Диссертация (1145329), страница 20
Текст из файла (страница 20)
Для получения сверхзвукового потока газа использовалась аэродинамическаятруба вакуумного типа. Схема экспериментальной установки представлена на рис.2.30.]Рисунок 2.30 - Схема установки для изучении возможности стабилизации сверхзвуковогогорения при помощи глубоко подкритического СВЧ - разряда, созданного элетромагнитнымрезонатором, через который в сверхзвуковой поток подавался пропан.Рабочая область соединялась с ресивером, из которого откачивался воздух.Вакуумированный объем соединялся с окружающей средой плоским соплом с геометрическимчислом Маха на срезе Ма=2. Размеры выходного сечения сопла - 100х10 мм.
Опыт проводилсяс одиночным резонатором, который помещался в сверхзвуковой поток воздуха с температуройторможения Т0 около 100К. В данном случае сопло просто соединялось с окружающей средой.Поджиг резонансного разряда осуществлялся за счет помещения резонатора в фокус зеркала,!113фокусирующего квазиоптическое СВЧ-излучение. Напряженность поля в этой точке составлялаЕ0=140 В/см. Длина волны λ=12.5 см. Регулируя клапан на входе в сопло, скорость потокавоздуха можно было изменять от 12 м/с до 500 м/с (примерно, М=2). Пропан подавался просточерез трубку (рис.2.31), т.е.
его скорость, по определению, не могла превышать М=1. Даже присамой большой скорости воздуха фронт пламени не сдувался и срыва горения не происходило(рис.2.32).]Рисунок 2.31 - Схема элетромагнитного резонатора, через который в сверхзвуковой потокподавался пропан.]а)]б)Рисунок 2.32 - Горение пропана, зажженного СВЧ разрядом воздухе, при скорости потока18 м/с (а) и 500 м/с (б).Исследованная схема напрямую неприменима в двигателях, т.к. при большом расходетоплива сечение подводящего трубопровода будет также большим, следовательно необходимоприменять дополнительные меры по перемешиванию топлива с воздухом. Привлекательнымпредставляется организация плоской топливно-воздушной струи.Для исследования возможности стабилизации горения в плоских сверхзвуковых потокахбыла собрана новая экспериментальная установка (рис.2.33), состоящая из семи резонаторовдлинной 62 мм, толщиной 2 мм, высотой 3 мм, установленных с шагом в 10 мм наалюминиевом экране размером 15х15 см.
Сверху эта конструкция была накрыта листом изоргстекла толщиной 1 мм.!114λ=12,3 cmPgen≈1 kWτpul=0,4 s(9x4,5) cmН3!EН2Н1!kh10 mm(9x9) cmvfl]Рисунок 2.33 - Схема установки для исследования стабилизации горения плоского факела всверхзвуковом потоке.Между рупором, установленным от экрана на расстоянии Η1=95 мм, и самим экраноммогли размещаться два стеклотекстолитовых поглотителей сигнала (на расстоянии H2=43 мм иH3=34 мм). Мощность импульса Pgen = 1 кВт за время τ=0.4 c. Зазор между экраном и листоморгстекла непосредственно соединялся с выходным сечением плоского сопла.
В соплопоступала предварительно перемешанная смесь пропана с воздухом под атмосфернымдавлением. Расход топливно-воздушной смеси и коэффициент избытка топлива моглирегулироваться при помощи узла, схема которого показана на рис.2.34.Воздух подавался в ресивер 1 через отверстие 2 диаметром din=63 мм. Пропан подавался вресивер из баллона 3 объемом 1 л через трубку 4. По мере падения давления в баллоне припостоянном давлении и расходе подаваемого воздуха соотношение топливо/воздух изменялосьв направлении более бедных смесей. Электрический клапан 5 позволял открывать иперекрывать подачу пропана с заданной задержкой. Расход топливной смеси через сопло 6регулировался заслонкой 7, которая приводилась в движение при помощи соленоида 8.!115]Рисунок 2.34 - Схема подачи воздуха и пропана, обеспечивающая изменение расходатопливно-воздушной смеси и коэффициента избытка горючего.Геометрия и давление в баллоне были подобраны таким образом, что при первой продувкес начальным давлением 3.3 бар и конечным давлением 2.3 бар, коэффициент избытка горючегоравнялся единице (стехиометрическая смесь), при второй продувке с начальным давлением 1бар и конечным давлением 0.5 бар, коэффициент избытка горючего равнялся в среднем 0.5(бедная смесь), при третьей продувке с начальным давлением 0.3 бар и конечным давлением 2.3бар, коэффициент избытка горючего равнялся менее 0.2 (очень бедная смесь).На рис.2.35 показан разряд в чистом воздухе (а) и показания термопары (б).
Термопараобладает инерционностью, поэтому показания температуры увеличиваются не мгновенно послезажигания разряда ипадают тоже постепенно после того, как разряд погас. Цена одногоделения - 100К. Таким образом, максимальное увеличение температуры - менее 200 градусов.Разряд вызывает примерно линейный рост показания термопары до отключения. Свечениеимеет розоватый оттенок, характерный для СВЧ разряда.]]а)б)Рисунок 2.35 - Присоединенный СВЧ разряд в потоке воздуха (а) и показания термопары (б).!116В дальнейшем эксперименты проводились следующим образом.
