Вибрационное горение Раушенбах Б.В. (1014147), страница 49
Текст из файла (страница 49)
уп предтопке возникнет вибрацнонное горение, то сечение, в котором расположены устройства, подающие угольную пыль, может рассматриваться, в первом приближении, как закрытый конец трубы. При колебаниях в нем образуется пучность давления, и поэтому подаваемая первичным воздухом угольная пыль будет испытывать периодически меняющееся противодавление на выходе.
Колебательная составляющая противодавленпя, которая может реализоваться при вибрационном горении, имеет тот же порядок, что и избыточное (против предтопка) давление подачи первичного воздуха, т. е. в моменты достижениямаксимального давления в предтопке подача пыли может почти полностью прекращаться. Хотя такой механизм обратной связи должен быть весьма мощным, сам по себе он не способен возбудить колебательную систему — фазе наибольшей подачи топлива будет соответствовать фаза наименьшего давления в предтопке.
Однако реально существующие запаздывания (задержки воспламенения), о которых будет идти речь в $37, позволяют реализоваться нужным фазовым соотношениям между возмущениями топлоподвода и давления. В заключение следует еще добавить, что иногда может оказаться необходимым рассмотреть более сложную колебательную систему, чем это делается здесь. Колебания противодавления могут вызвать акустические колебания в подводящих пыль пылепроводах (илн в топливных магистралях двигателей), и тогда появится необходимость изучения совокупных колебаний среды в основной трубе (предтопок, камера сгорания двигателя) и в подводящих топливо трубопроводах.
б) Колеблющийся расход воздуха. Вернемся к рассмотрению вопроса о возбуждении внбрационного горения в трубе, по которой течет воздух и в которой расположен коллектор с форсунками, подающими жидкое горючее. Выше уже говорилось о принципиальной возможности возникновения обратной связи в результате влияния колеблющегося в потоке давления на расход горючего.
Однако реализация этого механизма практически невероятна вследствие слабой зависимости расхода через форсунки со значительным давлением подачи от акустических колебаний среды. Возможен, однако, в известном смысле ; зз] мвхлнизлы, связ оплыв го смксюви ззозлпикч 293 противоположный механизм обратной связи. Предположим, что расход горючего строго постоянен. Тогда воздух, обтекающий коллектор с форсунками, будет уносить с собою одно и то х е количество горючего в единицу времени, вне зависимости от мгновенного значения давления и скорости потока в сечении, в котором расположены форсунки.
Если количество уносимого горючего и будет постоянным, то коэффициент избытка воздуха может претерпевать существенные колебания, вследствие колебания расхода воздуха в сечении, в котором расположены форсунки. Действительно, коэффициент избытка воздуха оа а= боинг где Ь вЂ” отношение массы воздуха, теоретически необходимой для полного сгорания единицы массы топлива, к последней. В результате акустических колебаний расход воздуха через единичную площадку поперечного сечения потока оо будет также колебаться.
Это приведет к возмущению коэффициента см ба = (обр+рбо) = а(й+ о) (а в правой части равенства соответствует певозмущенному значению коэффициента избытка воздуха). Анализ возможных значений величин р и о показывает, что первая пз них, связанная с возмущением давления, обычно невелика. В открытой трубе с дозвуковым течением давление может колебаться лишь на малые доли атмо- 1 Ьр сферы, поэтому величина р = — — (равенство написано для к р пзоэнтропического течения газа) ие может превышать 0,05 — 0,15. В то же время слагаемое — может достигать М~ величин порядка единицы.
(Это происходит тогда, когда колебательная составляющая скорости близка к средней скорости течения. Как будет видно из следующих глав, такой масштаб колебаний следует признать обычным,) 294 ЫКХАНИЗМЫ ОБРАТНОЙ СВЯЗИ 1га. У11 Таким образом, в первом приближении можно написать: Ьа=а —, (35.3) показав тем самым, что а колеблется в фазе с о. Повторяя почти дословно вывод, приведенный в настоящем параграфе прн рассзютрении зависимости бт„от бр, можно написать: ,.„, „зе ба = — (1р,(1з; $ф) о„+ рз(э1; $ф) рэ) е "' (35 4) Необходимая связь между колебаниями а и колебаниями теплоподвода Д" или скорости распространения пламени 6'1 легко получается, если учесть (об этом уже говорилось в гл. У), что полнота сгорания (точно так же как н скорость распространения пламени) может существенно завнсеть от и.
