Экспериментальное исследование влияния условий формирования пламени на автоколебательное горение

• Автор: Мурунов, Евгений Юрьевич
• Шифр специальности: 01.02.05
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2009
• Место защиты: Сургут
• Количество страниц: 136 с. : ил.

ОГЛАВЛЕНИЕ
ВВЕДЕНИЕ
1. ГИДРОДИНАМИКА НЕСТАЦИОНАРНОГО ГОРЕНИЯ
1.1 Процессы переноса в осциллирующей течении

1.2 Структура пламени при вибрационном горении газовых и жидких топлив
1.3 Программа исследований
2. МЕТОДИКА ЭКСПЕРИМЕНТА
2.1 Экспериментальная установка
2.2 Объекты и методика исследования
2.2.1 Метод цифровой фотометрии для исследования нестационарного температурного поля пламени
при возбуждении акустических колебаний
2.2.2 Реализация метода Фурье-анализа для определения ведущих мод возбуждения акустических колебаний
2.2.3 Диффузионное обращенное пламя при горении газа
2.2.4 Диффузионное поющее пламя при горении жидкого топлива
2.2.5 Обращенное поющее пламя при горении заранее перемешанной горючей газовой смеси
3. ГИДРОДИНАМИКА ПОЮЩЕГО ПЛАМЕНИ
3.1 Закономерности возбуждения поющего пламени
при горении жидкого топлива

3.1.1 Возбуждение низкочастотных колебаний
открытого пламени
3.1.2 Закономерности возбуждения поющего пламени, образованного при горении жидкого топлива
3.1.3 Структура поющего пламени при горении
жидкого топлива
3.2 Возбуждение обращенного поющего пламени
при горении газа
3.2.1 Изменение структуры поющего пламени
в зависимости от условий его формирования
3.2.2 Влияние размеров и расположения стабилизатора на
область возбуждения обращенного поющего пламени
4. ОПРЕДЕЛЯЮЩИЕ МЕХАНИЗМЫ ВЛИЯНИЯ ВИХРЕВЫХ
СТРУКТУР НА ТЕПЛОВЫЕ АВТОКОЛЕБАНИЯ ПЛАМЕНИ
4.1 Влияние скорости газа и геометрии пламени
4.2 Механизмы обратной связи в обращенном пламени и его
влияния на границы возбуждения тепловых автоколебаний
4.3 Влияние эффекта гидродинамического растяжения
фронта пламени
4.4 Механизмы влияния самопроизвольного вихреобразования на гистерезис границ возбуждения и интенсивность
теплообмена
4.5 Технические приложения влияния автоколебаний на процессы горения и теплообмен
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
ЛИТЕРАТУРА

ВВЕДЕНИЕ
Актуальность проблемы. Возбуждение акустических колебаний в пламени является одним из факторов, сопровождающих развитие неустойчивости горения, как для газовых, так и для жидких систем. Акустические колебания в пламени являются типичным примером тепловых автоколебаний, возникающих в системе с тепловым источником и резонатором, в котором возможно осуществление обратной связи между колебаниями давления, колебаниями скорости теплоотдачи и периодическим изменением скорости химической реакции. Акустические колебания оказывают различное воздействие на камеру сгорания и на процесс горения в целом. Положительной стороной этого явления может являться увеличение полноты сгорания при уменьшении скорости горения. Следует отметить, что вопрос о влиянии акустических колебаний на экономичность камер сгорания остался вне рамок известных в научной литературе исследований.
Экспериментальные и теоретические работы по акустике пламени, как правило, связаны с исследованиями горения в модельной камере сгорания с формированием «поющего» пламени в вертикальной цилиндрической трубе-резонаторе. Известно большое количество работ по исследованию «поющего» пламени, формирующегося при горении газов. Однако исследований влияния акустических колебаний на скорость химической реакции в пламени до настоящего времени не проводилось. Это связано с тем, что воздействие колебаний перепада давления на срезе горелки для газовых систем сопряжено с изменением скорости подачи газа в камеру сгорания, что затрудняет выявление причин, вызывающих изменение скорости химической реакции и тепловой мощности пламени. Кроме того, подводящий топливный тракт является причиной возбуждения дополнительных гармоник в результирующем колебании, что маскирует определяющие физико-химические явления, сопровождающие развитие акустических колебаний. Влияние колебаний давления на срезе горелки может быть сведено к минимуму или полностью устранено при

ароматическими и менее алифатическими по мере увеличения координаты в пламени, отсчитываемой от устья горелки. Результаты спектроскопического исследования согласуются с инфракрасными измерениями.
Дальнейшее развитие исследования автора получили в работе [72] методом среднего числа параметров изучено влияние добавок этанола на химическую структуру сажеобразующего материала в обращенном пламени этилена. Результаты показали, что влияние на ароматические компоненты оказалось выше примерно на 40% по среднему числу ароматических колец по сравнению с чистым пламенем. Этот результат позволил объяснить низкое процентное содержание хлороформообразующего материала в образцах сажи, полученных в пламенах с добавками этанола. Содержание алифатических компонентов, напротив, не изменилось. Это означает, что возбуждение тепловых автоколебаний в обращенном пламени также может привести к изменению химического состава продуктов горения, что может быть использовано в целях улучшения экологических характеристик горелочного устройства.
Дальнейшее исследование влияния стретч-эффекта на автоколебательный режим горения проведено в работе [73]. Проведены эксперименты с про-тивоточными метано-воздушными пламенами, в потоках со слабым эффектом гидродинамического растяжения. Главной целью являлось изучение поведения пламени при погасании, когда высота пламени становилась меньше диаметра горелки. В этих условиях потери тепла вследствие теплопроводности и излучения становятся больше, чем боковые потери тепла, обусловленные стретч-эффектом. Погасание пламени предваряется развитием колебаний (периодическим движением вверх-вниз) вершины и основания конуса пламени. Колебания происходят как при Ье<1, так и при 11е>1. Колебания кромки конуса могут быть разделены на три режима: роста, затухания и режим гармонических колебаний. Делается вывод о решающем влиянии боковых потерь тепла на погасание даже при слабом стретч-эффекте. Развитие колебаний, вызван-