Вибрационное горение Раушенбах Б.В. (1014147), страница 66
Текст из файла (страница 66)
С точки зрения этого рассуждения вполне закономерно и распределение кривых, соответствующих разным 6, на рпс. 89. Чем больше 6, тем ниже идут кривые, т. е. тем ближе плоскость Х к пучности давления (ср=О), так как с увеличением 6 те же значения л можно получить при меньших по абсолютной величине возмущениях скорости Совершенно аналогично поддается рассмотрению и тот случай, когда амплитуда Х зависит не от Рп а от р,. Это может иметь место, например, при подаче топлива мало- напорными устройствами, которые изменяют количество вводимого в зону горения топлива в зависимости от противодавления окружающей среды.
Не конкретизируя рассматриваемого процесса, положим, что ~ 1 ~=-6р„ а запаздывание характеризуется углом сс (рис. 88). Тогда режим, соответствующий максимуму положительных значений Ах, определится следующими условиями: а46 зш а а,— 44+ааь соз а+ааьа ' ~8 24р = (45.14) (иа — а1 — аз6 соз а — а,бз) соз24р — а46 з1п а Гйп 24р(0, л )о. Анализ условий (45.14), аналогичных соответствующим условиям, рассмотренным несколько выше, тоже целесообразно провести на основании численных расчетов. Для того же примера (14Х1=0,1; ЛХ,=О,25) получающиеся соотношения настолько просты, что не представляется необходимым построение графиков, подобных тем, которые приведены на рис.
89. Вне зависимости от того, пола- ГаЕтСЯ ЛИ Х= ассар 11ЛИ Х ф» И ПРаКтИЧЕСКИ, ВНЕ ЗаВИ- симости от а, числитель первого из соотношений (45.14) оказывается по абсолютной величине много меньше знаменателя, а с учетом второго соотношения (45.14) угол 4р оказывается близким к нулю. Это указывает ца то, что колебательная система стремится в таких случаях ВНБРАЦИОННОЕ ГОРЕНИЕ [гл. [Х возбудить гармоники, прн которых плоскость теплоподвода будет находиться в пучности давления. Таким образом, если существенный параметр У, характеризующий горение, возмущается колебаниями скорости, то плоскость з, как бы стремится оказаться между пучностямп скорости и давления, если же он возмущается давлением, то плоскость Х как бы стремится оказаться в пучности давления.
Эти общие результаты довольно хорошо прослеживаются при сопоставлении экспериментально полученных эпюр стоячих волн давления с положением области теплоподвода относительно этих эпюр. 4 46. Экспериментальная проверка гипотезы о максимуме акустической энергии Хотя полученные в предыдущем параграфе следствия пз гипотезы о максимуме акустической энергии, излучаемой областью теплоподвода, и могут быть подтверждены рядом качественных наблюдений, желательно более четкое подтверждение этого предположения. С целью подобного рода экспериментальной проверки можно, например, задержав процесс вибрационного горения на второй стадии (поскольку колебания с ограниченными амплитудами легче подвергнуть экспериментальному исследованию), зарегистрировать амплитуды н фазы колебаний н сравнить нх с теми, которые предсказываются высказанной гипотезой. Кслн провести эксперимент по предложенной здесь схеме, то дансе положительный результат не даст, конечно, полного подтверждения высказанной выше гипотезы.
Это следует уже из того, что, как указывалось в ~ 45, гипотеза о максимуме акустической энергии указывает на отбор механизмов возбуждения по признаку Ах=Ам,„в процессе разгона колебаний. В то же время эксперимент, поставленный по предложенной схеме, даст все соотношения для процесса установившихся колебаний. Поэтому оказывается необходимым принять дополнительное предположение, что и в установившихся колебаниях, когда поток акустической энергии определяется потерями, сохраняет свое доминирующее значение механизм, отвечаю- ~ хе) зкспкгимкнтлльнля пговвгкл гипотвзы 395 щий условию Ах=Ам„. При установившихся колебаниях это будет означать стремление колебательной системы реализовать в конкретных условиях опыта процесс, дающий максимальные амплитуды колебаний.
Почти очевидно, что, измерив в эксперименте амплитуды колебаний скорости, давления и, если это необходимо, других параметров, невозможно утверждать, что онп являются наибольшими из всех возможных в конкретных условиях опыта. Поэтому проверку гипотезы можно, по-видимому, провести в несколько менее общей постановке. Наблюдая возникшее вибрационное горение с вполне определенным механизмом обратной связи и произведя необходимые измерения, можно затем путем теоретического расчета установить, были лп наблюдавшиеся колебания такими, что амплитудно-фазовые соотношения удовлетворяли условию Ах=Ам,„.