Дроссельная заслонкаустанавливалась в положение, обеспечивающее скорость потока на срезе сопла 30 м/с. Послеоткрытия клапана воздуха и клапана пропана СВЧ разряд поджигался через 0.1 с. Заряд горел0.4 с. Клапан пропана перекрывался через 0.5 с, клапан воздуха - через 0.8 с.При начальном стехиометрическом соотношении топлива и воздуха получен яркий факел(рис.2.36-а), светящийся голубым цветом, характерным для полного сжигания пропана.Участок роста температуры на показаниях термопары (рис.2.36-б) имеет выгнутую форму,характерную для горения.]]а)б)Рисунок 2.36- Присоединенный СВЧ разряд в потоке пропан-воздушной смеси (а) ипоказания термопары (б), скорость потока 30 м/с. Стехиометрическая смесь(коэффициент избытка топлива α=1).
Начальное давление пропана 3.3 бар.При поджигании обедненной смеси с коэффициентом избытка топлива α=0.7длинафакела уменьшается, но характер горения принципиально не изменяется (рис.2.37). И наконец,при подаче очень бедной смеси с коэффициентом избытка топлива α=0.5 пламя еще болееукорачивается, а область свечения приобретает розоватый оттенок (рис.2.37-а). Сравнениепоказаний термопары (рис.2.37-б) с показаниями при зажжении разряда в чистом воздухе (рис.2.35), показывает, что горение имеет место, но его вклад в рост температуры меньше, чем вкладСВЧ-разряда.]]а)б)Рисунок 2.37 - Присоединенный СВЧ разряд в потоке пропан-воздушной смеси (а) ипоказания термопары (б), скорость потока 30 м/с.
Бедная смесь (коэффициент избыткатоплива α=0.7). Начальное давление пропана 1 бар.Рисунок 2.38 демонстрирует стабилизацию пламени на концентрационном пределевоспламенения пропано-воздушной смеси. При меньшем содержании пропана смесь не горит, акартина течения и показания термопары полностью аналогичны рис.2.35.!117]]а)б)Рисунок 2.38 - Присоединенный СВЧ разряд в потоке пропан-воздушной смеси (а) ипоказания термопары (б), скорость потока 30 м/с. Очень бедная смесь (коэффициентизбытка топлива α=0.5). Начальное давление пропана 0.3 бар.Опыты были повторены для скорости потока смеси 50 м/с и 100 м/с.
Полученыаналогичные результаты. Таким образом, продемонстрирована возможность устойчивогоподдержания горения очень бедных смесей при большой дозвуковой скорости потока.Затем была проведена серия опытов при полностью открытой дроссельной заслонке, чтосоответствовало скорости смеси около 500 м/с (М=2). В данном случае факел очень короткий игорение пропана угадывается по голубому свечению только при продувке стехиометрическойсмеси (рис.2.39-а).]]а)б)Рисунок 2.39 - Присоединенный СВЧ разряд в потоке пропан-воздушной смеси (а) ипоказания термопары (б), скорость потока 500 м/с.
Стехиометрическая смесь(коэффициент избытка топлива α=1). Начальное давление пропана 3.3 бар.При продувке бедной смеси с α=0.7 голубое свечение сохраняется, но появляются ирозовые оттенки (рис.2.40-а). Однако показание термопары указывают на то, что горение имеетместо, т.к. пик температуры выше, чем при зажигании СВЧ разряда в чистом воздухе.При продувке очень бедной смеси с α=0.5 пламя уже не видно (рис.2.41-а) и оно неугадывается и по показаниям термопары (рис.2.41-б).В результате проведенного эксперимента получено устойчивое горение смеси пропана своздухом до скоростей, соответствующих М=2 (рис.2.42).
Хорошо видны фронты горения,распространяющиеся вниз по потоку от резонаторов. При плотной установке резонаторовобразуется непрерывный стационарный фронт горения в сверхзвуковом потоке. Таким образом,при помощи присоединенного СВЧ разряда на резонаторе наиболее экономичным способомможет быть организована недосжатая детонация, которая может быть с успехом использована вСПВРД с плоской камерой сгорания.!118]]а)б)Рисунок 2.40 - Присоединенный СВЧ разряд в потоке пропан-воздушной смеси (а) ипоказания термопары (б), скорость потока 500 м/с. Бедная смесь (коэффициент избыткатоплива α=0.7). Начальное давление пропана 1 бар.]]а)б)Рисунок 2.41 - Присоединенный СВЧ разряд в потоке пропан-воздушной смеси (а) ипоказания термопары (б), скорость потока 500 м/с.
Очень бедная смесь (коэффициентизбытка топлива α=0.5). Начальное давление пропана 1 бар.]]а)б)Рисунок 2.42 - Устойчивое горение пропана в сверхзвуковом потоке (а). Фронт горения (б)совпадает с линиями распространения возмущений в сверхзвуковом потоке с М=2.2.9.4 Организация стационарного фронта горения в поперечном сечении сверхзвукового потока при помощи присоединенного СВЧ разрядаПриведенный в предыдущем пункте способ применим к случаю плоского потока, укоторого толщина мала по сравнению с шириной. В иных случаях необходимо организоватьподжигание и стабилизировать горение в поперечном сечении сверхзвукового потока (рис.2.43).Идея такого СПВРД показана на рис. 2.44.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
