Вибрационное горение Раушенбах Б.В. (1014147), страница 70
Текст из файла (страница 70)
Однако известно (зто видно хотя бы пз системы (16.15), Рис. 94. Схема сгорания однороднои смеси (моли продуктов сгорания еаштрихоааны). описывающей процесс в зоне теплоподвода), что самовозбуждение акустических колебаний может происходить как при отличном от нуля возмущении теплоподвода, так и при отличном от нуля возмущении эффективной скорости распространения пламени, Влияние разнесения горения на последнюю величину следует рассмотреть особо. Если говорить о сгорании, растянутом на известную глубину, то нельзя ограничиться представлением о тонком фронте пламени, разделяющем трубу на две области: область холодной смеси и область продуктов сгорания, в которой процесс горения закончился. Фактически при растянутом сгорании в зоне химических реакций будут находиться достаточно большие моли холодной смеси, соприкасагощиеся с молями продуктов сгорания; на границах между ними будет происходить процесс горения.
Схематически зто изображено в верхней части рис. 94 (моли продуктов сгорания заштрихованы). В конце гл. Ч11 414 ВИВРАЦИОННОЕ ГОРЕНИЕ [гл. гх приводилось описание весьма действенного механизма обратной связи, обусловленного влиянием переменных ускорений (связанных с акустическими колебаниями) на тонкий фронт плазгени, рассматриваемый как поверхность раздела двух сред разной плотности. Там же было показано, что это сводится, в конечном счете, к возмущению эффективной скорости распространения пламени вследствие волнообразования на поверхности фронта.
В случае растянутого сгорания, если зона горения имеет структуру, показанную в верхней части рис. 94, упомянутый здесь механизм возмущения эффективной скорости распространения пламени, вследствие волнообразования на поверхностях раздела, будет в значительной степени ослаблен. В этом можно убедиться из рассмотрения двух схем, приведенных в нижней части рис. 94. В левой и правой частях рисунка дано поведение одного и того же моля горючей смеси, окруженного продуктами сгорания.
Граница моля является фронтом пламени. Моменты а (левый рисунок) и 6 (правый рисунок) сдвинуты во времени на г4 периода акустических колебаний, поэтому направления действующих в этп мгновения на моль ускорений противоположны. Легко сообразить (это ясно из приводившихся в конце гл. У11 общих соображений и видно из правой части рпс. 75), что если в момент а максимальное волнообразованне наблюдалось на левой границе моля, то на правой его границе будет мигпгмум волнообразования. Это следует из того, что на одной из этих границ ускорение действует от холодного газа к горячему, а па другой — от горячего к холодному. Очевидно, далее, что через полперкода, когда направление ускорения изменится на обратное, характер волнообразования тоже нзменктся (момент 6).
Та граница, на которой было сильное волнообразование, станет невозмущепной, а прежде невозмущенная покроется волнами. Учтем теперь, что эффективная скорость сгорания пропорциональна суммарной поверхности пламени. Вследствие того, что левая и правая границы моля покрываются волнами попеременно, то в среднем общая площадь поверхности раздела остается постоянной для всех моментов времени. Здесь, конечно, не учитывается неизбежное уменьшение этой поверхности вследствие.
сгора- 1 471 ВозвлиздВние и пОдАВление колвБАний 415 ния свежей смеси; учет такого явления несуществен, так как оно не носит периодического характера. Поскольку суммарная площадь границ моля перестает изменяться периодически, постольку и эффективная скорость распространения пламени не будет иметь периодической составляющей, а это и говорит о том, что возмущение эффективной скорости распространения пламени равно нулю. Следовательно, самовозбуждение исключается. Конечно, приведенные рассул.дения являются лишь грубым приближением к действительности, однако они показывают, что структура зоны горения способна существенно повлиять на возможность возбуждения акустических колебаний, причем растянутое вдоль оси трубы сгорание должно характеризоваться пониженной склонностью к самовозбуждению акустических колебаний. Подводя итог сказанному о свойствах растянутой организации горения, можно утверждать, что такая схема процесса горения склонна заметно уменыпать амплитуды возмущений как теплоподвода, так и эффективной скорости распространения пламени, и является в некотором смысле универсальным методом борьбы с вибрационным горением.
Как будет видно из 3 52, возбуждение акустических колебаний в жидкостных реактивных двигателях связано не с возмущением теплоподвода или аффективной скорости распространения пламени, а с возмущением газо- образования во фронте горения. Тев! не менее, общее заключение о том, что при растянутой организации горения возбуждение акустических колебаний менее вероятно, чем в том случае, когда горение сосредоточено в одном сечении, в известной мере справедливо и для жидкостных реактивных двпгателен. Это было показано 11рокко и Ч7кеном '), рассмотревп7ими устойчивость продольных акустических колебаний в жидкостных реактивных двигателях, в предположении, что горение сосредоточено в двух отстоящих друг от друга на конечном расстоянии фронтах горения. В том случае, когда указанные два фронта 7) С г о с с о Ь.
