигателях нли топках надо задаться некоторой идеализированной схемой.
При теоретическом анализе рассматриваемого явлопия будем считать, что все перечисленные выше устройства допускают сведение нх к длинной цилиндрической трубе, которую можно разбить на ряд участков, разделенных короткими зовами, внутри которых происходит процесс теплоподвода. Движущийся по этим участкам газ (воздух или продукты сгорания) в отсутствии колебаний не претерпевает никаких изменений. Обычно достаточно рассмотреть два таких участка — один, соответствующий подводящему трубопроводу, а другой — камере сгорания. На первом из названных участков не будет учитываться возможное изменение проходных сечений, наличие гидравлических потерь, изменение состава газа вследствие внедепия в поток горючего и т.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
