ПОИСК Статьи Рисунки Таблицы Механизмы обратной связи, имеющие в основе гидромеханические явления из "Вибрационное горение" ПО схеме, близкой к той, которая приведена на рпс. 60. Разрыв между трубой, в которой располагалась зона горения, и соплом, подающим бепзо-воздушную смесь, превышал калибр трубы. К тому же подающая смесь труба имела больший диаметр, чем труба, в которой располагалась камера сгорания. Все это приводило к, тому, что колебания, происходящие в трубе с камерой сгорания, никак не передавались в ресивер, в котором были расположены форсунки и готовилась смесь. Это обстоятельство было подтверждено прямыми замерами колебаний давления в ресивере. Таким образом, полностью исключалось возможное взаимодействие акустических колебаний в трубе со смесеобразованием, идущим в ресивере. И все же вибрационное горение возникло. Приведенные на рис. 51 результаты опытов были получены на такой именно установке. [c.297] Отсюда следует, что помимо смесеобразования могут существовать какие-то другие процессы, которые дают возможность образоваться обратной связи. Ряд этих процессов можно объединить по тому признаку, что все они связаны с гидродинамическими процессами в движущемся по трубе газе. В основе этой группы механизмов обратной связи лежит то, что возникающие при горении акустические колебания существенно изменяют характер течения, сообщая ему периодическую составляющую. Чтобы придать этому общему утверждению известную наглядность, приведем здесь результаты одного эксперимента. [c.297] МИ при ветре с собственными колебаниями этих труб). В этих работах показано, что при колебаниях твердого тела с определенной частотой частота срывов вихрей может перестроиться и стать равной этой задающей частоте. Важно при этом отметить, что и само вихреобразование становится в этом случае более мощным. [c.299] Естественно поэтому предположить, что если возникло вибрационное горение, то в результате колебаний воздушного потока около неподвижных твердых тел вихреобразование перед зоной горения может перестроиться и начать происходить с частотой акустических колебаний. [c.299] Этому могут способствовать и колебания давления. Приведенные во второй главе эпюры стоячих волн давления показывают, что в участках, отдаленных от пучности давления, существует отличный от нуля градиент давления, взятый вдоль оси течения. Из теории течения вязкой жидкости известно, что наличие в потоке градиента статического давления определенного знака может приводить к отрыву потока от стенок вследствие влияния этого градиента на течение жидкости в пограничном слое. Не вдаваясь в подробности, связанные с этим вопросом, укажем лишь, что во время акустических колебаний градиент статического давления будет периодически меняться, изменяя, в частности, и свой знак каждые полпериода. Поэтому, грубо говоря, в течение каждого периода колебаний будет существовать момент, когда отрыв пограничного слоя (т. е. образование вихря) будет особенно вероятен. [c.299] Таким образом, не только колебания скорости потока, но и колебания давления будут способствовать вихреобразованию с периодом, равным периоду акустических колебаний. [c.299] Высказанные здесь общие соображения были подтверждены специальными экспериментами. Схема экспериментальной установки по существу изображена на рис. 69. Труба, в которой была расположена камера сгорания, обдувалась свободным потоком. Входная часть этой трубы допускала возникновение мощных вихрей. Для того чтобы разорвать возникающую при этом связь между процессами вихреобразования и горения, в сечениях, близких к зоне горения, были установлены две спрямляющие решетки. Опыты заключались в толе, что изучался процесс горения (с точки зрения возможности возбуждения вибрационного сгорания) со спрямляющими решетками и без них. При постепеннодг увеличении подачи горючего (уменьшении коэффициента избытка воздуха а) наблюдалось изменение характера колебаний. [c.302] Результаты измерения колебаний скорости дали степень завихренности без спрямляющих решеток 70%, при установке спрямляющих решеток — 20%. Относительно приведенных здесь численных данных надо заметить следующее. Применявшийся в опытах термоанемометр не был приспособлен для замера столь интенсивной турбулентности. Поэтому приводимые здесь численные данные следует рассматривать как качественную характеристику степени завихренности потока. Они не оставляют сомнения в том, что установка решеток заметным образом уменьшает степень завихренности потока. [c.303] Таким образом, в описанном опыте (и ряде других) совершенно ясно сказалось благотворное влияние разрыва связи между вихреобразованием перед зоной горения и процессом сгорания. [c.304] Конечно, установка спрямляющих решеток не является единственным способом разрыва этой