WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

загрузка...
   Добро пожаловать!

Pages:     || 2 | 3 |

Работа выполнена на кафедре экспериментальной физики фа

На правах рукописи

культета автоматики и телекоммуникаций ГОУ ВПО «Сургутский государственный университет ХМАО – Югры».

Научный консультант:

доктор физико-математических наук

, профессор Самсонов Виктор Петрович

Официальные оппоненты:

доктор физико-математических наук, профессор Архипов Владимир Афанасьевич Мурунов Евгений Юрьевич доктор физико-математических наук, доцент Ларионов Виктор Михайлович

Ведущая организация: Институт теоретической и приЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ кладной механики им. С.А. ХриВЛИЯНИЯ УСЛОВИЙ ФОРМИРОВАНИЯ ПЛАМЕНИ стиановича СО РАН (г. НовосиНА АВТОКОЛЕБАТЕЛЬНОЕ ГОРЕНИЕ бирск)

Защита состоится 19 июня 2009 г. в 14 часов 30 минут на заседаСпециальность: 01.02.05 – Механика жидкости, газа и плазмы нии диссертационного совета Д 212.267.13 при Томском государственном университете по адресу: 634050 г. Томск, пр. Ленина, 36, ауд. 239 НИИПММ.

Автореферат диссертации на соискание ученой степени

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Томского гокандидата физико-математических наук сударственного университета.

Автореферат разослан «_» мая 2009 г.

Ученый секретарь диссертационного совета доктор технических наук Ю.Ф. Христенко Томск – 2009 2

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

этого, роль процессов переноса, вихреобразования и резонансных свойств камеры сгорания до конца не изучена.

Актуальность проблемы. Возбуждение акустических колеПрикладное значение обращенного поющего пламени обубаний в пламени является одним из факторов, сопровождающих словлено увеличением интенсивности теплоотдачи в стенки камеры развитие неустойчивости горения, как для газовых, так и для жидсгорания.

ких систем. Акустические колебания в пламени являются типичным Цель диссертационной работы состоит в изучении законнопримером тепловых автоколебаний, возникающих в системе с тепмерностей возбуждения обращенного поющего пламени и поющего ловым источником и резонатором, в котором возможно осуществлепламени, образуемого при горении жидкого топлива; создании комние обратной связи между колебаниями давления, колебаниями скоплексной методики экспериментального исследования структуры рости теплоотдачи и периодическим изменением скорости химичепоющего пламени; экспериментальной проверке выводов ряда теоской реакции.

ретических положений, объясняющих физические механизмы, управИзвестно большое количество работ по исследованию «поляющие явлениями вихреобразования и возбуждения акустических ющего» пламени, формирующегося при горении газов. Традиционколебаний в трубе-резонаторе; нахождении новых, научно обосноной проблемой эксперимента является то, что подводящий топливванных технологических решений, использующих влияние акустиченый тракт является причиной возбуждения дополнительных гармоских колебаний и явление гистерезиса на горение и теплообмен для ник в результирующем колебании, что маскирует определяющие разработки экономичных камер сгорания.

физико-химические явления. Влияние колебаний давления на срезе Научная новизна. В диссертационной работе впервые:

горелки может быть сведено к минимуму или полностью устранено 1. Экспериментально найдены условия возбуждения акустичепри формировании обращенного на стабилизаторе «поющего» пласких колебаний в виде интервала значений тепловой мощности пламемени.

ни, образуемого при диффузионном горении бензина. Показано, При возбуждении акустических колебаний, возникающих при что возбуждение акустических колебаний сопровождается уменьгорении жидкого топлива, проблема изменения скорости подвода шением массовой скорости горения, увеличением полноты сгорания в топлива в камеру сгорания не возникает вообще. Это позволяет по2 3 раза. Обнаружено, что интервал значений тепловой мощности лучить количественные данные о влиянии автоколебаний горения на пламени, при которой возбуждаются акустические колебания, расшиизменение полноты сгорания и тепловой мощности горелочного ряется в 2 раза при замене химически нейтрального источника тепла устройства. Однако сведения о закономерностях формирования (труба Рийке).

«поющего» обращенного пламени и «поющего» пламени, образую2. Обнаружены особенности возбуждения поющего пламени, щегося при горении жидкого топлива, в научной литературе в накак при горении жидкого топлива, так и при горении заранее перестоящее время отсутствуют.

мешанных горючих газовых систем, проявляющиеся в существоваИзучение обращенного поющего пламени представляет самонии гистерезисных явлений. Экспериментально найдены гистерестоятельный фундаментальный интерес в связи с характерным прозисные зависимости амплитуды колебаний от числа Рейнольдса, филем скоростей, формирующимся вблизи тела обтекания – стабиопределяющие условия возбуждения обращенного поющего пламелизатора. Наличие пограничного слоя на твердой поверхности стани. Обращение поющего пламени является причиной увеличения билизатора приводит к перегибу профиля скоростей, что является коэрцитивной силы гистерезиса в 1,2 1,4 раза.