Таким образом, прн этой постановке задачи можно установить лишь то, насколько амплитудно-фазовые соотношения возникшего типа впбрационного горения соответствуют гипотезе о максимуме Аю но нельзя установить, «выбран» ли колебательной системой сам тип вибрационного горения (тип механизма обратной связи) в соответствии с указанной гипотезой. Следовательно, высказанную выше гипотезу о максимуме Ав применительно к предложенному эксперименту надо заменить ее следствием: в опыте реализуется такая величина и фаза возмущения существенного параметра зоны теплоподвода л, которая прн зарегистрированных в опыте возмущениях р, и в, дает наибольшую величину Ах. Чтобы проверить это теоретическое предположение, были поставлены специальные опыты. Опытная установка представляла собою трубу общей длиною 8 м с диаметром 100 льи.
В эту трубу подавался заранее подогретый воздух, в котором было предварительно нспарено необходимое количество бензина. Горение происходило прп относительно малых длинах камеры сгорания, ее протяженность имела порядок 800 — 900 мм. Пламя удерживалось Вивгзционнок гогкпия ~гл. 1Х стабилизатором, имевшим форму уголкового элемента, поставленного вершиной навстречу потоку. Как видно из этого краткого описания, в установке такого рода не могли проявиться механизмы обратной связи, обязанные своим существованием смесеобразованню.
Надо было ожидать, что главным будет механизм обратной связи, обусловленный периодическим вихре- образованием за стабилизатором, а следовательно, существенным параметром зоны теплоподвода, возмущения которого акустическими колебаниями замыкают обратную связь, будет эффективная скорость распространения пламени б'г Чтобы убедиться в этом, степки камеры сгорания были выполнены из кварцевого стекла, и скоростная киносъемка процесса вибрационного горения дала типичные картины периодического мощного вихреобразования за стабилизатором.
Подкрашенное пламя, которое регистрировалось киносъемкой, позволяло записывать интегральную светимость ближайшей окрестности стабилизатора па шлейфовый осциллограф, на который одновременно записывались и колебания давления.
Полученные осциллограммы показали, что колебания светимости имели частоту, совпадающую с частотой колебаний давления. Скоростная киносъемка убедила в том, что упомянутые колебания светимости связаны с изменением объема, занятого горящими (светящимися) газами, которое, как известно из гл. 1У, может быть сведено к изменению эффективной скорости распространения пламени Гг Для вычисления Ав по данным опыта следовало прежде всего найти фазу и амплитуду л = ГГ, и других величии, необходимых для расчета величины потока акустической энергии. Как видно из уравнений (45.1) условия, связывающие колебания слева и справа от зоны теплоподвода, содержат шесть коэффициентов и пять переменных.
Все шесть коэффициентов находятся, в конечном итоге, если заданы М, и М . Первая из этих величин легко измеряется непосредственно, а вторая столь же легко определяется, как только произведено измерение температуры газов за зоной теплоподвода.
Таким образом, нахождение коэффициен- ~ ~з3 экспвгимвнтальнАя пговвгкь гипотвзы 997 тов ап, а,ю ., „а,з по данным опыта труда не представляет. Измерение колебаний давления непосредственно перед зоной горения и сразу за ней (р, и р,) также не представляет технических трудностей. Из остальных трех величин — и» к, и У= (7,— лишь первая поддается измерению прн помощи термоанемометра.
Но коль скоро измерены р„р, и км две другие величины, г, и Г, могут быть вычислены, поскольку в системе двух равенств (45.1) останутся лишь два неизвестных. Вычисление Аз проще всего произвести затем по формуле (19.7) — 1 Ае = 2 (пшРзюз —,РР1)' Таким образом, замер соответствующих величин дает возможность найти поток энергии Аз, наблюдавшийся в опыте.
Чтобы решить вопрос о том, подчиняется ли этот поток энергии Аз условию Аз=Аюмо можно произвести следующие дополнительные расчеты. Поскольку в процессе определения экспериментального значения Ах найдена и экспериментальная величина ТГ„можно проанализировать, как стало бы изменяться Аю если бы Р, характеризовалось другими амплитудами и фазами при тех же самых р, и вк При этом вариации 6; следует произвести в окрестности значения 77„найденного из обработки опытных данных. Результаты соответствующих расчетов приведены на рис.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
