Вибрационное горение Раушенбах Б.В. (1014147), страница 41
Текст из файла (страница 41)
Однако в дальнейшем не только не продолжается снижение П, но, наоборот, частота скачкообразно повышается вновь до 110 герц, поскольку неустойчивой стала следующая гармоника, соответствующая К=2. При этом в Р, Рнс. бб. Эпюры стоячих волн в трубах с ояянановой дли- ной горячей части течения.
в некоторой области значений Е могут одновременно существовать частоты порядка 105 †1 герц и 61 — 72 герца для лежащих друг над другом участков К=2 и К=1. Описанное явление наблюдалось в специальном эксперименте. Свободно обдуваемая воздушным потоком труба имела телескопическое устройство, которое позволяло непрерывно наращивать длину входного участка, пе изменяя режима обдува входного сечения. В концевой части трубы располагалась зона горения. После возбуждения вибрационного горения производилось медленное увеличение длины холодной части трубы и велось непрерывное наблюдение за изменением частот колебаний. Частоты колебаний первоначально имели тенденцию к снижению, но затем скачкообразно повышались до исходного значения.
Физические процессы, лежащие в основе явления, довольно просты. Пусть, например, существует некоторая труба с приблизительно одинаковыми длинами холодной и горячей части, и в ней возбуждены колебания основного тона. На рис. 55, А схематически показана эта труба 1 291 Влияние положения 30ны х нА колеБАния 243 и здесь же построена эпюра амплитуд колебаний давления в ней. Предположим, что возбужденная частота и связанные с ней эпюры колебаний бр и би реализуют такие условия в зоне горения, которые в наибольшей мере способствуют возбуждению системы. Тогда, по мере увеличения общей длины трубы, сохранение процессов в зоне горения неизменными (в частности, сохранение и конфигураций анзор амплитуд колебан1й1 бр и бе) возможно только путем сохранения размерной частоты колебаний (на чертеже — расстояний между узлами на эпюре), т.
е. перехода к более высоким гармоникам. В нижней части рис. 55 приведена соответствующая схема трубы с удлиненной холодной частью. Таким образом, возбуждаемая системой частота колебаний в известном смысле определяется длиною и свойствами горячей части трубы, т. е. камеры сгорания. Сделанный вывод согласуется со всем имеющимся экспериментальньпз материалом, Надо заметить, что этот вывод имеет большое практическое значение. Дело в том, что при исследовании камер сгорания возникает вопрос о возможности испытаний их изолированно от двигателя, путем присоединения к воздухопроводу, нередко имеющему очень болыпую длину. Казалось бы, при этом нарушается всякое подобие акустических условий работы п поэтому изучать на такой установке процессы вибрационного горения испытываемой камеры нельзя.
Однако анализ явления, который был проведен выше, показывает, что это простое рассуждение является неточным и если камера сгорания склонна к неустойчивости (впбрационному горению), то эта неустойчивость проявится (причем в тех же формах, без изменения частоты колебаний и т. п.) и на установке с длинным входным воздухопроводом.
Полученный результат не следует истолковывать в том смысле, что колебательная система вообще нечувствительна к изменению длины холодной части трубы. По сути, здесь было показано только то, что если вместо некоторой длины холодной части трубы А, взять другую, ь";, то при условии, что новая длина будет во много раз больше исходной (Е,* » Ц), процесс колебаний будет характеризоваться стремлением к сохранению как частоты, так и всех 16~ 244 возвтждкннн колквлний тнплоподводом !г~. т иных своих свойств.
Это позволяет вести испытания камер сгорания на стендах, характеризующихся очень длинными воздухоподэодящими трубопроводами, не слишком рискуя иметь акустические условия в зоне горения, резко отличные от натурных. Однако из этого вовсе не следует, что при изменении длины А, все свойства колебательной системы сохранятся. Чтобы показать это, рассьютрим такой пример. Пусть область неустойчивости мала п в нормальных условиях система не возбуждается.
Рнс. 56. Влияние длины труби на устойчивость течения. Начнем увеличивать длину холодной части трубы Ь, сохраняя все размеры горячей части постоянными. Тогда диаграмма распределения областей устойчивости, аналогичная приведенной на рис. 54, может иметь вид, показанный на рис.
