Прямоточные воздушно-реактивные двигатели Бондарюк М.М. Ильяшенко С.М. (1014191), страница 27
Текст из файла (страница 27)
Поверхность, разделяющая г*свт с стаоилизатоо и источник .гаваи гани я Фиг, 100. Схема строения турбулентного фронта пламени (по Щелннну), сгоревший и свежий газ в турбулентном потоке, оказывается сморщенной (фиг. 97 и 100, а). За то время,~в течение которого область нормального горения распространяющаяся со скоростью и„, сместится на расстояние х =и -., вершина турбулентной «морщины» сместится на большее расстояние х =и,т, перенося горение ~в свежую смесь (фиг. 100,6).
Скорость турбулентного распространения пламени и„во столько раз больше нормальной скорости распространения пламени, во сколько раз поверхность сморщенного фронта больше гладкой поверхйоети ламинарного фронта (6. 69) где  — некоторый коэффициент, мало отличающийся от единицы и определяемый опытным путем. Иначе: (6. 70) Поскольку нормальная скорость распространения пламени и» измеряется десятками сантиметров в секунду (см. табл. 6. 8), то при больших пульсационных скоростях ш,гви,>) и„, и,=го,, =его.
(6. 71) Скорость турбулентного горения и, перестает зависеть от природы горючего и определяется пульсационной скоростью или соответствующей ей интенсивностью турбулентности. Угол наклона турбулентной зоны горения к направлению невозму щенного потока в соответствии с формулой Михельсона (6. 67) тогда определяется только интенсивностью турбулентности г. 51П а= — = а. (6.
72) 183 Формулы Щелкина оправдываются на опыте лишь в первом приближении. В последние годы Е. С. Щетинковым и за рубежом М. Саммерфильдом независимо друг от друга были развиты теории объемного турбулентного горения, согласно которым горение происходит не в искривленном фронте пламени, а во всем объеме факела, температура которого постепенно возрастает по мере удаления от источника зажигания. Шлирен-фотографии отдельных турбулентных молей горящего газа приводятся на фиг. 101. Теоретическое и экспериментальное исследование турбулентного горения еще далеко ие закончено. Полученные к настоящему времени опытные данные говорят в пользу того, что увеличение интенсивности турбулентности мелкого масштаба способствует увеличению скорости горения При некоторых условиях спокойное турбулентное горение может перейти в пульсационное горение или в детонацию.
Детонационное горен и е представляет собой распространение зоны реакции с чрезвычайно большой скоростью: от 1000 до 3000 м/сек. Зону реакции, распространяющуюся с большой скоростью, называют детонааионной волной. Важный вклад в теорию детонации ~внесли работы Я. Б. Ф 1о1 с Зельдовича, ~~~1п'1пя~ и Й Детонациониые волны об некоторыми важными свойствами. Скорость детонациониой волны не зависит от размеров камеры сгорания, если ее диаметр больше некоторого предельного значения. Скорость распространения детонационной волны мало зависит от исходных температуры и давления.
Так, например, скорость распространения детонации в стехиометрической смеси водорода и кислорода при изменении давления от 200 до 1500 мм. рт. ст., т. е. в 7,5 раз, меняется от 2630 до 2870 м!сек, а при изменении температуры от 10 до 100' С вЂ” от 2820 до 2790 м7сек. Скорость детонацнонных волн в большой степени зависит от природы горючего с окислителем и от состава смеси: при обеднении смеси скорость детонации убывает. При достаточном разбавлеиии детонациоиное горение переходит в обычное медленное распространение пламени.
Детонациоиные явления связаны с ударными волнами. Детонационное горение возникает тогда, когда повышение температуры в ударной волне достаточно для воспламенения смеси. Ско- 184 рость детонации равна скорости распространения ударной волны н. продуктах сгорания при температуре, устанавливающейся к концу сгорания. В поршневых двигателях детонационное горение («стук»), приводящее к выкрашиванию поршня и стенок камеры сгорания, крайне- вредно.
Вопрос о возможности использования детонационного горения в реактивных двигателях еще недостаточно изучен. й 8. ПРЕДЕЛЫ ВОСПЛАМЕНЕНИЯ УГЛЕВОДОРОДОВ. ПЕРИОД ИНДУКЦИИ Пламя от источника зажигания может распространяться по всему объему смеси лишь при выполнении определенных условий. Если тепловыделение источника зажигания (например, искры) недостаточно, смесь не воспламенится.
