WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

загрузка...
   Добро пожаловать!

Pages:     | 1 || 3 |

Эксперименты проводились следующим образом. С источника постоянного тока ВСА-5 на нагреватель подавали напряжение, необходимое для возникновения термоакустических колебаний. После чего производился запуск КАМАК модулей для считывания данных с термопар и микрофона. Во время экспериментов при помощи поршня меняли линейный размер полости резонатора Lп. Эксперименты проводились при различных длинах Lг и диаметрах dг горла резонатора.

Результаты этих экспериментов представлены в Главе 3 и Приложении.

В п.2.2. описывается схема установки и методика проведения экспериментов, направленных на изучение влияния резонаторов на характеристики прямоточной эжекторной камеры сгорания при вибрационных режимах горения водорода.

В экспериментах использовались резонаторы различных конфигураций.

На рис. 2а показана схема установки, на рис. 2б – камера сгорания Рис. 2. Схема установки, камера сгорания и резонаторы.

с конфузором, внутренняя поверхность которого имела форму тора с наибольшим диаметром 35 мм и длиной 17 мм. Камера сгорания состояла из нескольких цилиндрических элементов, к одному из которых присоединялся резонатор.

Перестановка элементов позволяла менять положение резонатора на камере сгорания, при этом длина цилиндрической камеры сгорания L менялась от 147 мм до 150 мм. Lи – положение иглы инжектора водорода относительно среза камеры. Инжектор механически не связан с камерой сгорания.

На рис. 2в показаны два сменных резонатора, имеющие вид цилиндрических трубок разного диаметра. В каждом резонаторе размещался поршень, положение которого изменялось при проведении экспериментов. Резонаторы присоединялись к камере сгорания через цилиндрический переходник высотой 15 мм.

Линейный размер резонатора с d = 19 мм выбирался исходя из равенства объемов обоих резонаторов. Ось резонатора перпендикулярна оси камеры сгорания.

Резонаторы могли присоединяться к камере сгорания в точках Lр/2L = 0.137, 0.251 и 0.362 (соответственно вблизи входа в камеру, в середине и вблизи выхода из камеры сгорания).

При проведении экспериментов камера сгорания закреплялась на пантографе так, что имелась возможность только продольного перемещения. Продольная сила (тяга или сопротивление) F регистрировалась тензовесами. Измерения амплитуды звуковых колебаний A выполнялись с помощью конденсаторного микрофона М-101. Сигнал с микрофона выводился на ИШВ-1. Микрофон был установлен на расстоянии 75 мм перед входом в камеру сгорания. Расход водорода определялся по перепаду давления на гидросопротивлении с помощью преобразователя разности давлений Сапфир-22ДД. Все показания приборов выводились и записывались на 12–ти канальном шлейфовом осциллографе H-117.

Запись производилась на специальную фотобумагу. В экспериментах записывали регистрограммы, типичный вид которых показан на рис. 3. Сплошными линиями показаны записи изменения параметров в эксперименте, пунктиром – осреднение, которое использовалось при обработке экспериментальных данных.

Затемненная область – запись амплитуды звуковых колебаний А. F - и F + – запись 1 1/ силы сопротивления и тяги соответствен2 2/ но, Q – объемный расход водорода, t – время записи. Вертикальная штрихпунктирная линия делит рисунок на две области. Область слева от линии – зона увеличения расхода водорода (зона I), область справа – зона уменьшения расхода водоРис. 3. Регистрограмма.

рода (зона II). Точки 1, 2, 2/, 1/ – точки смены режимов горения при переходе из зоны I в зону II. Точки 1 и 2 соответствуют точкам перехода к режимам вибрационного и развитого вибрационного горения, точки 2/ и 1/ – точкам выхода из режимов развитого вибрационного и вибрационного горения.

В третьей главе представлены результаты экспериментов по изучению влияния резонаторов на термоакустические процессы в установке с локальным теплоподводом (труба Рийке).

В п.3.1 представлены результаты температурных измерений. На рис. 4 приведены характерные зависимости, получаемые в экспериментах. На рис. 4а показана зависимость амплитуды звуковых колебаний от размера полости резонатора Lп/2Lт. На рис. 4б показана зависимость температуры Т °С от размера полости Lп/2Lт и безразмерной радиальной координаты трубы R/Rт in (Rт = Dт /2 = 50 мм). Длина горла резонатора Lг/2Lт = 0.01, диаметр горла dг/2Lт = 0.004, мощность тока на нагревателе W ~ 505 Вт. При развитии звуковых колебаний наибольшая температура воздуха на рис. 4б регистрировалась не на оси трубы, а ближе к стенке при R/Rт ~ ±0.5. При осевой симметрии такое распределение температуры создает кольцевую зону нагретого воздуха в пристеночных областях.

