Возбуждение вибрационного горения

В большинстве случаев различного рода топки, камеры сгорания двигателей и т. п. содержат в качестве одного из основных элементов устройства для подготовки горючей смеси. Нередко эти устройства выполняются в виде форсунок для распыла топлива перед зоной горения. Иногда применяются и другие конструкции. Какими бы ни были устройства для подготовки горючей смеси, если только они существуют, процесс смесеобразования может самым существенным образом сказаться на горении и, в частности, на возбуждении вибрационного горения. Проще всего это видно из таких соображений. Смесеобразование может характеризоваться известной неравномерностью. Если эта неравномерность будет к тому же иметь периодический характер, то в зону горения будет попадать смесь с периодически изменяющимся коэффициентом избытка воздуха или с периодически изменяющимся соотношением между горючим в жидкой и паровой фазе и т. п. Это может приводить как к появлению колеблющегося тепловыделения, так и к подвижности фронта пламени, а следовательно, к поддержанию колебаний. Подобный случай уже рассматривался в 25. Однако упомянутый случай не исчерпывает всех возможностей и поэтому приведенные здесь общие соображения целесообразно несколько конкретизировать, описав более подробно типичные механизмы поддержания колебаний, связанные с процессом смесеобразования. [c.286]

Если бы смесеобразование было единственным процессом, способным обеспечить реализацию некоторого механизма обратной связи, то с вибрационным горением было бы чрезвычайно просто бороться. Достаточно было бы готовить горючую смесь в отдельном ресивере, акустически изолированном от камеры сгорания, чтобы вибрационное горение никогда не возникало. Однако прямые опыты опровергают это. Были, например, поставлены эксперименты по возбуждению вибрационного горения в трубе, которая обдувалась не воздухом, а заранее подготовленной смесью бензина с воздухом. Эта смесь готовилась в отдельном ресивере, опытная установка была выполнена [c.296]

Сказанное можно проиллюстрировать таким простым примером. При возбуждении вибрационного горения В неподвижном газе, заключенном в трубе с одним закрытым концом, основным механизмом обратной связи является механизм, связанный с воздействием периодически изменяющихся ускорений на фронт пламени. Совершенно очевидно, что по мере медленного перемещения фронта пламени по горючей смеси он последовательно переходит из области, в которой фазы ускорения были в должном соответствии с фазами колебаний давления, в область, где это соответствие нарушается (это связано с тем, что по разные стороны пучности давления колебательные составляющие скорости направлены в разные стороны). Если бы предположение о решающей роли фазовых соотношений было правильным, то колебания должны были бы прекратиться. В действительности н е возбуждаются колебания другой частоты ). [c.407]

Описаны методы борьбы с возникновением режима вибрационного горения при работе панельных горелок, методы изменения собственной частоты колебания горелки и топочного объема, разрыв обратной связи с помощью резонансных звукопоглотителей, указывается коэффициент усиления энергии при возбуждении вибрационного горения. [c.312]

В последние годы проблема возбуждения акустических колебаний в газовом столбе, в котором происходит горение, стала весьма злободневной. Это вызвано тем, что ряд практически важных задач, связанных с созданием высокофорсированных камер сгорания, не может быть решен без тщательного анализа явления, которое иногда называют вибрационным горением. Указанное обстоятельство находит свое отражение в большом количестве статей, публикуемых в зарубежных изданиях. [c.6]

Рассматриваемые ниже автоколебания акустического типа можно охарактеризовать как вызванные наличием обратной связи. В случае возбуждения автоколебаний процессом горения (вибрационное горение) обратная связь будет приводить к влиянию акустических колебаний на процесс горения. Поэтому в специальной главе будет рассмотрен целый ряд физических явлений, приводящих к замыканию подобной обратной связи. Однако в большинстве теоретических расчетов обратная связь не конкретизируется, а вводится чисто формально, как зависимость существенного параметра в зоне горения (на поверхности разрыва 2) от величины колебательной составляющей скорости или давления. [c.21]

Слагаемые Р% ш Q в системе (15.7), как правило, будем опускать, так как первое из них не играет заметной роли в процессе вибрационного горения, а второе (соответствующее теплоподводу, не связанному с пересечением горючим границ области V) проявляется лишь в специальных случаях (возбуждение колебаний нагретыми сетками, введение горючего непосредственно в зону сгорания). [c.122]

Рис. 52. Осциллограмма колебания давления при вибрационном горении. Пример одновременного возбуждения двух частот.

