Вибрационное горение Раушенбах Б.В. (1014147), страница 52
Текст из файла (страница 52)
Установленный на должном расстоянии от кварцевого стекла фотодатчнк позволял записывать интегральную светнмость зоны горения, которая была пропорциональна видимой площади горящих молей. Поэтому периодические отрывы горящих молей от стабилизатора н нх постоянное возобновление, показанное на рнс. 72, должно было привести к периодическому изменению показаний фотодатчнка. Соответствующие записи на ленте осциллографа приведены на рнс. 73. Легко видеть, что частоты колебаний светнмостн н давления полностью совпадают, что подтверждает факт перестройки процесса внхреобразовання н горения на акустическую частоту. Если обратиться к математическому описанию этого типа возмущений процесса горенпя, то совершенно очевидно, что в зоне а будет происходить периодическое изменение объема, занятого горящими газамк.
Это приведет, как ,зз1 мкхлпизмы, ~ эязмипязг юпп олихю| яэлппнмгя 306 и з предыдущем случае, и поязленшо отличной от нуля периодической составля|ощей эффективной скорости распространенна плоского фронта пламени Г, величина которой может быть определена формулой (36.4). Если далее предположить, что процесс вихреобразования за стабилизатором связан исключительно с возмущением 1 д скорости течения гм то величина . — г', (1) может а,д' д1 г быть (в линейном приближении) представлена как д —, — У„(1) — сопз1 гп (36.3) 1 где сопз1, вообще говоря, комплексная величина, характеризующая амплитуду и фазу стоящего слева выражения при некотором единичном пп,.
Таким образом, б, может быть представлено в виде 7У, = сопМгк (36. 4) В этом выражении постоянный множитель при п1 отличается от постоянного множителя в формуле (36.3), как это видно из сравнения выражений (36.1), (36.3) и (36.4), на единицу. Если бы оказалось, что срыв вихря связан не только с, колебаниями скорости, но и с колебаниями давления, то формулы (36.3) и (36.4) приобрели бы более сложный вид — в правых частях вместо п1 оказалась бы линейная комбинация р, и лп Таким образом, тип обратной связи характеризуется в этом случае отсутствием запаздывания, порожденного переносом возмущающей горение причины потоком, т.
е. соответствует схемам, изображенным на рис. 66, а и б. В заключение настоящего параграфа сделаем ряд общих замечаний. В приведенных двух примерах обратных связей, обусловленных гндромехапнкой течения, говорилось о влиянии вихреобразования на горение и подчеркивалось воздействие вихреобразования на величину возмущения скорости распространения пламени г7,. Это не значит, конечно, что вихреобразованне не может вызвать нарушений(1э, например, через нарушение смесеобразования (при прохождении вихрем зоны расположения З1О мкхАннзмы овглтной свяйн 1га. 71! форсунок) или непосредственно, путем изменения полноты сгорания в зоне о вследствие нарушения процесса горения.
То же самое можно сказать и о Р„. Периодические срывы вихрей со стабилизатора оезусловно приведут к периодическому изменению мгновенного значения коэффициента гидравлических сопротивлений устройств, помещенных в зоне горения. При желании можно было бы учесть и эти две слагающие процесса возмущения горения, однако здесь, главным образом из соображений экономии места, приведена лишь наиболее ярко проявляющаяся связь между вихреобразованием и деформацией фронта пламени.
В настоящем параграфе всюду говорилось о способности вихреобразования подстраиваться к частоте акустических колебаний. Этот факт наблюдался непосредственно и при изучении вибрационного горения. Скоростная киносъемка картины горения за одиночным коническим стабилизатором, которая приводилась несколько выше, подтвердила существование указанной связи между вихре- образованием и акустическими колебаниями. Интересно отметить, что «лесенка» частот, приведенная на рис. 51, была получена при горении заранее подготовленной смеси за коническими стабилизаторами. Зафиксированное скачкообразное изменение частот косвенно свидетельствует о том, что способность вихреобразования подстраиваться к частоте акустпческ««х колебаний весьма велика.
Надо сказать, что вполне возможно взаимодействие с процессом горения обоих видов вихреобразования— перед зоной горения и за стабилизатором. В этом отношении может быть показателен следующий опыт. Горение заранее подготовленной горючей смеси производилось в трубе, имевшей камеру сгорания квадратного сечения. В ней изучалась «плоская» задача горения. Пламя удерживалось стабилизатором, расположенным посредине потока и выполненным в форме горизонтального углового профиля, поставленного ребром навстречу потоку. В непосредственной близости от стабилизатора, перед ним, ставилась прямоугольная заслонка, перекрывавшая половину квадратного сечения камеры сгорания (заслонка ставилась вплотную к одной пз стенок).
