Механизмы и условия возбуждения автоколебаний газа в установках с горением

• Автор: Ларионов, Виктор Михайлович
• Шифр специальности: 05.07.05
• Научная степень: Докторская
• Год защиты: 2004
• Место защиты: Казань
• Количество страниц: 277 с. : ил.

Глава 1. Общая характеристика автоколебаний газа, возбуждаемых источниками теплоты и массы
1.1. Самовозбуждение звука в энергетических установках
1.2. Применение вибрационного режима горения на практике
1.3. Возможные механизмы обратной связи при самовозбуждении акустических колебаний
1.4. Основные подходы к изучению термоакустических колебаний
Глава 2. Продольные колебания газа в акустических моделях камер
сгорания энергетических установок
2.1. Колебания газа в трубах с учетом продольного градиента температуры
2.2. Влияние находящихся в потоке плохообтекаемых тел на частоту колебаний
2.3. Установка типа емкость-труба, резонатор Гельмгольца
2.4. Потери акустической энергии
Глава 3. Теоретические модели термоакустических колебаний
3.1. Идеализация процессов в области теплоподвода
3.2. Акустическая мощность области теплоподвода, условия самовозбуждения колебаний
3.3. Характеристическое уравнение задачи исследования границ неустойчивости
3.4. Комбинированный метод расчета условий самовозбуждения, частоты и амплитуды установившихся колебаний
Глава 4. Вибрационное горение в типовых устройствах
4.1. Передаточная функция пламени при горении однородной смеси, истекающей из отверстия
4.2. Автоколебания газа при горении в трубе
4.3. Вибрационное горение в установке типа резонатора Гельмгольца
4.4. Самовозбуждение акустических колебаний в устройстве «емкость-труба»
Глава 5. Обобщенная теоретическая модель термоакустических колебаний газа в энергетических установках
5.1. Некоторые сведения о вибрационном горении в установках, содержащих стабилизаторы пламени
5.2. Передаточная функция пламени при горении однородной смеси за плохообтекаемым телом
5.3. Автоколебания газа в канале при горении за стабилизатором пламени
5.4. Обобщение теоретических результатов, полученных для основных типовых устройств
Глава 6. Прикладные исследования вибрационного горения
6.1. Двухконтурные модели камер сгорания ГТД
6.2. Влияние впрыска водяного пара на неустойчивость горения в модельной камере сгорания ГТД
6.3. Вибрационное горение твердого топлива в трубе, передаточная функция зоны горения
6.4. Автоколебания газа при горении твердого топлива в устройствах типа емкость-труба
Заключение
Список литературы
Условные обозначения
Приложения

Фронт пламени приобретает волнистый характер, периодически изменяя площадь поверхности. Это приводит к колебаниям интегральной скорости горения, то есть скорости тепловыделения [1].
На практике, например, в камерах сгорания двигателей летательных аппаратов используется жидкое топливо, которое подается с помощью специальных устройств - форсунок. Распыленное топливо прогревается, испаряется, перемешивается с потоком воздуха или парами жидкого окислителя, после чего горючая смесь быстро сгорает. Все перечисленные процессы чувствительны к изменениям давления в зоне горения: улучшается качество распыления капель, повышается скорость смесеобразования, ускоряются процессы испарения и прогрева капель топлива и окислителя. При достаточно больших амплитудах колебаний давления возрастает скорость химических реакций, сопровождающих процесс горения [3, 94, 98].
Рассмотрим горение жидкого топлива в потоке воздуха. Акустические возмущения вызовут колебания расхода топлива и скорости воздушного потока, обтекающего форсунку. В этом случае могут реализоваться расходный и диффузионный механизмы обратной связи, как в случае поющих пламен. При достаточно больших давлениях подачи топлива его расход можно считать постоянным.
Пусть форсунка располагается в области, где колебания скорости воздуха незначительны, например, в «узле» скорости стоячей звуковой волны. Тогда оба указанных механизма обратной связи исключаются. С момента выхода капли топлива из форсунки до ее полного сгорания проходит время (время запаздывания), необходимое для распыления, прогрева, испарения топлива, смешения с окислителем, протекания химических реакций. Перечисленные процессы чувствительны к колебаниям давления, что приводит к изменению времени запаздывания горения. Его уменьшение сопровождается более быстрым сгоранием топлива, то есть увеличением скорости тепловыделения. Увеличение Тр приводит к уменьшению скорости тепловыделения.