При подавлении колебаний наибольшая температура воздуха регистрировалась вблизи оси трубы. Развитие термоакустических колебаний в экспериментах без резонатора приводило к такому же изменению температуры по радиусу трубы. Изменение температуры зависит от амплитуды акустических колебаний и наблюдается при любых мощностях тока на нагревателе. Влияя при помощи резонатора на величину акустических колебаний, можно изменить распределение температуры по Рис. 4. Амплитуда звука и сечению трубы и теплообменные температура по радиусу трубы.

процессы на стенках устройства.

Выбирая подходящие параметры резонатора можно управлять работой теплообменного устройства.

В п.3.2 приведен анализ результатов акустических измерений. При теоретических исследованиях резонатор Гельмгольца описывается с помощью механической аналогии. Резонатор состоит из полости, соединяющейся с основной камерой, через канал. Движение газа в резонаторе аналогично движению в системе масса-пружина-демпфер. В условии пульсирующего потока в основной камере для подавления колебаний следует использовать резонатор, собственная частота которого близка к частоте, которую необходимо подавить. В эксперименте наблюдалась частота продольных колебаний в трубе f = 170 ± 5 Гц. Классическая формула для собственной частоты резонатора, получаемая из линейной теории с учетом поправки на концевые эффекта горла резонатора представлена ниже:

= a Aг leffVп,где leff = Lг + ( - поправка на концевые эффекты).

Несмотря на то, что данная формула (и линейная теория вообще) справедлива только для волн относительно небольшой амплитуды, ею до сих пор пользуются при проектировании резонаторов, поскольку отсутствует разработанная количественная нелинейная теория резонаторных систем для волн большой амплитуды. Все поправки к линейной теории сводят к вычислению leff, т.е..

На рис. 5 представлено сравнение экспериментально полученных геометрических параметров резонатора для подавления колебаний с теоретическими оценками параметров резонатора, взятыми из литературы. Показаны Рис. 5. Сравнение экспериментальных данных с теоретическими оценками параметров резонатора.

собственные частоты резонатора f в зависимости от линейного размера полости резонатора Lп/2Lт и различных размеров горла резонатора dг/2Lт при Lг/2Lт = 0.01. Линии f и f1 представляют результаты теоретического расчета частот при различных теоретических поправках (соответственные поправки получены из работы1, посвященной неустойчивости горения в ЖРД и работы2 по исследованию резонатора Гельмгольца). Линиями f0 показаны частоты, рассчитанные по классической формуле для резонатора Гельмгольца.

Сплошная линия, пунктир и точечная линия соответствуют разным значениям dг/2Lт. Цифрами показаны безразмерные диаметры отверстия горла резонатора dг/2Lт = 0.002, 0.003 и 0.004. Вертикальные линии показывают, при каких размерах полости резонатора Lп/2Lт и при каких мощностях тока на нагревателе происходило подавление акустических колебаний в экспериментах. Различие в форме линий (сплошная линия, пунктир и точечная линия) также соответствует разным dг/2Lт. Горизонтальная линия (f = 170 Гц) показывает частоту колебаний в трубе Рийке, которую следует подавить. Подавление колебаний при использовании резонатора должно происходить, когда _ Неустойчивость горения в ЖРД / Под ред. Харрье Д. Т. и Рирдона Ф. Г., М.: МИР, 1975.–869 c.

Alster M. Improved calculation of resonant frequencies of Helmholtz resonators // J. of Sound and Vibration.– 1972.–Vol. 24.–№ 1.–P. 63-85.

частота в камере близка к собственной частоте резонатора. На рис. 5 подавление колебаний в экспериментах должно происходить в точках пересечения линии f = 170 Гц с теоретическими кривыми для собственной частоты резонатора.

Для совпадения теории и эксперимента точки пересечения должны лежать на соответствующих вертикальных прямых. Точка пересечения сплошной кривой и линии f = 170 Гц должна лежать на сплошной вертикальной прямой, точка пересечения пунктирной кривой и линии f = 170 Гц на пунктирной прямой и т.д. Теоретические значения не совпадают с экспериментальными данными при любых dг, Lг и Lп. Собственная теоретическая частота резонатора всегда лежит выше f = 170 Гц, что приводит к увеличению величины расчетной полости резонатора Lп/2Lт, необходимой для подавления колебаний.

На рис. 6 представлены экспериментальные поля изолиний амплитуды звуковых Рис. 6. Поверхности изолиний амплитуды звуковых колебаний.

колебаний в зависимости от размеров полости резонатора Lп/2Lт и величины Aг/Lг (Aг/Lг – отношение площади горла резонатора к длине горла резонатора) при различных мощностях тока на нагревателе. Светлые области показывают области развития термоакустических колебаний, темные – отсутствие колебаний. Переход между черной и светлой областями – это точки подавления колебаний, что теоретически соответствует равенству собственной частоты резонатора и частоты трубы. Теоретические оценки величин Lп/2Lт, необходимых для подавления колебаний, дают завышенные результаты (см. рис. 5).