Формулы (35.4) и (35.5) в совокупности указывают, что и It этом случае имеет место обратная связь с запаздыванием, существенно зависящим от ф. Необходимо подчеркнуть, что, в отличие от предыдущего случая, рассмотренный механизм обратной связи может играть заметную роль при возбуждении акустических колебаний в трубах, в которых сгорает распыленное жидкое горючее. Казалось бы, что тогда путем незначительных смещений коллектора можно подобрать такое его положение, при котором колебания были бы подавленными. Однако и в этом случае по причинам, которые будут изложены ниже, такой метод борьбы с вибрационным горением оказывается малоэффективным. [c.294]

Можно было бы рассмотреть здесь для подтверждения сказанного и другие случаи вибрационного горения, например возбуждение колебаний в потоке заранее подготовленной горючей смеси нри сжигании ее за некоторым поджигающим устройством — хотя бы газовой горелкой [c.374]

Заброс пламени не является, конечно, обязательной формой наиболее развитых автоколебаний. Во многих случаях он просто невозможен например, при сгорании угольной пыли в предтопке, пламепи некуда забрасываться , так как сгорание происходит в непосредственной близости от закрытого конца предтопка. Сказанное выше имело отношение только к горению в трубах за стабилизаторами. Однако описанный частный случай важен в том отношении, что он указывает на возможность существования стадий развития вибрационного горения, каж дая из которых может иметь свой особый механизм возбуждения и поддержания колебаний. Это говорит о полной безнадежности найти какой-то один механизм, одну причину возникновения вибрационного горения. Не только различные лабораторные установки, двигатели или топки, но даже одна и та же простейшая лабораторная установка способна в течение одного запуска дать возможность проявиться различным механизмам вибрационного горения. [c.380]

В этой связи можно выдвинуть следующую гипотезу в процессе развития вибрационного горения колебательная система стремится реализовать такой механизм возбуждения и такие амплитудные и фазовые соотношения, кот-орые дают в конкретных условиях опыта максимум [c.382]

Возбуждение и подавление вибрационного горения [c.401]

Выше уже говорилось о том, что в зависимости от конкретных обстоятельств вибрационное горение (возбуждение акустических колебаний теплоподводом вообще) может быть процессом, который желательно организовать, [c.401]

В тех случаях, когда механизм вибрационного горения иной, весь процесс поисков оптимальных условий возбуждения надо перестроить соответствующим образом, руководствуясь описанием механизмов обратной связи, приведенным в гл. VII. [c.403]

Исходя из гипотезы о стремлении колебательной системы реализовать тот процесс, который дает максимум потока акустической энергии А , излучаемой областью теплоподвода, можно сделать следующее важное заключение. Возбуждение колебаний связано с должным соотношением между амплитудами и фазами возмущенного теплоподвода Q и возмущения скорости распространения пламени 7,, с одной стороны, и акустических колебаний, — с другой стороны. Поэтому в принципе борьба с вибрационным горением может осуществляться как путем нарушения фазовых соотношений, так и путем изменения соотношений между амплитудами Q и и амплитудами акустических колебаний. Однако первый из названных путей фактически почти никогда не может привести к цели. Действительно, пусть в возбужденной автоколебательной системе рассматриваемого типа существует некоторое фазовое соотношение, которое удастся изменить в нужном направлении. Тогда возбужденные колебания затухнут, но при этом почти наверняка возбудятся другие, характеризуемые другой частотой, при которой это изменение параметра не сможет помешать возбуждению колебаний. Кроме того, процесс горения в реальных топках имеет такое большое количество степеней свободы , что принудительное изменение фазы какого-либо одного из звеньев сложной цепочки причин и следствий оставляет достаточно много возможностей для самопроизвольного изменения фаз в других звеньях в соответствии с гипотезой [c.406]

