WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

загрузка...
   Добро пожаловать!

Pages:     | 1 || 3 |

бы-резонатора измеряли термопарой K1-MY, пирометром Raytek 7 бензиновой горелки в открытой атмосфере. Было обнаружено, что MX6 и тепловизором Thermovision®550. Свечение пламени фотопри сближении горелок на расстояние, сравнимое с максимальным графировали цифровым фотоаппаратом Canon EOS 20D.

диаметром пламени, происходит смыкание пограничных слоев на Возбуждение пламени при горении бензина осуществляли на границе струй восходящих продуктов горения и образование в конгорелке, представляющей собой алюминиевый тонкостенный цивективной колонке профиля скорости с перегибом. Это приводит к линдрический стакан. Внутрь стакана заливали бензин и вставляли возникновению колебаний каждого пламени как целого. Полученфитиль, изготовленный из пористого абразивного камня. Изменение ные осциллограммы показывают, что частоты колебаний совпадатепловой мощности горелки осуществляли путем изменения площают, а фазы колебаний смещены только на начальном этапе развития ди поверхности абразива, выступающей из стакана части фитиля.

колебательного процесса.

Массовую скорость горения и тепловую мощность горелки опредеНа рис. 1 приведены результаты исследования изменения масляли по изменению массы горелки за фиксированные промежутки совой скорости горения в случаях, когда горелку помещали в открывремени. Измерения массы проводили на электронных весах с отнотой атмосфере или в трубе-резонаторе до и после возбуждения акусительной погрешностью менее 0,02. Частоту и амплитуду акустистических колебаний. Графики показывают, что массовая скорость ческих колебаний измеряли микрофоном. Для определения ведущих горения линейно зависит от высоты фитиля. Развитие акустических мод акустических колебаний использовали метод Фурье-анализа.

колебаний сопровождается уменьшением высоты пламени и скороСигнал с микрофона, расположенного у основания трубы-резонатости горения, полнота сгорания топлива при этом увеличивается.

ра, подавался на микшерный пульт для усиления, после чего постуОбнаружено, что при тепловой мощности, соответствующей пал на модуль АЦП, используемый для обработки цифрового сигнагранице возбуждения акустических колебаний, высота пламени и ла и выводился на экран монитора.

массовая скорость горения уменьшаются скачкообразно. ОдновреРасчет пространственного распределения температуры в пламенно увеличивается температура пламени и полнота сгорания бенмени производили методом цифровой фотометрии. Эксперименты с зина. Особенно сильно это проявляется при увеличении тепловой поющим пламенем сопоставляли с экспериментами на трубе Рийке.

мощности пламени. При мощности, равной 350 Вт, высота поющего Измеряемыми в эксперименте физическими параметрами явпламени уменьшается в 2 раза.

лялись: максимальные температура, высота пламени в различные фазы колебания, границы области возбуждения акустических колебаний в координатах амплитуды акустических колебаний и подводимой в резонатор тепловой мощности пламени и массовая скорость горения. Изменение указанных параметров соотносили с результатами измерения ведущих мод колебаний. Для их измерения и регистрации использовали совмещение функциональных возможностей персонального компьютера с его программным обеспечением и датчиков контроля.

В третьей главе представлены экспериментальные результаты исследования закономерностей возбуждения поющего пламени при горении жидких и газовых систем.

В предположении, что источником возмущений скорости горения, порождающих автоколебания с резонансной частотой камеры Рис. 1. Зависимость массовой скорости горения от высоты фитиля:

сгорания, являются низкочастотные колебания диффузионного пла – открытое пламя; – невозбужденное пламя в трубе-резонаторе;

мени в открытой атмосфере, были проведены опыты по исследова – поющее пламя; v – массовая скорость горения;

нию закономерностей развития низкочастотных колебаний пламени Н – высота фитиля бензиновой горелки 9 Найденные зависимости амплитуды колебаний пламени от те- ления в трубе-резонаторе. Это явление приводит к лучшему пепловой мощности имеют гистерезисный характер. Явление гистере- ремешиванию реагирующих компонент и увеличению полноты сгозиса обусловлено формированием вихревых структур вблизи пламе- рания.

ни и вниз по течению. Изменение температурного поля диффузионного «поющего» На рис. 2 а, б, в приведены изображения светящихся стацио- пламени бензиновой горелки в течение одного периода колебаний нарного и «поющего» пламени бензиновой горелки. Видно, что воз- исследовали методом фотометрии. Обнаружено, что наибольший буждение колебаний столба газа в трубе-резонаторе приводит к вол- градиент температуры создается вблизи среза горелки. При возбужнообразованию на поверхности пламени. дении акустических колебаний увеличивается также максимальное Фотографии свечения пламени позволяют вычислить диаметр значение температуры в пламени.

