ПОИСК Статьи Рисунки Таблицы Экспериментальное исследование тонального излучения, возникающего при истечении сверхзвуковых струй из "Исследования по вибрационному горению и смежным вопросам" Индексом к обозначены параметры в критическом сечеиии сопла, а индексом, 0 —параметры торможения. [c.86] Возникающий иногда при горении автоколебательный процесс является обычно нежелательным явлением, так зсак сопровождающие его мощные пульсации давления нарушают процесс горения, уменьшают полноту сгорания и нередко приводят к разрушению устройств, в которых осуществляется горение. С другой стороны, это явление может быть использовано в специально сконструированных системах сжигания для интенсификации процесса горения. И в том и в другом случае необходимо знать механизм возникновения колебаний, чтобы уметь управлять им. [c.86] В некоторых устройствах для сжигания газообразного топлива подача его осуществляется под сверхкритическим давлением, в результате чего на срезе форсунки имеет место сверхзвуковое истечение. [c.86] Собственно горение происходит в турбулентной дозвуковой части струи, поэтому в пространстве между форсункой и зоной горения струя топлива представляет собой обычную холодную или подогретую сверхзвуковую струю со всеми присущими ей особенностями периодической внутренней структурой и связанной с ней возможностью генерировать звуковые колебания определённой частоты. [c.86] Механизм возникновения таких колебаний не связан непосредственно с процессом горения, хотя последний, по-видимому, может влиять на него в ту илн иную сторону. Сверхзвуковая струя при определённых режимах истечения сама является неустойчивой, что и приводит к возникнове-лию её колебаний и излучению звука высокой интенсивности. Поэтому струю газообразного топлива можио моделировать холодной воздушной струёй, прн этом основные закономерности процесса должны сохраниться. Хотя обычно в топочных устройствах имеет место не одна струя, а система из нескольких струй, прежде всего сначала необходимо исследовать одиночную струю в свободном пространстве, а уже потом усложнять задачу, рассматривая взаимодействие нескольких струй, а также влияние близлежащих поверхностей. [c.86] Поэтому в настоящей работе рассматривается возникио вение и основные характеристики излучения дискретного тона сверхзвуковой воздушной струей при истечении в безграничное пространство. [c.87] Впервые это явление было обнаружено Пауэлом [1, 2], который исследовал некоторые его свойства и предложил гипотезу, объясняющую возникновение этого излучения как результат автоколебательного процесса. Затем последовал ряд работ других авторов [3, 4, 5]., Однако все они рассматривали струи, вытекающие нз звуковых сужающихся сопел, которые являются лишь предельным частным случаем сверхзвукового расширяющегося сопла, и как следствие этого их исследования проводились в небольшом диапазоне давлений торможения (около 5 ama). Поэтому представляло несомненный интерес исследовать, излучение дискретного тона при истечении струи из сверхзвуковых сопел различной конфигурации и насколько возможно рас ширить диапазон изменения параметров, влияющих на это излучение. [c.87] Исследования проводились оптическими методами теневым и методом Теплера, которые позволили визуализировать саму струю, её внутреннюю структуру н окружающее звуковое поле а также с помощью микрофона. Блок-схема измерений изображена на рис. 2. Измерительный тракт позволял проводить исследования в диапазоне частот от 20 и, до 70 кгц. [c.87] На этот же график нанесены экспериментальные данные из работы 19). а также результаты теоретических расчётов, выполненных в [6, 10]. [c.93] Причём максимальное отклонение от этой величины не превышает 9%, а средняя квадратичная ошибка составляет около 0,5%. [c.94] Как уже говорилось выше, режим истечения струи опре делается давлением в форкамере и соотношением размеров выходного и критического течения сопла. Поэтому и исследовалось влияние этих параметров па интенсивность и спектр излучения. [c.94] Измерения проводились при помощи микрофона, который располагался на расстоянии 1 от среза сопла под углом 160° к направлению течения струи. [c.94] Этот эффект может быть использован для определения расчётного режима истечения, так как обладает некоторыми преимуществами по сравнению с другими методами. Дело в том, что расчёт, не учитывающий потерь на тренпе в сопле (что важно для маленьких сопел), или нз за неточного измерения диаметров критического и выходного сечений сопла может давать значительную погрешность. Фотографирование внутренней структуры струи позволяет довольно точно определить расчётное давление, но этот метод весьма трудоемкий и требует много времени, кроме того, оп дает дискретные значения давлений. [c.95] От всех этих недостатков свободен предлагаемый метод. Он позволяет автоматизировать процесс измерений и получить нужный результат буквально в течение 10-н 20 секунд. [c.95] Перейдем теперь к объяснению описанного выше эффекта. Для этого посмотрим, как меняется спектр акустического излучения струи и ее внутренняя структура прп изменении давления в форкамере. [c.95] В свете вышесказанного становится понятным появление минимумов иа графиках риС. 8. Вырождение внутренней периодической структуры сверхзвуковой струи в расчетном режиме истечения приводит к ирекращеншо излучения дискретного тона, в результате чего резко снижается уровень интегрального по частоте излучения. [c.96] Режим истечения струи влияет не только на интенсивность излучения дискретного тоиа, но и на его частоту. С увеличением давления в форкамере частота излучения монотонно понижается (рис. 9). Это явление характерно для любых сопел. [c.96] Иногда при давлениях, отличающихся от расчетных, интенсивность тонального излучения на данной частоте резко снижается, но излучение ие прекращается, так как оно возникает на другой, несколько более низкой или более высокой частоте, не уступая по интенсивности предыдущему излучению (рис. 9, Р = 4,S ama-f-5,2 ата). В результате этого в графике зависимости частоты излучения от давления в форкамере появля.ются разрывы, н он приобретает вид, изображенный на рис, 10. [c.96] Зависимость частоты дискретного тона от давления в форкамере (сопло 3/3). [c.97] Аналогичные зависимости, полученные для всех сопел, позволили выяснить влияние размеров выходного некритического сечения на частоту излучения. [c.97] Вернуться к основной статье