Вторым возможным путем, как указывалось выше, является нарушение необходимых амплитудных соотношений. Здесь можно воспользоваться следующими результатами, полученными в предыдущих главах. Если возбуждение системы связано только с то нри < =0 колебательная система устойчива если возбуждение связано только с и , то при /5=0 колебательная система устойчива или нейтральна. Поскольку оба эти результата были получены при пренебрежении потерями энергии в окружающую среду, то для реальных систем будет справедливо такое утверждение при =0 и / О колебательная система всегда устойчива. Таким образом, главным в подавлении вибрационного горения является всемерное уменьшение амплитуд и Ну Одним из средств, ведущих к этой цели, является растянутая организация горения. Покажем это на двух примерах, имеющих качественный характер. [c.407]

По мере форсирования различного рода промышленных топок становится все более вероятным возбуждение в них колебаний, связанных с вибрационным горением. Как уже говорилось во введении, в некоторых случаях эти колебания являются полезными и конструктор стремится вызвать их соответствующими мерами, В других случаях возникновение вибрационного горения крайне нежелательно и появление таких режимов при работе топки вызывает повреждения конструкции, преждевременный выход из строя отдельных устройств и т. II. [c.459]

Можно полагать, что возникновение и поддержание колебаний при вибрационном горении связано с явлением возбуждения резонатора. [c.117]

S <.2 (большое трение в ниппелях, малое воздействие давления на скорость истечения), экспоненциальный множитель убывает и возмущение затухает. Это соответствует устойчивому состоянию горелки. Если V > О, а следовательно, s > г, множитель растет и возмущение колебательно нарастает. Эго — область возбуждения, т. е. область вибрационного горения. Значение s = г соответствует границе устойчивости, когда в системе возможны малые колебания с постоянной амплитудой. [c.120]

Связь вибрационного горения с акустическими колебаниями газового столба хорошо иллюстрируется фафиком рис. 6.17, где для одной из испытанных горелок замеренные в опытах интервалы возбуждения и частоты колебаний давления (отрезки сплошной линии) сопоставлены с акустическими частотами, рассчитанными по формуле (6.71) (штриховые линии). [c.515]

Однако и очень высокие давления подачи топлива (например, в ГТУ, работающих на жидких топливах) не могут застраховать камеру от возбуждения вибрационных режимов горения, поскольку реализация обратной связи возможна также через изменение расхода поступающего в зону горения воздуха и вероятность такого механизма тем выше, чем меньше гидравлическое сопротивление камеры сгорания (также характерно для стационарных ГТУ). [c.516]

Из всего многообразия возможных механизмов обратной связи колебательная система избирает в процессе возбуждения и развития вибрационного горения тот, кото- [c.516]

Успех экспериментального изучения явления в значительной мере определяется удачным выбором модели. Весьма подходящей моделью одного из механизмов возбуждения вихревого вибрационного горения является система, в которой плоский ламинарный диффузионный факел обдувается спутной струей воздуха в переходном режиме течения. Система названа струйно-вихревое пламя . [c.19]

Более того, если даже известен ожидаемый механизм возбуждения, то почти всегда остается открытым вопрос о том, каковы будут амплитудные и фазовые соотношения между колебаниями газовых масс и процесса горения. Как правило, эти соотношения расчету не поддаются. Действительно, очень трудно, например, рассчитать фазу отрыва вихря в подводящем канале и его размеры. Если и можно рассчитать, например, фазу колебания состава смеси к моменту подхода ее к стабилизаторам, то учесть все многочисленные факторы, от которых зависит воспламенение этой смеси, сейчас невозможно. Невозможно рассчитать все периоды индукции, предсказать видоизменение конфигурации поверхности пламени и т. д. Таким образом, на пути предсказания вероятности вибрационных режимов работы двигателя или камеры сгорания встают серьезные трудности. [c.382]

Описанное явление наблюдалось в специальном эксперименте. Свободно обдуваемая воздушным потоком труба имела телескопическое устройство, которое позволяло непрерывно наращивать длину входного участка, не изменяя режима обдува входного сечения. В концевой части трубы располагалась зона горения. После возбуждения вибрационного горения производилось медленное увеличение длины холодной части трубы и велось непрерывное наблюдение за изменением частот колебаний. Частоты колебаний первоначально имели тенденцию к снижению, но затем скачкооб1)азно повышались до исходного значения. [c.242]