вихревой ячейки как величину, равную расстоянию между двумя Массовая скорость горения при этом уменьшается, а полнота соседними гребнями волн на поверхности пламени: x0 2,5·10-2 м. сгорания увеличивается примерно на 20%. Это можно объяснить Смещение вихревых ячеек происходит со скоростью, существенно особенностями тепло-массопереноса вблизи поверхности испарения меньшей скорости поступательного движения продуктов горения. бензина, обусловленными движением газа в вихревой структуре.

Для анализа механизмов обратной связи при возбуждении Кроме того, вихревое течение увеличивает время пребывания часпоющего пламени при горении конденсированного топлива прово- тицы топлива в зоне горения.

дили Фурье-анализ колебаний. В качестве эталонного спектра, оп- Увеличение тепловой мощности горелки приводило к увелиределяющего наиболее значимые моды колебаний в трубе резонато- чению амплитуды колебаний столба газа внутри трубы резонатора, ре, использовали спектрограммы колебаний химически нейтрально- что приводило к срыву и гашению пламени.

\ го столба воздуха в трубе Рийке.

а б в г Рис. 2 а, б, в, г. Изображения свечения пламен бензиновой горелки:

а – пламя до возбуждения акустических колебаний; а б б, в – «поющее» пламя; г – фотометрическое изображение Рис. 3. Результаты Фурье-анализа спектра колебаний:

а – поющего пламени на бензиновой горелке; б – труба Рийке Пример спектрограммы, полученной для диффузионного пламени бензина, представлен на рис. 3. Сравнение спектрограмм пока- Результаты эксперимента свидетельствуют о том, что возбужзывает, что возбуждение колебаний в диффузионном пламени про- дение акустических колебаний происходит в случае, если характерисходит в строгом соответствии с первыми двумя ведущими гармо- ные времена диффузии, индукции вихревой структуры и периода никами. Высшие гармоники в диффузионном пламени подавляются. колебаний столба газа примерно равны. Развитие акустических коОбъяснением этого факта является то, что колебания скорости диф- лебаний сопровождается уменьшением высоты пламени и скорости фузионного переноса происходят в противофазе с колебаниями дав- горения, при этом максимальная температура пламени и полнота 11 сгорания топлива увеличиваются. Основную роль в изменении темk 4 10-4 м2 /с, fc = 400 Гц пературного поля пламени играет развитие вихревых структур вбли2 110-6 мf зи пламени.

f Формирование обращенного пламени при горении заранее пегде – ширина теплового слоя фронта пламени. Оценивая характерремешанной горючей газовой смеси изучали в широком интервале ное гидродинамическое время, как отношение ширины теплового слоя скоростей газа, диаметров горелки и концентрации пропана. Область фронта пламени к нормальной скорости распространения пламени, посуществования устойчивого обращенного пламени в попутном потолучим:

ке получена в координатах безразмерной высоты пламени и диффузионного числа Пекле.

vn 0.5 м/с.

fh = 500 Гц Гашение пламени происходит при горении газовых смесей, f 110-3 м как с избытком, так и с недостатком кислорода. Решающим фактором погасания пламени является отношение амплитуды к периоду Данные оценки характерных частот хорошо согласуются с поколебаний пламени. В случае, если оно превышает нормальную сколученными экспериментальными результатами.

рость распространения пламени происходит его погасание. ФурьеВлияние обращения пламени на кольцевом стабилизаторе в анализ позволил выделить ведущие моды колебаний. Ярко выражетрубе-резонаторе исследовали путем сравнительного анализа спекны две ведущие моды колебаний с частотами 100 и 1000 Гц и две трограмм колебаний обращенного и бунзеновского пламени.

второстепенные моды с частотами 400 и 500 Гц. Низкочастотная Характерно, что основные моды колебаний сохраняются ведущая мода может быть связана с гидродинамическим растяжени(90 Гц и 175 Гц). Все основные процессы, связанные с теплопереноем фронта пламени.

