Вибрационное горение Раушенбах Б.В. (1014147), страница 50

Просмтор этого файла доступен только зарегистрированным пользователям. Но у нас супер быстрая регистрация: достаточно только электронной почты!

Текст из файла (страница 50)

Общим свойством всех этих механизмов является наличие запаздывания, связанного со временем, которое необходимо потоку, чтобы донести распыленное горючее до зоны горения. Это запаздывание становится равным нулю только в том случае, если горючее подается непосредственно в зону горения. $ 36. Механизмы обратной связи, имеющие в основе гидромехаиические явления Если бы смесеобразование было единственным процессом, способным обеспечить реализацию некоторого механизма обратной связи, то с вибрационным горением было бы чрезвычайно просто бороться. Достаточно было бы готовить горючую смесь в отдельном ресивере, акустически изолированном от камеры сгорания, чтобы вибрационное горение никогда не возникало. Однако прямые опыты опровергают это.

Были, например, поставлены эксперименты по возбуждению вибрационного горении в трубе, которая обдувалась не воздухом, а заранее подготовленной смесью бензина с воздухом. Эта смесь готовилась в отдельном ресивере, опытная установка была выполнена ; зз] мехлнизлы, связ мшыв с гидговвх ~п яэ ~кппямц 207 по схеме, близкой к той, которая приведена па рис. 60.

Разрыв между трубой, в которой располагалась зона горения, и соплом, подающим бензо-воздушиую смесь, превышал калибр трубы. К тому же подающая смесь труба имела ббльш~й диаметр, чем труба, в которой располагалась камера сгорания. Все это приводило к тому, что колебания, происходящие в трубе с камерой сгорания, никак не передавались в респвер, в котором были расположены форсункн н готовилась смесь. Это обстоятельство было подтверждено прямыми замерами колебанпй давления в ресивере. Таким образом, полностью исклзочалось возможное взаимодействие акустических колебаний в трубе со смесеобразованпем, идущим в ресивере. И все же виорационное горение возникло.

Приведенные на рис. 51 результаты опытов были получены на такой именно установке. Отсюда следует, что помимо смесеобразования могут существовать какие-то другие процессы, которые дают возможность образоваться обратной связи. Ряд этих процессов можно объединить по тому признаку, что все онн связаны с гидродинампческими процессами в движущемся по трубе газе. В основе этой группы механизмов обратной связи лежит то, что возникающие прп горении акустические колебания существенно изменяют характер течения, сообщая ему периодическую составляющую.

Чтобы придать этому общему утверждению известную наглядность, приведем здесь результаты одного эксперимента. В лабораторной установке, на которой изучались некоторые вопросы вибрационного горения, использовался термоанемометр, позволяющий записывать мгновенные значения скорости потока. Этот термоанемометр был установлен перед зоной горения. При установившемся впбрационном горении (даже малой интенсивности) амплитуда и период колебаний скорости потока становились строго постоянными, причем наблюдавшиеся до этого турбулентные пульсации скорости как бы «исчезалп» на фоне четких колебаний, имевших акустическую природу. Две осциллограммы — одна соответству1ощая нормальному горению, другая вибрационному — приведены на рис.

68. Следует добавить, что при перемещении термоанемометра по диаметру трубь~ амплитуда колебаний 298 а!вхьнизмы овглтной связи [гл. У!! скорости не изменялась сколько-нибудь заметным образом, т. е. поток воздуха колебался как целое. Такие упорядоченные колебания больших масс газа способны, конечно, существенным образом повлиять на характер течения, в частности на вихреобразование в потоке.

а) Вихреобразование перед зоной горения. В участках двигателя или топки, предшествующих зоне горения, практически всегда присутствуют элементы, дающие возможность возникнуть заметному вихреобразованию. Таким элементом может явиться крутой поворот осп течения, расширяющийся участок трубопровода, достаточно резкое изменение площади трубопровода, наконец, просто присутствие плохо обтекаемого элемента конструкции внутри рнс. 68. Оси!,лло- трубы.

При нор !ал !Оа режи е работы граммы колебаний камеры сгорания вихреобразование во скорости перед ао- всех этих случаях будет происходить сгоРанн" по обычным законам гидромеханики. вверху нормальное ! зрение внизу Если же возникает вибрационное горе- режим внбрацнон- ние, то на основное движение потока ного горения. окая!ется наложенным упорядоченное колебательное изменение скорости течения н тогда вихреобразование будет происходить не при обычном обтекании твердых тел потоком, а при обтекании их потоком, скорость которого имеет заметную н упорядоченную периодическую составляющую. Вихреобразование связано с вязкостью жидкости, а теория течения вязкой жидкости составляет один из очень сложных и еще далеко не разработанных отделов гидромеханики.