Экспериментальным подтверждением полученных здесь теоретических выводов может служить наблюдение, сделанное Киркбп и Уилером ), Указанные авторы пишут, что ири диаметре трубы 100 мм возбуждение вибрационного горения в ней становилось возможным лишь прп общей длине трубы, превышающей 1400 мм. [c.264]

Полученная здесь формула (49.22) является аналитической записью того факта, который уже подвергался обсуждению несколько выше — возбуждение вибрационного горения (т. е. получение положительной секундьюй работы Ле) связано как с наличием отличного от нуля возмущения давления р , так и отличного от нуля волнообразования на поверхности пламени (б15)(,. Если раньше [c.457]

В заключение настоящего параграфа сделаем одно замечание. Во всех предыдущих разделах многократно подчеркивалось, что в конечном итоге причиной возбуждения вибрационного горения является возмущение теплоподвода или эффективной скорости распространения пламени. В случае возбуждения акустических колебаний в жидкостных реактивных двигателях основным является возмущение газообразования (возмущение расхода некоторого источника массы, расположенного в зоне горения). Следовательно, вибрационное горение может иметь самую различную природу. В общем случае оно может возбуждаться за счет любого слагаемого, входящего в систему (15.5) и описывающего процесс внутри области (Т. Это может быть ЬМ (рассмотренный только что случай), (труба Рийке), подвижность фронта пламени, т. е. отличие от нуля входящих во все три уравнения частных производных от интегралов по объему V (случай, рассмотренный в 49), возмущение теплотворной способности смеси 6 1 и полноты сгорания Ьд —Ьд (пример, приведенный в 25). Наконец, возбуждение акустических колебаний может оказаться связанным с отличием от нуля слагаемого ЬР . Этот процесс реализуется, например, в тех случаях, когда в зоне о происходит периодический срыв вихрей (без горения). Тогда взаимодействие вихреобразования с акустическими колебаниями может привести к самовозбуждению колебательной системы. Поскольку этот случай никак не связан с процессом горения, он в книге не рассматривался. [c.497]

Рис. 6.16. Влияние типа газогорелочного устройства на линейные интервалы возбуждения вибрационного горения в камере и влияние на них режимных параметров юэффициента расхода (избытка) воздуха в пламенной трубе (а) и скорости воздушного потока (б) Г— газ В — воздух

К сожалению, работы иностранных авторов посвяп епы главным образом вопросам возбуждения неустойчивости в ракетных двигателях, и, следовательно, могут иметь сравнительно узкую сферу приложения. В то же время известно, что аналогичные явления наблюдаются в промышленных топках, экспериментальных установках для изученпя процессов сгорания, в ряде физических экспериментов (труба Рийке) и т. п. Поэтому уже давно назрела необходимость в более общем, чем обычно, рассмотрении проблемы возбуждения акустических колебаний теплоподводом (в частности горением). Одной из задач, которая ставилась при написании этой книги, была попытка разработки основ систематической теории процесса вибрационного горения, позволяющей рассмотреть все множество частных случаев с единой точки зрения. Однако рассмотрение конкретных инженерных проблем в рамках настоящей книги было бы нецелесообразным. Это значительно увеличило бы объем книги, а главное, затрудни.ло бы исследование сути явления и разработку общих методов, поскольку внимание читателя неизбежно распылялось бы детальным анализом различных частных вопросов. Кроме того, не следует забывать, что актуальные сегодня инженерные задачи могут стать неинтерес- [c.6]

Несмотря па то, что вибрационное горение известно давно, и ему пссвящепо сранительно много работ, далеко не все вопросы теории этого явления разработаны. В результате осповныо теоретические выводы сводятся к утверждению, что частоты колебаний определяются акустическими свойствами системы, условия возбуждения сводятся к критерию Рэлея (неточность которого будет показана в гл. III), а из большого количества возможных механизмов обратной связи до сих пор достаточно подробно рассмотрен (применительно к жидкостным реактивным двигателям) лишь так называемый механизм Крокко. [c.10]

