More documents

Recommendations

Info

Вестник Самарского государственного аэрокосмического университета, № 1, 2007 УДК 662 ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ НАЧАЛЬНОГО ОЧАГА ПРИ ИСКРОВОМ ЗАЖИГАНИИ ТУРБУЛЕНТНОГО ПОТОКА АЛЮМИНИЕВО-ВОЗДУШНОЙ СМЕСИ © 2007 А. Г. Егоров Тольяттинский государственный университет Проведено экспериментальное исследование начального очага воспламенения в зоне рециркуляции при зажигании турбулентного потока алюминиево-воздушной смеси электрической искрой. Выявлено, что характер развития начального очага воспламенения в турбулентном потоке алюминиево-воздушной смеси соответствует характеру развития начального очага для однородной горючей смеси. Известно [1], что воспламенение горючей смеси может производиться различными способами, например электрическим разрядом, нагретой поверхностью или любым другим внешним источником тепла. Зажигание горючей смеси искрой широко применяется в воздушно-реактивных двигателях. К настоящему времени проведено достаточно много теоретических и экспериментальных исследований по определению влияния электрических параметров системы зажигания и параметров потока на величину минимально необходимой энергии искрового разряда в движущейся смеси воздуха и капель топлива. Они подтвердили зависимости, свидетельствующие о том, что воспламенение облегчается при повышении давления, температуры газа и энергии искрового разряда и затрудняется при увеличении скорости потока и интенсивности турбулентности [1, 2]. Аналогичных систематических исследований в потоках аэровзвесей металлических частиц пока нет, имеются только отдельные публикации, посвященные данной проблеме [3, 4]. Сложность явления заставляет исследователей обращаться к более простому случаю - воспламенению неподвижного облака взвеси частиц металлов в воздухе. В статье представлены результаты исследования процесса развития начального очага воспламенения при искровом зажигании порошкообразного алюминия (Al) с целью организации надежного воспламенения алюминиево-воздушной смеси в реальных условиях прямоточных камер сгорания двигательных установок летательных аппаратов (ЛА). Экспериментальная установка, на которой проводились испытания, а также схема модели прямоточной камеры сгорания и гидродинамика течений в ней описаны в [5, 6]. Изотермические исследования проводились на моделях, изготовленных из органического стекла, неизотермические – из тугоплавкого стекла «Пирекс». Уровень и масштаб турбулентности потока аэровзвеси изменялся с помощью решеток, которые представляли собой перфорированные диски с коэффициентом живого сечения f = 0,65 и устанавливались на различных расстояниях l р от плоскости внезапного расширения. В качестве горючего использовались порошки алюминия АСД-4 и АСД-1, выпускаемые отечественной промышленностью и соответствующие отраслевому стандарту и техническим условиям на их дисперсный состав. Несущим газом (окислителем) служил воздух с температурой 293 K. Для визуализации процесса воспламенения применялся оптический метод с использованием кинокамеры СКС-1М, которая позволяла производить съемку со скоростью до 5000 кадров в секунду. Известно [2], что для двигателей ЛА наиболее удобным и достаточно удовлетворительным источником зажигания является электрический разряд, который очень эффективно преобразует электрическую энергию в тепло, концентрирующееся в относительно 162
малом объеме. Системы высокой энергии наиболее эффективны, когда используются в комбинации со свечами поверхностного разряда. Поэтому для воспламенения турбулентного потока аэровзвеси частиц Al использовалась самолетная система зажигания и свеча поверхностного разряда СПН-4-3Т (W = 0,05 Дж). Считается общепризнанным, что положение свечи имеет определяющее влияние как на характеристики воспламенения, так и на ее срок службы [2]. Поэтому необходимо было определить оптимальное место установки свечи в камере сгорания. Очевидным соображением при выборе наилучшего расположения свечи является то, что она должна находиться в пределах зоны рециркуляции так, чтобы очаг горения, инициированный искрой, переносился возвратным течением вверх, против направления основного потока. Это предполагает механизм воспламенения, при котором локальный очаг остается в зоне рециркуляции, циркулируя в ней как можно дольше и одновременно распространяясь вовне ее, пока, наконец, вся первичная зона камеры не будет заполнена пламенем. Результаты исследований [7] по определению локального времени пребывания ( τ пр ) частиц алюминия в камере сгорания позволили выбрать оптимальное место установки свечи зажигания. Обнаруженная область зоны рециркуляции с максимальным временем пребывания частиц Al является оптимальным местом расположения свечи зажигания: L св = (0,5...1,2) H . 