Тогда, ограничиваясь, для определенности, влиянием а на полноту сгорания, напишем: 1,1* = сопзь ~'" Ьа. (35.5) Формулы (35.4) и (35.5) в совокупности указывают, что и в атом случае имеет место обратная связь с запаздыванием, существенно зависящим от ~е. Необходимо подчеркнуть, что, в отличие от предыдущего случая, рассмотренный механизм обратной связи может играть заметную роль прн возбуждении акустических колебаний в трубах, в которых сгорает распыленное жидкое горючее.
Казалось бы, что тогда путем незначительных смещений коллектора можно подобрать такое его положение, гри котором колебания были бы подавленными. Однако и в этом случае по причинам, которые будут изложены ниже, такой метод борьбы с вибрационным горением оказывается малоэффективным. в) Колебания качества распыла. Вследствие того, что при акустических колебаниях появляются периодические составляющие у скорости и давления, происходит периодическое изменение и скоростного напора потока йо'1'2. Как известно, прн работе форсунки в потоке воздуха траектории движения капель распыленного топлива (дальнобойность форсунки), тонкость распыла и иные связанные 1 35! мехАнизмы, связА!111ые со сл1ясБО11'Азовлпием 295 со смесеобразованием параметры (в частности, испарение) в сильной степени зависят от скоростного напора набегающего на форсунку течения.
Поэтому качество распыла также меняется периодически, строго следуя за акустическими колебаниями в потоке. В результате в зону горения поступает сл1есь горючего с воздухом, которая имеет периодически изменяющееся качество. Это приводит к тому, что в процессе горения реализуютбя отличные от нуля колебательные составляющие эффективного возмущенного теплоподвода !',! и эффективной возмущенной скорости распространения пламени Г„ т. е. смогут поддерживаться автоколебания системы. Особенно заметную роль описанный механизм обратной связи может играть при условии, что периодически изменяющееся качество смеси оказывается во взаимодействии с важными конструктивными элементами камеры сгорания. Мыслимы, например, случаи, когда колеблющиеся траектории полета капель горючего то направляются непосредственно на стабилизатор, то попадают в струи воздуха, движущиеся на известном расстоянии от стабилизатора, или периодически попадают на стенки камеры сгорания.
Во всех этих и подобных случаях колебание качества распыла должно сказываться наиболее сильно, поскольку оно непосредственно влияет на самые ответственные участкп камеры сгорания. Если такой механизм обратной связи реализован, то может оказаться полезным изменить взаимное положение элементов топливного коллектора и элементов камеры сгорания. Эти изменения приходится производить чисто эмпирически, так как подробное изучение взаимосвязи нестационарного смесеобразования с нестационарным горением является еще далеко не решенной проблемой, требующей очень глубокой теоретической проработки и тонкого эксперимента.
Если поставить более скромную задачу: дать внешнее описание рассматриваемого явления с целью получения формул, связывающих!,1* ил!1 С Р, и пю то после введения какой-либо правдоподобной гипотезы о связи колебаний дальнобойности форсунок или качества распыла с процессом горения можно получить формулы того же типа, что ынххннзмы овглтнон сп!!зи !г!! ! !! н приводенные выше (35.2), (35.4) и (35.5).
Здесь, так жо как п в предыдущих случаях прп ь~фФО, получится обратная связь с запаздыванием. Если просуммировать сказанное в настоящем параграфе, то следует прежде всего указать на то, что даже небольшое число приведенных примеров дает возможность утверждать, что процесс смесеобразования может явиться основой для возникновения целого ряда механизмов обратной связи. Совершенно ноно, что описанные выше отдельные механизмы — связанные с меняющейся подачей горючего, с изменением коэффициента избытка воздуха, с качеством распыла горючего — чаще всего должны выступать в единстве, как различные стороны одного и того же процесса возмущенного смесеобразованпя. Конечно, это не значит, что какая-либо сторона рассмотренного процесса не может играть в каком-то конкретном случае ведущей роли; это именно и оправдывает описание различных сторон единого процесса возмущепного смесеобразования в качестве независимых механизмов обратной связи.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