причиной отрыва пограничного слоя и создания вихревых возму3. Обнаружено изменение скорости теплоотдачи из пламени щений.

на поверхность трубы-резонатора при переходе от стационарного Вопрос о физическом механизме, реализующем обратную режима горения к автоколебательному. Установлено, что тепловой связь между колебаниями давления и тепловой мощности пламени, поток из зоны пламени к стенкам трубы-резонатора увеличивается остается до сих пор открытым. Метод Фурье-анализа колебаний на 20–30%.

поющего пламени остается мало востребованным. Как следствие 3 4. Обнаружено явление смены основной моды колебаний на мени, приводящего к изменению местоположения и величины маквторую гармонику в обращенном поющем пламени при увеличении симального значения температуры. Результирующее переменное расхода горючей газовой смеси. тепловыделение приводит к согласованным по фазе колебаниям 5. Предложены физические механизмы возбуждения поющего давления; 3) колебания расхода газа в бунзеновском пламени опрепламени для изученных гидродинамических ситуаций. Показано, деляют согласованные по фазе колебания давления и скорости тепчто возбуждение автоколебаний происходит под влиянием харак- ловыделения; 4) смена ведущей моды колебаний обусловлена изметерного профиля скорости газа с перегибом, формирующимся вбли- нением частоты срыва вихрей в пограничном слое стабилизатора;

зи фронта пламени, а также связано с периодическим отрывом по- 4. Техническое решение, позволяющее использовать эффект граничного слоя на стабилизаторе. Это является причиной расшире- поющего пламени для повышения КПД горелочного устройства.

ния интервала возбуждения автоколебаний пламени при изменении Обоснованность и достоверность полученных в диссертации тепловой мощности. экспериментальных результатов обусловлена хорошей повторяемо6. Предложено новое технологическое решение, реализующее стью всех явлений и эффектов в опытах, многократно производивспособ утилизации отходов горюче-смазочных материалов в резона- шихся при различных характерных размерах горелочных устройств, торной печи при формировании поющего пламени. длин и диаметров трубы-резонатора. Сравнение между собой всех На защиту выносятся: полученных разными методами экспериментальных результатов 1. Экспериментальные результаты, подтверждающие: а) влия- дает хорошее качественное соответствие. Полученные результаты ние профиля скорости газа на границы возбуждения поющего пла- согласуются с данными других авторов, опубликованными в научмени; б) влияние вихревого и колебательного движения газа в каме- ной литературе.

ре сгорания на скорость горения и полноту сгорания газового и Практическая ценность и внедрение результатов диссертажидкого топлива; в) экспериментальные результаты, согласно кото- ционной работы заключаются в следующем:

рым автоколебания пламени сопровождаются изменением интен- 1. Обнаруженные закономерности возбуждения автоколебасивности теплопередачи на поверхность теплообмена; г) экспери- ний в обращенном пламени дополняют представления о возможных ментальные результаты, согласно которым обращение пламени на различных физических механизмах обратной связи между колебастабилизаторе позволяет изменять ведущую моду колебаний при ниями давления и скорости горения при малых числах Рейнольдса, изменении скорости горючей газовой смеси. влиянии акустических колебаний в камере сгорания на неустойчи2. Комплексная методика экспериментального исследования вость горения, скорость и полноту сгорания топлива и величину тенестационарного пламени, включающая в себя автоматизированный плового потока из зоны горения. Обнаруженные закономерности сбор данных для одновременного снятия показаний приборов и дат- возбуждения поющего пламени могут быть использованы для оценчиков и их математической обработки с помощью пакетов стан- ки режимов устойчивого горения в камерах сгорания топок и двигадартных программ. телей, а также для повышения экономичности камер сгорания.

3. Экспериментальное и теоретическое обоснование предла- 2. Диссертационная работа выполнялась на кафедре эксперигаемого физического механизма поддержания автоколебаний пла- ментальной физики Сургутского государственного университета мени, согласно которому: 1) при горении жидкого летучего топлива (2005–2008 гг.). Предложенные физические механизмы образования колебания давления приводят к периодическому изменению диа- тепловых автоколебаний применялись в экспериментальных исслеметра пламени, что приводит к изменению температуры и скорости дованиях неустойчивого горения в камерах сгорания, выполнявшихподъема продуктов горения и, соответственно, интенсивности про- ся по госбюджетной тематике кафедры экспериментальной физики цессов переноса; 2) колебания давления в обращенном пламени яв- СурГУ, зарегистрированной во ВНТИЦ за № 0120.0 802766. Выполляются причиной изменения угла раскрытия обращенного пламени нение работы поддержано грантами и премиями Губернатора Хани изменения скорости гидродинамического растяжения фронта пла- ты-Мансийского автономного округа – Югры в 2006 и 2007 годах.

