Вибрационное горение Раушенбах Б.В. (1014147), страница 63
Текст из файла (страница 63)
Эти переходные режимы здесь вообще не рассматриваются. Именно такие соображения позволили заменить сравнительно сложные кривые, приведенные на рис. 81, общей для всех кривых квадратичной параболой, проходящей через точки оси абсцисс Ьи, = О и Ьи, = бб м/сев. Можно было бы рассмотреть здесь для подтверждения сказанного и другие случаи вибрационного горения, например возбуждение колебаний в потоке заранее подготовленной горючей смеси при сжигании ее за некоторым поджигающим устройством — хотя бы газовой горелкой ~ 4з> ПРИМЕНИМОСТЬ РАЗВИТЫХ МЕТОДОВ 375 (см.
$ 37). В этом случае при малых амплитудах колебаний скорости течения поверхность пламени будет тоже колебаться, не отрываясь от поджигающего источника. Эти колебания фронта пламени могут привести к неустойчивости вследствие периодического изменения объема У,(1) и связанного с этим появлением отличного от нуля возмущения скорости распространения эффективного плоского фронта пламени 6О'.
При этом связь между колебаниями бэ н бУ будет линейной. Увеличение амплитуды колебания скорости би приводит з конце концов к тому, что объемы горящего газа начинают периодически отрываться от поджигающего источника н эти отрывы делают необходимым изменение математической формы описания процесса горения. Возмущение бУ перестает быть линейной функцией би, так как после отрыва горящего моля от источника поджигания процесс горения в нем перестает зависеть от бш В дальнейшем, при еще более сильных колебаниях скорости возникает явление заброса пламени в области, лежащие перед горелкой, и это еще более усложняет картину. Таким образом, в рассмотренном примере существенными нелинейностями будут свойства зоны горения, связанные с отрывом горящих молей от источника поджигания и явлением заброса пламени вверх по течению.
Математическая формулировка этих нелинейных свойств не представляет труда, как только будет гюстроена та или иная расчетная схема явления. Вследствие большого числа реально существующих механизмов обратной связи подробное рассмотрение приведенного здесь примера не имеет смысла, так как это был бы в конечном итоге всего лишь еще один частный случай, который не смог бы добавить ничего существенного к результатам, полученным в этой главе. ГЛАВА ГХ ВИБРАЦИОННОЕ ГОРЕНИЕ 4 44. Стадии развития процесса вибрационного горения Выше уже указывалось на то, что вибрационное горение является типичным автоколебательным процессом.
В тот момент, когда созрели необходимые условия, амплитуды колебаний совершают резкий и практически мгновенный скачок. Быстрое наступление вибрационного горения (обычно оно достигает установившейся амплитуды за время, равное 2 — 3 периодам колебаний) сильно затрудняет изучение стадий развития этого процесса. Однако в некоторых случаях, при опытах на специальных установках лабораторного типа, удается проследить, как при постепенном изменении условий опыта (коэффициента избытка воздуха, положения по оси течения подвижного стабилизатора и т.
п.) один вид установившихся автоколебаний сменяется другим видом. При этом обычно можно заметить, что разным видам автоколебаний соответствуют разные амплитуды. Часто можно наблюдать, как первоначально хаотические колебания давления, после едва заметного изменения условий опыта, приобретают ярко выраженные свойства автоколебаний (четко выраженная и постоянная частота с постоянной амплитудой), хотя амплитуда колебаний и не увеличивается заметным образом.
При дальнейшем (тоже едва заметном) изменении условий опыта возникают весьма мощные автоколебания. Это говорит о том, что малым и непрерывным изменениям условий опыта нередко соответствует не просто переход от спокойного горения к мощным автоколебаниям, как это иллюстрирует рис. 76, а ступенчатый переход от спокой- СТАДИИ РАЗВИТИЯ ПРОПГССА ГОРЕНИЯ 377 ного (вернее сказать, хаотического) горения к автоколебаниям одного типа, а затем от этих автоколебаний к другим. Основываясь на сказанном, можно рассматривать эти ступени в качестве стадий развития процесса вибрационного горения. Конечно, остается открытым вопрос о том, совпадают ли этн стадии (связанные с изменением условий опыта) с развитием процесса вибрацнонного горения во времени (без изменения в течение этого времени условий опыта). На известную близость этих двух явлений указывает следующий экспериментальный факт.
Вызвав автоколебання малой амплитуды, экспериментатор иногда может наблюдать самопроизвольный переход системы к следующей стадии — мощным автоколебаниям. Типичная картина смены трех перечисленных стадий горения может быть хорошо прослежена на примере развития вибрационного сгорания заранее подготовленной однородной смеси за коническим стабилизатором, установленным в трубе. 1-я стадия. На фотографиях, полученных скоростной киносъемкой, можно видеть особенности этого вида горения. Поверхность пламени за стабилизатором хотя и имеет изменяющуюся от кадра к кадру конфигурацию, в среднем дает обычную, приблизительно коническую поверхность горения, характерную для точечного источника поджигания.