163 Технические науки Место расположения свечи в указанных пределах также отвечало требованиям повторного запуска камеры в случае срыва пламени, так как в этом случае электроды свечи оставались чистыми поскольку эта часть внутренней поверхности стенки камеры не покрывалась продуктами сгорания вследствие существующего вторичного вихря в донной области зоны рециркуляции, плоскость вращения которого была перпендикулярна оси камеры. Визуализация посредством скоростной киносъемки аэродинамики течения и процесса искрового зажигания в камере сгорания позволила выявить большую пространственную неоднородность концентрации алюминия по длине зоны рециркуляции. Выявлено также, что пламя, инициированное электрическим разрядом свечи, в первую очередь распространяется в донной области зоны рециркуляции, где время пребывания частиц Al было максимальным. Были определены минимальные значения характерного размера стабилизатора (Н = 0,007 м), скорости алюминиево-воздушного потока (U 0 = 40 м/с) и расхода горючего (G Al = 3 г/с), меньше которых надежного зажигания основного потока алюминиево-воздушной смеси в камере сгорания не происходило. Известно [8], что процесс зажигания длится с момента начала искрового разряда до установления режима устойчивого распространения пламени. Здесь существуют, по крайней мере, две проблемы. Одна из них - формирование очага пламени при искровом разряде, а другая – неустойчивое распространение пламени этого очага. При скоростной киносъемке процесса развития начального очага воспламенения в зоне рециркуляции в различные моменты времени было обнаружено, что после проскока искры радиус начального очага сначала уменьшается, а потом начинает увеличиваться в случае успешного воспламенения. При неудачном воспламенении очаг полностью погасает. На рис. 1 показаны два варианта развития начального очага воспламенения алюминиево-воздушной смеси в зоне рециркуляции прямоточной камеры сгорания с внезапным расширением диаметром D КС = 0,04 м. На рисунке одновременно приведены примеры неудачного (рис. 1,а) и успешного (рис. 1,б- 1,г) развития очага воспламенения. В случае неудачного воспламенения зажигание и погасание начального очага происходило в течение экспозиции одного кадра, т. е. за 1,6 мс. На рис. 1,а был выбран наиболее продолжительный по времени случай неудачного воспламенения. В начальный период процесса зажигания (второй кадр сверху) первоначальное увеличение очага сменяется его уменьшением и последующим погасанием.
Page 1 and 2:
ВЕСТНИК САМАРСКОГО
Page 3 and 4:
СОДЕРЖАНИЕ АВИАЦИО
Page 5 and 6:
ФИЗИКО-МАТЕМАТИЧЕС
Page 7 and 8:
TECHNICAL SCIENCES DEVELOPING THE B
Page 9 and 10:
Авиационная и раке
Page 11 and 12:
Page 13 and 14:
Page 15 and 16:
Page 17 and 18:
Page 19 and 20:
Page 21 and 22:
Page 23 and 24:
Page 25 and 26:
Page 27 and 28:
Page 29 and 30:
Page 31 and 32:
Page 33 and 34:
щихся в диапазонах
Page 35 and 36:
Page 37 and 38:
Page 39 and 40:
Page 41 and 42:
Page 43 and 44:
Page 45 and 46:
Page 47 and 48:
Page 49 and 50:
Page 51 and 52:
ющих центров в плос
Page 53 and 54:
Page 55 and 56:
Page 57 and 58:
Page 59 and 60:
Page 61 and 62:
Page 63 and 64:
Page 65 and 66:
Page 67 and 68:
Page 69 and 70:
Page 71 and 72:
Page 73 and 74:
Page 75 and 76:
Таблица 1 Авиационн
Page 77 and 78:
Page 79 and 80:
Page 81 and 82:
Page 83 and 84:
Page 85 and 86:
Page 87 and 88:
Page 89 and 90:
Page 91 and 92:
Page 93 and 94:
Page 95 and 96:
Page 97 and 98:
Page 99 and 100:
Page 101 and 102:
Page 103 and 104:
Page 105 and 106:
Page 107 and 108:
Page 109 and 110:
связями ( l вх (а)= l в
Page 111 and 112: Авиационная и раке
Page 131 and 132: Технические науки
Page 147 and 148: Технические науки M
Page 149 and 150: Технические науки 3
Page 151 and 152: ′′′ Технические н
Page 155 and 156: Технические науки (
Page 161: Технические науки
Page 167 and 168: Технические науки =
Page 175 and 176: Технические науки d
Page 181 and 182: Технические науки A
Page 185 and 186: Технические науки E
Page 193 and 194: Таблица 1. Основные
Page 213 and 214:
Технические науки
Page 215 and 216:
Page 217 and 218:
Page 219 and 220:
Page 221 and 222:
ЭХО с периодическо
Page 223 and 224:
Page 225 and 226:
Page 227 and 228:
Page 229 and 230:
Физико-математичес
Page 231 and 232:
Page 233 and 234:
[ ] [ ] = y ( ξ ) Y , j ,k = 1 , 2
Page 235 and 236:
Page 237 and 238:
Кибернетика и инфо
Page 239 and 240:
Page 241 and 242:
Page 243 and 244:
Page 245 and 246:
Page 247 and 248:
Page 249 and 250:
Page 251 and 252:
стояний) традицион
Page 253 and 254:
Page 255 and 256:
Пуск Кибернетика и
Page 257 and 258:
Page 259 and 260:
show all

ÐÐ¾Ð»Ð½Ð°Ñ Ð²ÐµÑÑÐ¸Ñ - Ð¡Ð°Ð¼Ð°ÑÑÐºÐ¸Ð¹ Ð³Ð¾ÑÑÐ´Ð°ÑÑÑÐ²ÐµÐ½Ð½ÑÐ¹ Ð°ÑÑÐ¾ÐºÐ¾ÑÐ¼Ð¸ÑÐµÑÐºÐ¸Ð¹ ...

You also want an ePaper? Increase the reach of your titles

Delete template?

Save as template?

ÐÐ¾Ð»Ð½Ð°Ñ Ð²ÐµÑÑÐ¸Ñ - Ð¡Ð°Ð¼Ð°ÑÑÐºÐ¸Ð¹ Ð³Ð¾ÑÑÐ´Ð°ÑÑÑÐ²ÐµÐ½Ð½ÑÐ¹ Ð°ÑÑÐ¾ÐºÐ¾ÑÐ¼Ð¸ÑÐµÑÐºÐ¸Ð¹ ...