апй С Ь е п 3 Я. 1., Н!дЬ-Ггечпепсу Соп7Ьпввшп !ОвваЬ1111у 1и Кесаев Мовог 7711Ь сопсеп!га1еп СО7иьпв1!О7Ь 1опгп. о! 1Ье йос1сев Яос!еву 23; гй 5, 1953. 416 Вивгзционнов Гогкпнк 1га. зх располагались нужным образом (один у головки камеры сгорания, т. е. в пучности давления, а другой в узле давления), это приводило в расчетах названных авторов к уменьшению вероятности возбуждения системы. Следовательно, и в жидкостных реактивных двигателях растянутое горение (горение в двух фронтах) может оказывать демпфирующее влияние на процесс самовозбуждения продольных акустических колебаний.
Растянутая организация горения отличается от обычной тем, что вместо одной плоскости теплоподвода создаются две или болыпе. Происходит как бы нарушение обычной картины теплоподвода в продольном направлении (вдоль оси х). Мыслимо изменение организации горения и в поперечном направлении — вдоль осей, нормальных к оси м. Можно, например, сделать так, чтобы нагреванию подвергалась только часть газа, пересекающего область теплоподвода, а другая оставалась холодной. При этом за зоной теплоподвода образуется течение параллельных струй, часть которых нагрета, а часть имеет температуру газа перед зоной теплоподвода.
Если эти струи не смешиваются в непосредственной близости от источника тепла, то такое слоистое строение потока за зоной теплоподвода тоже может способствовать появлению демпфирующих эффектов. Подробное теоретическое рассмотрение этой задачи не может быть проведено здесь, поскольку выше изучалось лишь одномерное течение. Однако общие соображения показывают, что при таком слоистом строении потока возбуждение акустических колебаний становится менее вероятным. Известно, например, что при подводе тепла равномерно ко всем струям газа, пересекающим плоскость теплоподвода, тепловое сопротивление становится наибольшим по сравнению со случаями, когда то же суззмарное количество тепла сообщается лишь части струек течения, пересекающих эту плоскость. Следовательно, механизм возбуждения колебаний, связанный с возмущением теплового сопротивления, не сможет проявиться здесь в полной мере.
Ие имея возможности рассматривать здесь теоретическую сторону вопроса, сошлемся на экспериментальный факт, подтверждающий высказанные соображения. 417 Возвунсденив и подлвлвние !солввлнни В опытах Лемана ') по возбуждению звука в трубе Рийке, которые будут подробно рассматриваться в следугощелг параграфе, нагревание воздуха происходило за счет пропускания электрического тока через тонкие проволочки (диаметролг 0,2 млс), расположенные на расстояниях 2 зем друг от друга в некотором сечении трубы. Возбуждение акустических колебаний происходило лишь в том случае, если на расстоянии порядка 1 мзс от этих проволочек по потоку помещалась густая проволочная сетка.
Эта сетка нагревалась от расположенных вблизи раскаленных проволочек и передавала тепло к текущему воздуху. Удаление сетки прекращало звучание даже в том случае, если суммарное количество подводимого к воздушному течению тепла оставалось прежним. Этот эффект может быть объяснен тем, что после удаления густой сетки поток за проволочками становился слоистым, поскольку нагреваемые проволочки были расположены недостаточно густо— расстояния между ними в десять раз превышали их диалгетр. х) 1. е Ь га а и п К.
О., 0Ьег с1!е ТЬеог1е бег Ме1хлопе, Аппа1еа с1ег РЬуы!с, 5 Ро1це 29, 1937. 27 в, в, Раушенбах НЕКОТОРЫЕ ЧАСТНЫЕ СЛУЧАИ САМОВОЗБУЖДЕНИЯ АКУСТИЧЕСКИХ КОЛЕБАНИЙ й 48. Возбуждение звука в трубе Рийке Если рассмотренные в предыдущих параграфах процессы вибрационного горения были в той или иной степени связаны с подвижностью фронта пламени, то классическим примером системы, в которой подвижность поверхности теплопровода совершенно исключена, является труба Рийне. Кроме того, устанавливаемая в такой трубе сетка настольно тонка, что можно пренебрегать ее протяженностью в направлении оси трубы и поэтому полагать объем У в уравнениях Г15.5) равным нулю. Это приводит к тому, что исключается и появление подвижности некоторого эффективного фронта пламени, который иногда полезно вводить из формальных соображений.
Следовательно, труба Рийке является наиболее ярким примером возбуждения акустических колебаний тепло- подводом. Это обстоятельство делает целесообразным рассмотрение процесса возбуждения звука в такой трубе, хотя оно и не связано с каким-либо процессом горения. Как уже говорилось, труба Рийке представляет собою вертикально установленную трубу, в которой осуществляется слабый проток воздуха. Обычно этот проток связан с тем, что установленная в одном из сечений трубы нагретая сетка несколько подогревает вышележащие слои и создает таким образом тягу.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