сом в вихревых структурах, происходят с частотами основных гарДействительно, определяя характерное время растяжения и моник трубы-резонатора. Это является причиной их слияния. Низразрыва фронта пламени ts как отношение длины пламени Lf к касакочастотная ведущая мода (90 Гц) является основной модой трубытельной скорости газа v, получим:

резонатора. Дополнительные моды колебаний с незначительной амплитудой, очевидно обусловлены вихреобразованием, связанным с Lf Lf.

ts = = 110-2 с временем формирования и отрыва пограничного слоя: t 0,35·r0/U v v cos 10-3 5·10-3 с.

При использовании кольцевого стабилизатора, расположенноЧастота обратно пропорциональна этому времени и равна го в плоскости поперечного сечения трубы-резонатора, происходят fs = 100 Гц. Высокочастотная ведущая мода обусловлена собственбифуркации фронта пламени при его перескоке с устья горелки на ной частотой трубы, внутри которой происходило горение. Собстстабилизатор. Примеры перескока пламени показаны на рис. 4.

венная частота равна отношению скорости звука с к удвоенной длине трубы Lt. Принимая во внимание, что при средней температуре продуктов горения в трубе, равной 480 К, скорость звука примерно равна 440 м/с, получим:

c 440 м/с.

fl = = 1000 Гц 2 Lt 44 10-2 м Две другие моды колебаний с частотами fc и fh определяются характерным временем химической реакции tc и характерным гидродинамическим временем th. Частоту fc можно оценить из соотно- Рис. 4. Фотографии свечения пламени при переходе от стационарного режима горения к автоколебательному шения:

13 Обнаружены два типа гистерезисных явлений, сопровождаю- даемых обращенным пламенем. Другой отличительной особеннощих возбуждение автоколебаний. На рис. 5а показан гистерезис за- стью этой гистерезисной зависимости является смена ведущей моды висимости амплитуды колебаний от числа Рейнольдса при длине колебаний с изменением скорости подвода горючего. Указанные трубы L = 2,3 м. Гистерезис проявляется в задержке перескока пла- явления перестройки ведущих мод автоколебаний и увеличение аммени со стабилизатора на срез горелки при уменьшении расхода плитуды колебаний при уменьшении скорости подвода горючей гагорючей газовой смеси. Верхняя часть полупетли гистерезиса соот- зовой смеси, проявляются при удалении стабилизатора от среза говетствует прямому направлению обхода, нижняя – обратному. Не- релки на расстояние, большее, чем диаметр горелки.

обычность обнаруженного явления заключается в том, что при В четвертой главе на основании полученных экспериментальуменьшении скорости подвода горючей газовой смеси происходит не ных данных дается описание и обоснование роли вихревых структур просто задержка в уменьшении амплитуды колебаний, а ее уменьше- в управляющих механизмах возбуждения автоколебаний и процесние по сравнению с первоначальным значением («перехлестнутая» сов тепло-массообмена.

петля гистерезиса). Скорость расхода горючей газовой смеси, при Предлагаемый механизм влияния вихревых структур на возкоторой фронт пламени возвращается на срез горелки, уменьшается буждение автоколебаний основан на нескольких предположениях.

примерно на 30%. Особенностью гистерезисной зависимости явля- Первое из них – о влиянии специфических профилей скоростей горюется существование критического числа Re, при котором происхо- чей газовой смеси и продуктов горения в выбранных объектах на обдит изменение знака коэрцитивной силы. ласть возбуждения автоколебаний. Второе связано с влиянием самоПри возбуждении автоколебаний в трубе длиной L = 1,2 м, на- произвольной закрутки продуктов горения на интенсивность теплоблюдается гистерезис зависимости амплитуды колебаний от числа обмена. Скорость теплообмена является основным элементом в гидРейнольдса, представленный на рис. 5б. родинамическом механизме обратной связи между колебаниями давления и скорости горения. Третье предположение связано с влиянием гистерезисных явлений на обмен энергией между пламенем и резонатором.

Экспериментальные результаты, описанные в главе 3, показывают, что для каждого из выбранных объектов существует свое минимальное критическое значение подводимой из пламени тепловой мощности в колебательную систему, при которой возбуждаются автоколебания. Вращательное движение газа в тороидальной вихревой ячейке является колебательным в продольном и радиальном направлениях. При удалении вихревой ячейки от пламени на расстояние нескольких диаметров трубы-резонатора вращательное движение затухает и переходит в поступательное. Размеры вихревых ячеек совпа а б дают с расстоянием между гребнями на поверхности пламени (см.

Рис. 5. Гистерезис условий перескока обращенного пламени рис. 2).

Pages:     | 1 || 3 |






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