В случае наименьшей применяемой в экспериментах мощности тока на нагревателе, размеры полости резонатора Lп/2Lт попадут на рис. 6а в темную область подавления колебаний. В этом случае (как и при отсутствии теплоподвода) завышение параметров полости резонатора не существенно. Использование резонатора с большой полостью Lп/2Lт приводит к подавлению колебаний. При увеличении мощности тока на нагревателе, в зависимостях амплитуды звука от параметров резонатора возникает вторая зона акустических колебаний. На рис. 6б видно, что колебания, подавленные при меньшей мощности тока, снова возникают. В п.3.2 отмечено, что с увеличением подводимой мощности тока наблюдается увеличение размеров второй зоны, и увеличение полости резонатора Lп/2Lт может сопровождаться развитием колебаний.

В четвертой главе представлены результаты экспериментальных исследований управления тяговыми характеристиками прямоточной камеры сгорания при помощи акустических резонаторов разной формы.

В п.4.1 представлены результаты экспериментов с одиночным резонатором диаметром d = 11 мм. Положение инжектора водорода менялось в ходе экспериментов. На рис. 7 результаты экспериментов представлены в виде трехмерных графических зависимостей силы тяги F = F(Lп/2L;Q) и амплитуды звуковых колебаний А = А(Lп/2L;Q). Здесь по осям аппликат отложены значения измеренной силы F и амплитуды колебаний A. Положительный знак F относится к силе тяги, отрицательный к силе сопротивления. По осям ординат отложены объемные расходы водорода Q, по осям абсцисс линейные размеры резонатора Lп/2L. Резонатор располагался в середине камеры сгорания Lр/2L = 0.251. Положение инжектора Lп/2L = 0.169.

При этих положениях резонатора и инжектора была получена наибольшая сила тяги камеры сгорания. На рисунке видна корреляция между амплитудой акустических колебаний и величиной силы тяги. Показана зависимость силы тяги и амплитуды колебаний от линейного размера резонатора. Управляя звуковыми колебаниями при помощи реРис. 7. Сила F и амплитуда А зонатора можно управлять величидля резонатора с d = 11 мм.

ной силы тяги. После анализа результатов экспериментов с резонатором с d = 11 мм был сделан вывод, что при любых положениях резонатора можно добиться появления тяги подбором параметров Lи/2L, Lп/2L и Q. Для резонатора с диаметром d = 11 мм удалось получить величину удельного импульса камеры сгорания I ~ 2000 м/c.

В п.4.2 описывается эффект гистерезиса в тяговых и акустических характеристиках камеры сгорания с резонатором (d = 11 мм) по расходу водорода.

Эффект гистерезиса проявляется в сохранении значений амплитуды колебаний А и силы тяги F при уменьшении величины расхода водорода Q. Гистерезис показан на рис. 8, где представлены зависимости силы F, удельного импульса I = F/Qm и амплитуды А от расхода Q для камеры сгорания с резонатором при положениях Lп/2L = 0.368, Lр/2L = 0.и Lи/2L = 0.169. Стрелками показано направление обхода кривых при изменении расхода водорода Q.

Видно, что эффект гистерезиса связан с развитым режимом вибрационного горения и исчезает в точке 2/ при выходе из этого режима и переходе в режим вибрационного горения. Сохранение величины тяги F при уменьшении расхода Q приводит к увеличению удельного импульса камеры сгорания. В области гистерезиса удалось получить наибольшее значение удельного импульса I ~ 4000 м/c. Данный эффект получен без учета реактивной силы топливной струи, поскольку инжектор механически не связан с камерой сгорания. Удельный импульс Рис. 8. Эффект гистерезиса.

камеры в области гистерезиса увеличивается примерно на 12 %, если учитывается реактивная сила топливной струи. Проведенные в п.4.2 оценки показали, что величина удельного импульса камеры сгорания с резонатором может достигать величины I ~ 4500 м/с.

В п.4.3 представлены результаты экспериментов с резонатором, диаметр полости которого d = 19 мм. На рис. 9 результаты экспериментов представлены в виде трехмерных графических зависимостей силы тяги F = F(Lп/2L;Q) и амплитуды звуковых колебаний А = А(Lп/2L;Q). Резонатор присоединялся к середине камеры сгорания Lр/2L = 0.251. Положение инжектора Lи/2L = 0.169. Из сравнения зависимостей на рис. 7 и рис. 9 видно, что сила тяги F возникает практически при одинаковых значениях расхода Q в области 2

Представленные на рис. 7 и рис. 9 зависимости указывают на определяющее влияние акустических колебаний при развитии силы тяги или сопротивления. При этом наибольшие значения сил получены для резонатора с d = 11 мм. Сопоставление зависимостей для резонаторов с разными внутренними диаметрами показало, что увеличение объема резонатора за счет увеличения диаметра полости приводит к подавлению колебаний и развитию силы сопротивления. Такое изменение геометрии резонатора приводило к тому, что резонатор работал как обычный звукопоглотитель.

Pages:     | 1 || 3 |






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