При изменении состава смеси могут быть достигнуты некоторые пределы, за которыми никакой местный источник зажигания не вызовет горения. Наибольшее относительное содержание горючего в смеси, при котором еще возможно воспламенение смеси, называется верхним пределом воспламенения. Наименьшее относительное содержание горючего в смеси, при котором еще возможно воспламенение смеси, называется нижним пределом воспламенения (табл. б. 9). Та 6 ли ца 6.9 Концентрационные пределы воспламенении углеводородов при р=! «г!смл и 1=!5сС в объемных процентах Молекуллрный вес Пределы восплаиеиения Горючее Формула верхний нижний 15,00 12,45 6,00 16 29 100 114 5,00 3,22 1,00 0,95 Метан Этан Гептан Октан СН4 С2Н6 С,Н,а СаН!а 185 Пределы воспламенения зависят от начальных температуры и~ давления смеси, от способа зажигания и от состояния газа, С увеличением температуры смеси и мощности поджигающего источника пределы воспламенения расширяются (фиг.
102, б). Для потока газа. пределы воспламенения обычно иные, чем для неподвижного газа. Изменения давления также влияют на пределы воспламенения: если давление понижается ниже атмосферного, пределы воспламенения сужаются и, наконец, сливаются: воспламенение становится невозможным; если давление становится выше атмосферного, пределы воспламенения изменяются незначительно. Для одних смесей повышение давления вызывает расширение, для других — сужение пределов воспламенения. о Е гг гз ",3 ае е иы ц2 ст гз ез ч Ю 50 сгпо еслламененн лг с мена ла л ны ение реалии ласте ел угр оы им ы о и се Ы оы ьз Ы см ЗВВ сВВ Вар ЫЮ Температура В Г Фиг. 102. Пределы воспламенения. .А — зависимость давления воспламенения от температуры,  — зависимость скорости реакции от температуры при различных давлениях (в см рт.
ст.);  — зависимость состава смеси от темпеРатуРы. центах г, от которых нетрудно перейти к весовому содержанию нли к коэффициенту избытка воздуха а, если молекулярные веса горючего ре и воздуха н, известны. Парциальное давление горючего и воздуха в горючей смеси р„=гр; р,=(! — г)р. 16. 73) Газовая постоянная горючего 848 )тг =— г рг Весовое содержание горючего и воздуха в 1 м" смеси л,т 17„т ' ' Р~т йт (6. 74) Коэффициент избытка воздуха ог 1 — г' рв а= — "= Еба гв рг (6. 75) 186 Пределы воспламенения связаны со скоростью распространения пламени Рц если и=О, пламя в смеси не распространяется, горение невозможно, верхний и нижний пределы воспламенения слиты друг с другом.
При увеличении скорости распространения, происходящем, например, при увеличении температуры смеси, пределы воспламенения расширяются. Содержание горючего ~в смеси, соответствующее верхнему и нижнему пределам воспламенения, обычно выражают в объемных про- Горение смеси, лежащей в пределах воспламенения при зажигании искрой, наступает не мгновенно, а по истечении измеримого промежутка времени Время, протекающее от момента поджигания го. рючей смеси, до момента появления фронта пламени, который может быть зарегистрирован, называется периодом индукции, Период индукции обычно наблюдают при воспламенении горючей смеси в бомбе, рост давления в которой регистрируется осциллографом, Во время периода индукции давление повышается не намного (фиг, '103). По истечении периода индукции рост давления происходит с большой конрчное диблени е На на лоно дадленае Фиг, !03.
Изменение скорости окисления углеводо- родов со временем à — нернод индукции. Кривые о н Ь относятся к смесям углеводородов с кислородом, кривая с †к так же смеси с забавкой альдегнда. скоростью и заканчивается по ~выгорании всей смеси. Период индукции наблюдается при воспламенении смесей углеводородных горючих с воздухом. Переход от периода индукции к реакции, идущей с заметной скоростьйг, происходит постепенно. Существование периода индукции объясняется тем, что молекулы углеводородов с кислородом непосредственно не соединяются и реакция имеет цепной механизм. В течение периода индукции в смеси накапливается достаточное количество активных частиц, присутствие которых необходимо для развития цепных реакций, приводящих к окислению углеводородов.
Небольшая примесь альдегидов сокращает период индукции (фиг. 103, кривая с). Пример. Найти наибольший и наименьший избыток воздуха, при котором возможно гоРение гептаиа, если «н= 1ы; г, =бзб. Содержание углерода в гептане — 0,84, водорода — 0,16, 1.=0,84 11,5+ + 0,13. 34,5 = 15,17.
Пользуясь формулой (6.73), определяем: наибольший избыток воздуха (нижний предел) 99 28,9 стах= = 189, 1 100.15,17 наименьший избыток воздуха (верхний предел) 94 28,9 аж!а — — —— 0,30 6.100 !5,!7 й З. СТАБИЛИЗАЦИЯ ПЛАМЕНИ Если поток горючей смеси, состав которой находится в пределах воспламенения, протекает с большой скоростью (порядка 100 мусли) мимо источника зажигания (например, электрической искры), мощ- 187 ность которого недостаточно велика, то баланс тепла окажется неблагоприятным, температура смеси не достигнет Т .
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