Изменение конфигурации фронта пламени от кадра к кадру говорит о возмонсностн возникновения неустойчивости за счет подвижности фронта пламени. Какой-либо четкой регулярности в этом виде горения не наблюдается. Амплитуда колебаний давления незначительна. 2-я стадия.
Эта стадия является переходной к мощным автоколебаниям. Она характеризуется явно выраженной периодичностью горения и достаточно большими амплитудами колебаний. Переход от первой стадии ко второй происходит практически мгновенно. В зависимости от условий опыта (в частности, типа источника поджигания) вторая стадия может иметь свои особенности, вплоть до различных механизмов обратной связи.
В рассматриваемом случае главным механизмом поддержания колебаний является периодический срыв ВЛБРАционное ГО»Гнив [гл. «Х горящих молей со стабилизатора, наподобие срыва вихрей за плохо обтекаемым телом. Это явление уже описывалось выше (см. $ 36, рис. 72). 3-я стадия. В отличие от второй стадии, имеющей тот или иной вид в зависимости от конкретных условий опыта, третья стадия внешне проявляется обычно одинаковым образом — забросом пламени вверх по потоку в области, лежащие перед стабилизатором (в тех случаях, когда горение происходит в следе за поджигающим источником).
В гл. т'111 на частном примере было показано, что по мере развития колебаний они могут вырасти до стадии заброса пламени вверх по потоку, причем этот заброс вызовет такие изменения в процессе горения, которые можно рассматривать как причину появления в уравнениях, описывающих вибрационное горение, существенных нелинейностей, ограничивающих амплитуды колебаний. В той же главе было указано, что этот вывод можно распространить и на другие случаи возбуждения рассматриваемой колебательной системы, причем наряду с забросом пламени вверх по потоку было выявлено важное значение периодического отрыва пламени от удерживающих его источников поджигания. То обстоятельство, что периодический заброс пламени вверх по потоку и обычно сопутствующий ему(через полпериода) отрыв пламени от источников поджигания приводит к резкому изменению характера горения, вызывающему ограничение амплитуд колебаний, объясняет один и тот же характер третьей стадии вибрационного горения вне зависимости от предшествующей «истории» развития процесса колебаний.
Колебания рассматриваемого типа поддерживаются механизмом, отличным от описанных выше. Здесь уже нельзя говорить о вихреобразовании за стабилизатором и о колебаниях поверхности фронта пламени как о главных причинах поддержания вибрационного характера горения. Вероятно, здесь будет неточным дан«е само понятие «фронта пламени», понимаемого как некоторая поверхность достаточно малой толщины.
Горение имеет здесь вследствие сильной турбулизации скорее объемный характер. стадии газвития пгоцвсси говиния 379 4 441 Горение такого рода, зафиксированное скоростной киносъеьгкой, показано на рис. 87. Схематически оно может быть описано следующим образом. Частица предвадладилиеалгоа ЕЛ ддлаол«» «аления Холодная БЕ инее» Ф Рис. 87. Схема процесса горения при интенсиеном «забросе» пламени в область, лежащую перед стабилизатором.
рительно заброшенных вверх по течению горящих газов приобретает при обратном движении большую скорость, и зона раздела сгоревшеи и несгоревшей смеси проносится мимо стабилизатора, не сохраняя иногда видимого 380 Вивгационнок Гогеник с«л. |х горящего следа за ннм. Но вскоре за стабилизатором возникает пламя; оно развивается иногда в виде начинающего светиться шнура в области аэродинамической тени (следа) за стабилизатором. Сильно вытянутая и сравнительно тонкая область возникшего пламени начинает распространяться в радиальных направлениях, и к тому моменту, когда пламя заполняет все сечение трубы, вновь возникает заброс пламени.
Заброс пламени не является, конечно, обязательной формой наиболее развитых автоколебаний. Во многих случаях он просто невозможен: напрпмер, при сгорании угольной пыли в предтопке, пламени некуда «забрасываться», так как сгорание происходит в непосредственной близости от закрытого конца предтопка. Сказанное выше имело отношение только к горению в трубах за стабилизаторами.
Однако описанный частный случай важен в том отношении, что он указывает на возможность существования стадий развития вибрацнонного горения, каждая из которых может иметь свой особый механизм возбуждения и поддержания колебаний. Это говорит о полной безнадежности найти какой-то один механизм, одну причину возникновения вибрационного горения. Не только различные лабораторные установки, двигатели или топки, но даже одна и та же простейшая лабораторная установка способна в течение одного запуска дать возможность проявиться различным механизмам вибрационного горения. В заключение надо сказать несколько слов о вопросе, который часто возникает у лиц, недостаточно знакомых с теорией колебаний. Речь идет о так называемой «первой причине» возникновения автоколебаний. Коли рассматривать режимы мягкого возбуждения автоколебаний (т.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
