Лабораторные испытания

Массообмен между поверхностью топлива н потоком газа играет решающую роль в процессе горения. В главах 3 и 4 показано, что параметр переноса завнст от простых констант топлива. Для жидких тотив теплота нснарения является единственноп константоп, сплыю за-ыгсящей от типа топлива. Присутствие в твердых тон.ш-Tiax летучих веществ и золы несколько услоясняет соответствующие зависимости.

Однако еще нельзя с уверенностью сказать, какие лабораторные испытания наиболее правильно хараттеризу-ют реакционную сиособность дайной тонливо-воздушной смеси, сгорающей в каком-либо двигателе, и как эффективность процесса сгорания зависит от давления и па-ча.тьной температуры. В главе 5 бььЮ показано, что между нормально]! скоростью распространения пламени и скоростью, при которой происходит срыв пламени, существует связь, определяемая соотношением между безразмерными критериями. В главе 5 приведены также теоретические зависимости между норма.лыюГ! ско])Остью распространения нламени, гасящим размером и минимальной энергией восиламеиения. Поэтому для оценки реакционной снособности смеси можно использовать данные по измерению любой из указанных трех величин; естественно, следует исиользовать ту величину, которую легче измерить.

В соотношениях, связывающих все эти величины с реакцноппой способностью, фигурируют параметры, характеризующие молекулярный обмен, в то время как в реальных камерах сгорания, по-видимому, преобладает турбулентное перемешивание. Расчет средней скорости реакции по нормальной скорости распространения пламенп связан с ошибками при оценке величины теилоироводиости, сильно зависящей от температуры и в некоторой мере от состава.

Единственным прямым методом измерения скорости реакции является метод Лонгвелла (Longwell, 1953) сжигания гомогепных смесей в адиабатической бомбе, но этот метод неудобен для практического нсиользоваиия. В настоящее время для предсказания блиян1[Я состава смеси и начальной температуры, по-видимому, в равной мере можно использовать результаты опытов по опреде-. лению нормальной скорости распространения пламени гасящего размера и минимальной энергии воспламеие 30.4

ПИЯ, однако нет уверенности в том, что их можно также использовать для предсказания влияния давления.

Ллойд (Lloyd, 1953) высказал сомнение относительно возможности использования для этой цели данных но порма.пьиым скоростям распространення пламени, указы-гзая, что нормальная скорость распространення пламени может несколько увеличиваться при уменьшении давления, в го время как показатели работы двигателя прп этом иесомненпо ухудшаются. Однако известно, что 5 входит в соответствующие выражения через критерии Пекле и Рейнольдеа, т. е. в качесгве множителя мри 5, всегда фигурирует давление. Возражение совершенно отнадаст, если учесть, что критерий Пекле, отнесен-иыЕ к скорости пламени, пропорционален отношению размера камеры и гасящего размера. Без сомнения, это отношение приблизительно пропорционально давлению.

Ллойд утверждает, что скорость реакции в горючих смесях, измеренная в опытах по самовоспламенению, например в опытах Маллииса (Mullins, 1953), более правильно характеризует сгорание смеси в двигателе. Предполагается, что этот метод дает показатели, не зависящие от физических свойств газа, определяющих скорость обмена. Однако, к сожалению, такие опыты можно проводить лишь при весьма умеренных температурах (порядка 1 ОООС), в то время как реакции в камерах сгорания и в ламинарных пламенах протекают при температурах, близких к адиабатической температуре сгорания. Поэтому нет никакой уверенности в том, что данные, полученные этим методом, можно использовать для определения скорости реакцшг в пламени.

Л\асш1£1бный эффект

Возможности синтетического конструирования камер сго])ания КЗ отдельных элементов, а также возможности нроведення лабораторных испытаний, на основании которых можно предсказать показатели работы двигателя, были выяснены в связи с тем, что исследова1ще каждой модификации камеры или типа топлива на полиоразмер-ной установке сопряжено с весьма значительными затратами. Для питания воздухом больших камер сгорания пргг давлении ниже или выше атмосферного требуется слож!1ое капитальное оборудование. Возникает настоятельная необходимость в разработке методов проведения предварительных опытов с малоразмерными моделями.

20 Д в Cnciiiimr 305

с тем чтобы затем иметь возможность достаточно ooociro-ванно конструировать иолиоразмерную камеру с удовлетворительными показателями работы.

Существует два основных метода ироведеиия предварительных исследований. Первый из них - метод увеличения числа элемегттов, применяется в том случае, если конструкция составляется из отдельных элементов, как это было указано выше. Элементы камеры сгорания ис-пытываются и совершенствуются или порознь или, что предпочтительнее, мел<ду аналогичными э.яементами. Если требуется камера сгорания с расходом, в 100 раз большим расхода через исходный элемент, то устанавливаются параллельно 100 таких элементов. Тогда можно ожидать, что показатели работы полученно!! таким образом камеры сгорания будут аналогичны погсазателям малоразмерной модели. Такой метод не только быстрее и дешевле, чем изготовление и испытание полноразмерной модели камеры сгорания, но также, как было показано ранее, в результате использования серии от.лелы1ых элементов сокращается длина камеры.

Примером исиользования этого метода является многолетняя практика испытания и совершенствования одиночных (трубчатых) камер сгорания газовых турбин. Вместо кольцевых камер сгорания обычно иснытываются секторные отсеки этих камер, хотя, вообще говоря, здесь могут возникнуть осложнения, связанные с сиецифическим влиянием радиальных стенок, которое отсутствует в пол-норазмерной камере.

Метод составления камер сгорания из отдельных элементов ие исключает необходимости испытания этих элементов во всем диапазоне изменения давления. Уже одно это может представить серьезные трудности для небольших производственных предприятий. Поэтому представляет интерес выяснить возможность проведения предварительных исследований вторым методом, на геометрически подобных малоразмерных моделях. Как указывалось на стр. 240, такая возможность существует, однако еще в достаточной степени ие используется. Покажем на-примере, каким образом можно проводить такого рода опыты, предположив, что справедлива теория, изложенная в главе 5.

Пусть требуется найтн диапазон изменения состава смеси, соответствующий пределам устойчивого горенет в прямоточном двигателе, который имеет диаметр 450 МЩ зов