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]

Надо сказать, что как неустойчивость фронта пламени в смысле Ландау, так и связанная с нею ячеистая структура этого фронта не имеют прямого отношения к вибрационному горению, т. е. возбуждению акустических колебаний в трубах. Для наблюдения этих эффектов нет никакой необходимости в акустическргх колебаниях среды. Однако если акустические колебания возникли, то они могут оказать мощное воздействие на рассмотренный вид неустойчивости самого фронта пламени. Действительно, нри акустических колебаниях, если то.лько фронт пламени пе находится в узле скорости, его будет таскать за собою колеблющаяся среда. При этом неизбежно возникновение ускорений, действующих на фронт пламени, отличных от нуля даже тогда, когда земное ускорение на него не действует (вертикальное ноложение фронта пламени). Поскольку ускорение, связанное с колебаниями среды, будет периодически менять знак, постольку периодически будет усиливаться или ослабляться неустойчивость фронта пламени. [c.331]

Подробное рассмотрение вибрационного горения с этих противоположных точек зрения вряд ли имеет большой смысл, так как решеиие одной из двух названных задач в какой-то мере решает и противоположную все мероприятия, которые полезны для подавления колебаний, будут вредны для их возбуждения, и наоборот. [c.402]

К сожалению, авторы описанных здесь опытов не рассмотрели вопроса о механизме обратной связи, который заставляет процесс горения возмущаться в ритме акустических колебаний. Чтобы привести пример одного из вероятных механизмов обратной связи в воздушно-реактивных двигателях, можно сослаться на мнение Ннколь-сона и Радклиффа, изучавших аналогичные процессы в форсажных камерах турбореактивных двигателей ). Они объясняют возбуждение акустических колебаний возникновением переменного тенлонодвода вследствие зависимости полноты сгорания от коэффициента избытка воздуха и от величины скорости потока перед зоной горения. Если согласиться с этой точкой зрения, то весь анализ вибрационного горения можно будет построить аналогично задаче, рассмотренной в 23—25. Единственным отличием будут иные краевые условия, однако это не может оправдать повторения всех выкладок в настоящем параграфе. [c.471]

Чтобы ввести дополнительную ясность в этот вопрос, напомним, что в настоящем параграфе рассматривается система без потерь. Если написать краевое условие у сопла более строго, с учетом градиента скорости в нем, то, как показано в книге Крокко и Чжена, демпфирующее влияние сопла будет возрастать с увеличением частоты колебаний. Поэтому возбуждение высших гармоник становится маловероятным, что характерно и для вибрационного горения газовых горючих смесей в трубах (см. гл. VI). [c.496]

Тот же математический аппарат применен для случая, когда горения внутри камеры кет, а возмущение давления приложено в горловике резонатора (для случая панелькой горелки в ниппелях). Существеньо здесь то, что возбуждение горелки можно представить как при наличии горения, т. е. когда газовоздушная смесь поджи-А гается на выходе из ниппелей, так и без горения, т. е. в любом случае, если каким-либо способом осуществить колебательный режим истечения смеси из ниппелей или колебательный режим горения. Значит, возбуждение звуковых частот, свойственных вибрационному горению в устройствах, представляющих резонатор Гельмгольца,, можно вызвать без наличия горения. [c.119]

При горении внутри камеры резонатора, задав начальное возмущение давления с учетом перечисленных выше допущений, можно построить картину возбуждения и поддержания режима вибрационного горения. Для случая панельных горелок предполагается, что начальное возмущение давления приложено на выходе смеси из горловины резонатора. Отсюда следует, чТо нужно рассмотреть природу возмущения. Г1ри горении внутри резонатора существует множество причин, вызывающих мгновенное изменение давления в камере следовательно, искать какую-то первопричину возмущения нецелесообразно. Поэтому произвольное задание возмущения вполне закономерно. Для случая обычного истечения газа из резонатора Гельмгольца, на первый взгляд, нет причин для наложения на движение какого-либо возмущения, особенно возмущения, имеющего [c.120]

Справочник химика 21

Химия и химическая технология