Несмотря на ~36] мех«низмы сэяЗАнныР с ГилРомехАИ явлениями 311 близость от стабилизатора, заслонка не попадала в зону горения, ее можно было ставить горизонтально и вертикально. В первом случае ее кромка, обтекавшаяся потоком смеси, была параллельна кромкам стабилизатора, во втором — перпендикулярна пм.
Кроме того, заслонку можно было поворачивать так, что она становилась «по потоку» н, таким образом, никак не нарушала характера течения. Опыты сводились к возбуждению в такой системе вибрационного горения с замерами частот и амплитуд колебаний давления. Результаты экспериментов показали, что при вертикальном положении заслонки частоты сохраняли то же значение, что и прп заслонке, повернутой «по потоку», однако амплитуды колебаний прн этом уменьшались. Переход к горизонтальному расположению заслонки приводил к уменьшению частоты колебаний вдвое и к увеличению амплитуд колебаний. При объяснении вибрационного горения процессами, связанными с вихре- образованием, этот результат естествен: в первом случае половина стабилизатора как бы затенялась и таким образом снижалась интенсивность суммарного процесса вихреобразования; во втором случае заслонка и стабилизатор могли интерферировать, что приводило как к увеличению интенсивности вихреобразования, так и к изменению частоты срыва вихрей.
Последнее привело к возбуждению другой гармоники системы, которая легче согласовывалась с новым характером вихреобразования. Относительно возможности описания воздействия вихреобразования на процесс горения формулами типа (36.2) и (36.4) надо заметить следующее. В указанных формулах связь между акустическими колебаниями и вихреобразованнеы записана в виде линейного соотношения.
Между тем интенсивность вихря связана с амплитудами акустических колебаний более сложным образом, так как размеры вихря определяются в значительной степени размерами плохо обтекаемого тела, которое, естественно, не зависит от частоты акустических колебаний. Следовательно, формулы (36.2) и (36.4) могут иметь лишь ограниченное применение. Чтобы описать процесс вибрационпого горения более полно, надо было бы учесть нелинейные соотношения, свойственные процессу вихреобразования. МВХАНИЗМЫ ОБРАТНОЙ СВЯЗИ [гл г!! В принципе это можно сделать, если будут сформулированы соответствующие свойства вихреобразовання.
Пример решения задачи о внбрацнонном горении, в котором будут учитываться нелинейные свойства зоны горения, дан в следующей главе. В заключение несколько слов о методах борьбы с внбрационным горением (если оно нежелательно) в случае, когда обратная связь замыкается через вихреобразование. Выше уже говорилось, что если источник внхреобразования расположен перед зоной горения, то установка спрямляющих решеток и другие аналогичные мероприятия могут оказаться полезпымн. В том случае, когда колебания возбуждаются вихреобразованнем за стабилизатором, дело становится сложнее.
Ликвидировать это вихреобразование нельзя, поскольку наличие зоны обратных токов за стабилизатором является обязательным условием его работы в качестве источника поджигания. Кое-что может быть здесь сделано эмпирическим подбором наиболее подходящих геометрических конфигураций стабилизаторов. В литературе существуют указания на то, что возникающее иногда в промышленных топках вибрационное горение связано не только с возмущением подачи топлива (речь об этом была в предыдущем параграфе), но и с образованием мощных регулярных вихрей в области подачи топлива в зону горения. В тех случаях, когда вибрационное горение является нежелательным, рекомендуется округление острых кромок н другие мероприятия, облагораживающие аэродинамические обводы соответствующего участка топки. Это практическое правило становится понятным в свете приведенных выше соображений.
Интересно отметить, что в описаниях процесса вихре- образования в топках, в связи с пульсирующим характером горения в них, подчеркивается, что вихрь, в котором происходит горение, имеет тенденцию становиться особенно мощным. Нечто подобное наблюдалось н в описанных выше опытах по вихреобразованию за стабилизаторами при внбрацнонном горении.
Следует, правда, отметить, что вопрос о влиянии процесса горения в вихре на его свойства еще совершенно пе изучен. 313 МЕХАНИЗМЫ, СВЯЗЛ!1!!ЫЕ С ГО!'Е11ИГМ й 37. Механизмы обратной связи, основанные на закономерностях собственно горения Помимо, в некотором смысле, косвенных причин, ведущих к вибрационному горению,— смесеобразования и вихреобразования — в самом процессе горения заложены механизмы, способные сыграть роль обратной связи в этом автоколебательном явлении. Существование таких механизмов обратной связи, имеющих в основе закономерности самого горения, доказывается, например, тем, что в уже неоднократно упоминавшихся опытах Коварда, Хартвелла и Джорджсона вибрационное горение возникло в заранее подготовленной неподвижной газовой смеси, т.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