56. Пусть исходная полная длина трубы будет, например, А=2,5 м (линия АА на рис. 56). Это соответствует отсутствию колебаний, поскольку линия АА не пересекает областей неустойчивости (изображенных на диаграмме сплошными линиями). Удлиним теперь входной участок трубы, сохраняя размеры зоны горения и участка трубы, по которому текут продукты сгорания, неизменными.
При Л)3,1 м любая длина Ь будет соответствовать какой-либо области неустойчивости (линия ВВ на рис. 56), т. е. при достаточно большом удлинении входного участка трубы, первоначально стабильный процесс может стать неустойчивым. Правда, это предполагает, что система в целом склонна к возбуждению, т. е. обладает ~ зз~ влиянии положения зоны х нА колквхния 245 областями неустойчивости. Таким образом, если система способна возбудиться, то эта способность особенно легко реализуется по мере удлинения входного участка течения.
Этот результат тоже представляет значительный практический интерес. Он говорит, что если камера сгорания доведена на стенде с длинным трубопроводом и не дает на нем вибрационных режимов горения, то возникновение их при переходе к более коротким входным участкам маловероятно. И в то же время, если камера сгорания доведена при малой длине входяого участка, то простое удлинение его способно привести к вибрационному горению.
Сказанное можно подтвердить следующим экспериментом. Для опытов была использована камера сгорания со входным участком течения, имевшим длину 700 мм. Изменяя подачу горючего, удавалось получать коэффициенты избытка воздуха от а=1 до а=3. Во время опыта регистрировались амплитуды колебаний давления перед зоной горения бр. Эти амплитуды относились к избыточному (по отношению ко внешней среде) давлению полностью заторможенного потока воздуха перед камерой сгорания д.
Относительные величины возмущений давления — строились в функции коэффициента избытка бр Ч воздуха и. На нормальных, «спокойных» режимах горения — не превышало величин порядка 0,1 — 0,15. На бр рис. 57 даны экспериментально полученные зависимоЬр сти — =7 (а) для трех случаев: кривая а соответствует Ч исходному варианту установки, с длиной входного участка Л,=700 мм; кривая е — длине входного участка 1400 мм; кривая г — длине входного участка 2800 мм. Как видно из эксперимента, первоначально стабильный процесс сгорания становился вибрационным (с увеличением амплитуд колебаний в 5 — 10 раз) от одного только увеличения дл иныхолодной части течения Ь„как это н следует из развитой теории.
Надо, правда, добавить, что рассуждения, на основе которых были получены приведенные выше выводы, исходили из предположения, что все области неустой- 246 ВОЗБУЖДЕНИЕ КОЛЕБАНИЙ ТГПЛОПОДВОДОЫ игл. У чивости характеризуются совершенно одинаковымп механизмами возбуждения и гашения колебаний. Это, конечно, не всегда имеет посто, особенно если колебательная система способна возбудиться при помощи разных физических процессов, реализующих обратную связь (подробнее о них см.
гл. тгП). Все же подтверждение многих Рнс. 57. Влаянне длани входного участка течеаая на склонность системы к возбуждению. следствий из развитой простейшей теории указывает на то, что ею можно пользоватьсн как теорией первого приблинсения. В заключение настоящего параграфа полезно привести некоторые дополнительные данные по акустике стендовых установок, не относящиеся непосредственно к вопросу о влиянии относительных длин горячей и холодной частей течения на области неустойчивости. Хотя испытания камеры сгорания на длинном подводящем воздухопроводе дают известную гарантию того, что при переходе к более коротким входным участкам склонность колебательной системы к возбужденизо скорее уменыпится, чем увеличится, иногда может представить интерес испытание камеры сгорании с коротким входным участком, па который не влияет подводящий воздухопровод.
В атом случае мыслимы две схемы, которые акустически разделяют входной участок камеры сгорания и стендовый воздухопровод (рис. 58). 1 291 Блинник положвния зоны х ИА колвваетия 247 Обычно сечение Я не может быть сделано очень болыпим и поэтому представляет инте- рес численная оценка влияния отношения Ят/Я, на степень приближения условия на стыке труб разных диаметров к узлу давления. В книге Андреева и Русакова' ) приводится такое выражение для отношения амплитуды, прошедшей через стык труб волны давления, к амплитуде подошедшей волны: Ряс. 58. Две схемы разделения стеидового воздухопровода и входного участка камеры сгорания.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