Тем более зто относится к вопросу об обтекании твердых тел потоком, скорость которого имеет периодическую составляющую. Хотя теория этого процесса, по существу, отсутствует, известны работы экспериментального характера, посвященные близким вопросам, в частности вопросам обтекания вязкой жидкостью колеблющихся твердых тел (например, работы, посвященные взаимодействию вихреобразования за фабричными труба- е ае1 мгхлнизмы, связынпык с гишомвхтп явлкпиямц 2й ми при ветре с собственными колебаниями этих труб).

В этих работах показано, что при колебаниях твердого тела с определенной частотой частота срывов вихрей может перестроиться и стать равной эгон езадающей» частоте. Важно при этом отметить, что и само вихреобразование становится в этом случае более мощным. Естественно поэтому предположить, что если возникло вибрационное горение, то в результате колебаний воздушного потока около неподвижных твердых тел вихреобразование перед зоной горения может перестроиться и начать происходить с частотой акустических колебаний. Этому могут способствовать и колебания давления.

Приведенные во второй главе эпюры стоячих волн давления показывают, что в участках, отдаленных от пучности давления, существует отличный от нуля градиент давления, взятый вдоль оси течения. Из теории течения вязкой жидкости известно, что наличие в потоке градиента статического давления определенного знака может приводить к отрыву потопа от стенок вследствие влияния этого градиента на течение жидкости в пограничном слое. Не вдаваясь в подробности, связанные с этим вопросом, укажем лишь, что во время акустических колебаний градиент статического давления будет периодически меняться, изменяя, в частности, и свой знак каждые полпериода. Поэтому, грубо говоря, в течение каждого периода колебаний будет существовать момент, когда отрыв пограничного слоя (т.

е. образование вихря) будет особенно вероятен. Таким образом, не только колебания скорости потова, но п колебания давления будут способствовать вихреобразованию с периодом, равным периоду акустических колебаний. Можно, наконец, привести пример возбуждения акустических колебаний в аэродинамической трубе, подробно исследованный С.

П. Стрелковым, Г. Л. Бендриковьыт н Н. Л. Смирновым' ). Не приводя описания этого интересного исследования, укажем лишь, что существенную ') Стрелков С. П., Бендрнков Г. А., Смиря о в Н. А., Пульсации в аеродннамнческнх трубах и способы демпфирования нх, Труды ЦАГИ, № 593, 1946. зоо МКХАНИЗМЫ ОБРАТНОЙ СВЯЗИ Игз Ъ!! роль в процессе автоколсбапий играло периодическое образование кольцевого вихря под действием акустических колобаний. Таким образом, ряд косвенных экспериментальных данных и теоретические соображения общего характера указывают на то, что за теми элементами конструкции двигателя или топки, которые допускают заметное вихре- образование, прн акустических колебаниях в потоке вв Рис. 69.

Сиена вихреобразования перед зоной горения. могут срываться мощные вихри с периодом, равным периоду акустических колебаний. Предположим, что эта возможность реализована, и проследим, каким образом это приводит к замыканию обратной связи при вибрационном горении. На рис. 69, в верхней его части, дано схематическое изображенне обсуждаемого явления. В холодной части трубы, в точке А, расположено место срыва потока и образования вихря. На схеме это плохо обтекаемый козырек. На самом деле, как уже указывалось выше, это может быть место поворота течения нли область течения в расширяющемся канале и т.

д. Образовавшиеся в точке А вихри сносятся потоком в сторону зоны горения. Пусть период акустических колебаний будет Т. Тогда при скорости течения и, ~ зз1 мкхлнизмы, связ м~нык с гндгомвхап. явлвпиями 301 расстояние между вихрямн будет Ьв= и,Т. Если считать, что на участке от козырька А до стабилизатора В скорость течения не меняется, то подходящие к зоне горения вихри будут периодически (с периодом, равным — 1встуьв х э1 пать во взаимодействие с фронтом пламени, удерживаемым стабилизатором. Это и приведет к замыканию обратной связи. Действительно, пусть существуют акустические колебания, которые приводят к образованию цепочки вихрей, движущихся к зоне горения.

Подходя к фронту пламени, каждый вихрь деформирует его, а следовательно, фронт пламени будет испытывать периодические деформации. В гл. 1У уже было показано, что периодическое перемещение фронта пламени внутри зоны горения эквивалентно существованию отличной от нуля амплитуды колебаний эффективной скорости распространения пламени Р„ что само по себе способно возбудить систему (илн поддерживать возникшие автоколебания), если выполняются соответствующие амплитудно-фазовые соотношения. Следовательно, если в точке А образуется достаточно мощный вихрь, который срывается и начинает двигаться вместе с потоком в такой момент времени, чтобы прийти к фронту пламени и деформировать его в должной фазе акустических колебаний, то колебательная система возбудится.

Борьба с вибрационным горением, происходящим по этой схеме, мыслима двумя различными методами. С одной стороны, положительный эффект можно ожидать в том случае, если изменить фазу отрыва вихря, с другой,— если уменьшить его размеры.

Характеристики

Список файлов книги