связи. Если вихреобразование обязано своим возникновением наличию плохо обтекаемого тела во входных участках, то тот же эффект может быть достигнут удалением этого тела или приданием ему удобообтекаемой формы. Важность таких мероприятий иллюстрирует кривая б на рис. 70. Эта кривая соответствует опытной установке со спрямляющими решетками, отличающейся тем, что за решетками на стенках трубы располагались (из конструктивных соображений) бабышки в форме параллелепипедов. Когда им была придана удобообтекаемая форма, вибрационное горение прекратилось и относительные амплитуды колебания давления упали до допустимого уровня = 0,1. [c.304] При желании представить рассмотренный механизм обратной СВЯЗИ в виде аналитических зависимостей возникают известные трудности. Они связаны с недостаточной разработкой вопросов вихреобразования и отсутствием количественных данных о влиянии приносимого в зону горения вихря на изменение конфигурации фронта нламени. [c.305] Последняя формула написана в предположении, что отрыв вихря связан с колебаниями скорости в точке А, постоянная С включает численную характеристику отрывающегося вихря (его фазу и амплитуду, которая считается пропорциональной возмущению в точке А). Как видно из (36.2), и в этом случае возникает обратная связь с запаздыванием. [c.305] При нормальном горении процесс вихреобразования за стабилизатором подчиняется обычным закономерностям и в общем его характер не зависит от того, происходит обтекание стабилизатора холодным воздухом или горячей смесью, которая сгорает за ним. При этом фронт пламени за стабилизатором имеет характер несколько подвижного, хаотически деформирующегося конуса, со средним положением фронта пламени вдоль линий АЕ и АЕ. [c.306] Вместо существования более или менее стабильного конусообразного фронта пламени за стабилизатором наблюдается четкий периодический процесс. [c.307] Описанное здесь явлепие было зафиксировано скоростной киносъемкой картины горения за одиночным коническим стабилизатором через прозрачное окно, вделанное в стенку цилиндрической трубы диаметром 200 мм, в которой изучалось вибрациоиное горение. Последовательность наиболее характерных кадров, запечатленных киносъемкой, приведена иа рис. 72. Следует заметить, что в этих опытах в горючее подмешивались малые количества специального вещества, сообщавшего пламени свойства яркого свечения. [c.308] Чтобы показать, что частота срыва горящих молей (частота вихреобразования) совпадает с частотой акустических колебаний, в тех же опытах производилась одновременная запись на шлейфовый осциллограф колебаний двух величин — давления и светимости пламени в зоне горения. Установленный на должном расстоянии от кварцевого стекла фотодатчик позволял записывать интегральную светимость зоны горения, которая была пропорциональна видимой площади горящих молей. Поэтому периодические отрывы горящих молей от стабилизатора и их постоянное возобновление, показанное на рис. 72, должно было привести к периодическому изменению показаний фотодатчика. Соответствующие записи па ленте осциллографа приведены на рис, 73, Легко видеть, что частоты колебаний светимости и давления полностью совпадают, что подтверждает факт перестройки ироцесса вихреобразования и горения на акустическую частоту. [c.308] Осциллограмма записи колебаний давления и светимости зоны сгорания Ф при вибрационном горении. [c.308] В этом выражении постоянный множитель при отличается от постоянного множителя в формуле (36.3), как это видно из сравнения выражений (36.1), (36.3) и (36.4), на единицу. [c.309] Если бы оказалось, что срыв вихря связан не только с колебаниями скорости, но и с колебаниями давления, то формулы (36.3) и (36.4) приобрели бы более сложный вид — в правых частях вместо у, оказалась бы линейная комбинация и Таким образом, тип обратной связи характеризуется в этом случае отсутствием запаздывания, порожденного переносом возмущающей горение причины потоком, т. е. соответствует схемам, изображенным на рис. 66, а и б. [c.309] В настоящем параграфе всюду говорилось о способности вихреобразования подстраиваться к частоте акустических колебаний. Этот факт наблюдался непосредственно и при изучении вибрационного горения. Скоростная киносъемка картины горения за одиночным коническим стабилизатором, которая приводилась несколько выше, подтвердила существование указанной связи между вихреобразованием и акустическими колебаниями. Интересно отметить, что лесенка частот, приведенная на рис. 51, была получена при горении заранее подготовленной смеси за коническими стабилизаторами. Зафиксированное скачкообразное изменение частот косвенно свидетельствует о том, что способность вихреобразования подстраиваться к частоте акустических колебаний весьма велика. [c.310] Вернуться к основной статье