Камеры сгорания газотурбинных двигателей Пчёлкин Ю.М. (1014167), страница 17
Текст из файла (страница 17)
Анализ результазов эксперимента должен учитывать влияние посторонних факторов, свечения продуктов реакпии, искажающего изображение наружной поверхности фронта пламени, теплообмена в потоке, при котором смазывается граница зоны высоких температур, и т. п. На рис. 24, а представлена схема горения гомогенной смеси в турбулентном потоке при центральном расположении источника зажигания (точка О). Фотографированием можно зафиксировать положение наружной границы фронта пламени — волнистую пульсирующую линию ОВ.
Температура газа в сечениях ! — ! и П вЂ” П характеризуется областями ее повышения 04 и ОБ с центральным конусом ВОВ, заполненным продуктами сгорания. Образование поверхности фронта пламени типа волнистой конической поверхности ВОВ легко можно представить, предполагая сферическое распространение поверхности фронта пламени от центрального точечного источника зажигания, с учетом сноса сфер прямым потоком со средней скоростью ш при наличии пульсаций скорости.
Очевидно, что в турбулентном потоке поверхность фронта пламени постоянно колеблется около некоторого усредненного по времени положения (рис. 24, б, нижняя часть). Результатами исследования установлено, что «эффективный» фронт пламени, образующийся в потоке (в камерах сгорания), имеет разную толщину (рис. 24, б, верхняя часть), возрастающую по ходу потока, и является фактически зоной, внутри которой колеблется поверхность фронта пламени. Этим частично объясняется расхождение результатов исследований.
Рассматривая стационарный процесс горения газовой смеси в потоке при расчете длины зоны горения, приближенно границу фронта пламени можно заменить плавной линией, положение которой будет определяться эпюрой скоростей потока, составом смеси и т, д, (рис. 25, а, кривые 7, П, П! и !)!). Рассмотрим элемент поверхности фронта пламени г(5, считая его прямолинейным ввиду малого размера (рис. 25, б). Условия стационарного существования это~о элемента поверхности фронта пламени в турбулентном потоке 3* 67 Рис.
24 Отсты ~орсини гтло~ синов сноси н потоке можно получить, зная скорость ит распространения пламени и скорость движения элемента (потока). Для упрощения рассматривается скорость течения в центре элемента, в точке О. Составляющие скорости потока ю, и сап стремятся переместить элемент фронта соответственно вдоль поверхности от точки 1 к точке 2 и по нормали п-тг к поверхности. Если положение фронта во времени не меняется, то эти составляющие скорости потока должны уравновешиватьга скоростью распространения фронта пламени в данной горючей смеси. Скорости ю„ противодействует равная, но противоположно направленная скорость распространения турбулентного фронта пламени ит(и).
Угол с(п а соответственно и угол наклона поверхности фронта )) зависят от скорости распространения пламени и„, и только при ит = 0 угол )) =- О. Очевидно, что при и, = те угол р = 90' и фронт пламени будет расположен перпендикулярно к потоку (плоский фронт). В этом случае постоянный источник зажигания становится ненужным. После единовременного поджигания горение буде~ устойчивым до тех пор, пока условие ю =- и, не нарушится. В действительности этот вид стабилизации фронта пламени очень ненадежен, так как при любом случайном нарушении равенства "Г ттис 25 Гтсиа тпоатованпв повсркпости Фронта ипамсни скоростей горение смеси смещается плп прекращается. !(рох!е того, очень трудно получить равномерное поле скоростей, необходимое для образования плоского фронта.
При постоянно действующем источнике зажигания в связи с изменением (пульсацией) величин ш и и, прп изменении турбулентности потока, состава смеси, температуры, давления и т. д. фронт пламени продолжает существовать, изменяется лишь угол наклона р, причем угол (1 увеличивается с ростом и, н уменьшением ю. По направлению составляющей скорости потока ю, элемент г(5 перемещается в направлении от точки / к точке 2. Фронт был бы снесен потоком, если бы на место сносимого элемента г/5 не поступал другой элемент из участков фронта, расположенных ближе к источнику зажигания.
Начальный элемент фронта (в вершине конуса) создается только источником зажигания и без его воздействия возникнуть не может. Таким образом, существуют два необходимых и достаточных условия устойчивого существования стационарного фронта пламени в потоке смеси: 1) наличие постоянно действующего источника зажигания достаточной эффективности; 2) равенство скоростей распространения пламени и составляющей скорости потока, перпендикулярной к фронту,(и, =- шн). Из второго положения следует условие гн ) и„в противном случае фронт пламени будет двигаться навстречу потоку (проскок).