5 Апробация работы. Основные результаты работы, изложен- Исходя из недостаточной изученности и важности проблемы, ные в диссертации, опубликованы в работах [1–9] и докладывались сформулирована цель работы и составлена программа исследона 13-ой Международной конференции по звуку и вибрациям (Вена, ваний.

Австрия, 2006 г.), 13-ой Международной конференции по аэрофизи- Во второй главе описаны объекты исследования, эксперическим методам исследования (Новосибирск, 2007 г.), Международ- ментальные установки, системы и методы контроля, визуализации и ной конференции «Сопряженные задачи механики реагирующих измерения параметров поющего пламени.

сред, информатики и экологии (Томск, 2007 г.), 9-ом Международ- В качестве объектов исследования выбраны пламя бунзеновном Симпозиуме по самораспространяющемуся высокотемператур- ской горелки, обращенное кинетическое пламя пропана и диффузиному синтезу (Дижон, Франция, 2007 г.), 21-ом Международном онное пламя бензиновой горелки.

Коллоквиуме по динамике взрыва и реагирующих систем (Пуатье- Выбор объектов обусловлен несколькими причинами. Первая Футуроскоп, Франция, 2007 г.), 8 и 9-ой научных конференциях из них связана с тем, что использование летучего жидкого топлива «Наука и инновации 21 века» (Сургут, 2007, 2008 гг.). позволяет исключить обратную связь между пульсациями давления Количество основных работ по диссертации – 9. и расходом горючего. Кроме того, применение фитиля в качестве Структура и объём диссертации. Диссертация состоит из горелки позволяет исключить влияние топливоподводящего тракта введения, четырех глав, заключения и списка литературы из 97 на- на резонансную частоту камеры сгорания и появление дополнительименований. Общий объём составляет 136 страниц, включая 44 ри- ных гармоник в спектре колебаний. Вторая причина заключается в сунка. том, что профиль скорости продуктов горения над твердой поверх ностью фитиля, определяющий условия формирования вихревых СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

ячеек и скорость вращения газа в них, значительно отличается от пуазейлевского над срезом газовой горелки. Это создает другие граничВ первой главе диссертации проводится анализ научных раные условия для формирования распределения скоростей газа в потобот, посвященных изучению физических явлений, сопровождающих ке с изгибом профиля, необходимым для вихреобразования. В качествозбуждение автоколебаний горения при наличии резонатора- ве основного объекта выбрано также обращенное пламя, в котором камеры сгорания. Особое внимание уделялось ведущей роли спонстабилизатор располагается либо поперек, либо вдоль оси струи.

танных вихревых структур, образующихся в характерных гидродиОсновным элементом экспериментальной установки являлась намических условиях при генерации пламенем акустических колевертикально расположенная, открытая с обоих концов стеклянная баний (В.В. Афанасьев, Н.И. Кидин), а также физическим механизтруба, одновременно являющаяся акустическим резонатором. Промам осуществления обратной связи между колебаниями давления и зрачные стенки трубы позволяли визуализировать пламя. В нижнюю скорости горения (В.М. Ларионов). В научной литературе имеются четверть трубы-резонатора помещали каждый из исследуемых объработы, посвященные возбуждению автоколебаний лишь в газовозектов. В ходе экспериментов изменяли диаметры горелок от 4 до 8 мм, душных пламенах, стабилизированных на срезе горелки. Способы внутренний диаметр трубы-резонатора изменяли от 37 до 100 мм, получения поющего пламени, в механизме обратной связи которого, длину трубы-резонатора изменяли от 0,46 м до 2,3 м. Пропановозотсутствует звено с колебаниями расхода газа, мало изучены.

душные смеси готовили в газометре вытеснения. Обращение газоВ настоящее время отсутствуют сведения о явлении смены воздушного пламени производили на кольцевом стабилизаторе.

одной ведущей моды автоколебаний горения на другую. ПрактичеОбъемный расход газа измеряли расходомерами-счетчиками РГС-ски не известны результаты, свидетельствующие о влиянии акустии РГС-2 с точностью до 10-10 м3/с. Среднюю скорость газа на срезе ческих колебаний на полноту и скорость сгорания топлива. Остается горелки рассчитывали по объемному расходу газа. Температуру актуальной проблема интенсификации процессов переноса и теплостабилизатора, фронта пламени вблизи стабилизатора и стенок труобмена в резонансных камерах сгорания.

Pages:     || 2 | 3 |






© 2011 www.dissers.ru - «Бесплатная электронная библиотека»