При го ) и, существование фронта в соответствии с законом Михельсона (и, = гн соз гр) обеспечивается равенством иг„= и, при соответствующих значениях угла наклона !), определяющего конкретную форму поверхности фронта пламени. Пример. Определить длину факела /., на ноторой фронт пламени, распространяясь от центрального источника зажигания гн = О, достигнет радиуса г = А'. Предполагается, что все параметры потока смеси н скорость распространения пламени иг известны.
Лля любого элементарного участка фронта г(5 г(//г(г = 1н гр = = рг(!/созе гр) — !. Так как соз ~р = и,/в, и/ = р (ш/иг)а — ! иг. Решение получим, интегрируя левую часть равенства от О до /., а правую от О до )т, прн этом надо знать изменение скорости потока по сечению. Если внд функции ш = = /(г) не меняется от сечения к сечению, то и и = ) рг(/(г)/ит)э — ! г(г. о Интегрирование правой части всегда затруднено, что вызвано неравномерностью полей скорости потока по сечению н длине факела, сложностью функции Р (г; !); кроме того, величина иг + сопз1.
В простейшем случае, считая ш = шс =- сонм по сечению н длине факела, получим Е = й Рг(ш,ит)з — 1. Во многих случаях (газовая горелка, кольцевые стабилизаторы н др.) зажнга. нне осуществляется не в центре потока, а на периферии в точках 1 (рнс. 26, а). В этом случае форма пламени 2 будет представлять конус с вершиной, направленной по потоку. Если нсточннк зажигания убрать,то фронт пламени будет сноситься потоком (рнс 26, б) н существование стапнонарного фронта прекратятся. Рнс.
26. Поверхность фронта пламени при периферийном источнике воспламенения Детонационное горение Детонационное распространение пламени возможно лишь для смесеи, имеющих высокую реакционную способность. Концентрации отдельных компонентов в смеси, прп которых наги ~ чинзется детонация, достаточно определенные. Возникновение детонации может быть самопроизвольным, обусловленным пачальпымп условиями п ускорением пламени вдостаточно длинном канале, и искусственным, созданным посредством воздействия интенсивной ударной волны. В первом случае концентрационные границы, внутри которых возможно развитие детонационного распространения фронта, называют взрывными границами (взрывныыи пределами), во втором — детонационными. Взрывные границы более узкие, чем детонационпые, причем те и другие сокращаются при уменьшении длины канала.
Постоянное ускорение движения фронта пламени в кзналс является основным условием возникновения дегонацни. В зависимости от характера ускорения движения фронта пламени детонация возникает раньше или позже в одних и тех же смесях Начальному ускорению движения фронта пламени способствует накопление продуктов сгорания, приводящее к увеличению площади его поверхности, а значит к росту ооъемов реагирующей смеси.
Движение фронта пламени ускоряется при расширении продуктов реакц.ш в сгорону невосплзмсненной смеси. Этот процесс про. ходит по-разному в глухом и открытом с одной стороны канале, а также в каналах различного диаметрз Действие этих фзкторов имеет особое значение на первой стадии развития детонации, затем преобладают факторы турбулентного движения среды перед фронтом пламени. Механизм турбулизации потока, характер развития поверхности фронта пла. меня, влияние давления и температуры, меняющихся по длине канала — вот что опре. делает возникновение детонации.
Время, в течение которого в смеси, заполняющей канал, образуется детонационная волна, называют временем преддетонационного периода тд, а длину канала, которую проходит пламя до возникновения детонационного фронта, — длиной преддетонационного периода ьд. Длина Ед уменьшается с ростом давления смеси, Прн данной длине канала существует минимальное давление возникновения детонации.
С уменьшением длины канала величина йд становится меньше, при неиоторой минимальной длине канала детонация вообще невозможна. Возрастание йд с удлинением канала связано с увеличением объема газа, замедляющего повышение тея|пературы горючей смеси при ее поджатии и нагревании продуктамн сгорания. Это подтверждают результаты опытов (увеличение объема не удлинением канала, а сообщением его с дополнительной вместимостью). Рост диаметра канала также обусловливает увеличение йд. С повышением температуры смесн величина ьд возрастает, и при значительном подогреве смеси детонация не возникнет.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
