Автоколебания газа при горении в трубе, имеющей сужение поперечного сечения на выходе

• Автор: Иовлева, Ольга Вячеславовна
• Шифр специальности: 01.02.05, 05.07.05
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2008
• Место защиты: Казань
• Количество страниц: 126 с. : ил.

Содержание
Введение.
Глава 1. Автоколебания газа в энергетических установках с источниками теплоты и массы

1.1. Общая характеристика

вибрационного пульсационного горения .

1.2.Методы теоретического исследования термоакустических колебаний газа.

1.3. Вибрационное горение в трубе с многоканальной горелкой на входе и открытой на выходе.

1.4. Задачи исследования диссертационной работы

Глава 2. Продольные акустические колебания газа в трубе со скачком поперечного сечения

2.1. Пульсации скорости и давления газа, имеющего продольный градиент температуры.

2.2. Уравнение частот колебаний газа в трубе с диафрагмой на входе и в случае присоединения второй трубы меньшего сечения.
2.3. Расчет частот колебаний и эпюр стоячих волн, сравнение с экспериментальными данными.
Глава 3. Теоретическая модель автоколебаний газа в трубе с многоканальной горелкой на входе и открытой на выходе.
3.1. Энергетический подход к исследованию термоакустических колебаний газа.
3.2. Соотношения, определяющие границы вибрационного горения, частоту и амплитуду колебаний газа в камере сгорания.
3.3. Температура горения пропановоздушной смеси.
3.4. Расчет вибрационного горения в открытой на выходе трубе, сравнение с известными экспериментальными данными
Глава 4. Автоколебания газа в трубе с многоканальной горелкой на входе и сужением поперечного сечения на выходе.
4.1. Вибрационное горение в трубе с диафрагмой на выходе.
4.2. Автоколебания газа в камере сгорания, к которой присоединена труба меньшего сечения.
4.3. Математическая модель автоколебаний газа в трубе, имеющей сужение поперечного сечения, сравнение с экспериментальными данными
Заключение.
Список литературы


С учетом градиента температуры газа и скорости звука, нелинейности процессов тепловыделения и излучения звука этот метод получил развитие в работах В. М. Ларионова. В первой главе приводится анализ экспериментальных и теоретических работ, имеющих отношение к теме диссертации, формулируются задачи исследования. В Главе 2 исследуются собственные колебания газа, которые могут возникать в изучаемой установке. Путем линеаризации уравнения движения газа и уравнения сохранения массы, получено выражение для акустического импеданса многоканальной горелки, а затем был определен импеданс на входе в камеру сгорания. Это позволило вывести уравнение, из которого можно вычислить частоты колебаний газа при произвольном условии на выходе из трубы, в том числе, когда на ее конце имеется диафрагма или труба меньшего сечения. Далее был выполнен расчет частот колебаний газа и эпюр стоячих волн в трубе с многоканальной горелкой на входе и открытой на выходе. Результаты расчета и эксперимента удовлетворительно согласуются. Это позволило провести исследование влияния градиента температуры газа и скорости звука на эпюры давления и скорости в камере сгорания. Обнаружено, что увеличение градиента скорости звука до максимального значения приводит к искажению эпюр, которые были бы в трубе, заполненной газом с одинаковой температурой. Этот эффект становится более заметным при увеличении длины трубы. Для камеры сгорания, на которой планировалось проведение экспериментов, выполнены расчеты частот колебаний газа в зависимости от проницаемости диафрагмы и длины присоединенной к камере сгорания резонансной трубы. Показано, что сужение отверстия диафрагмы сопровождается снижением частоты колебаний первой и третьей гармоники. При удлинение резонансной трубы частоты, соответствующие первой, третьей, пятой и седьмой гармонике, также понижаются. Характерным является то, что какое-нибудь фиксированное значение частоты при изменении длины резонансной трубы может периодически повторяться. В третьей главе разработана теоретическая модель автоколебаний газа в трубе с многоканальной горелкой на входе и открытой на выходе. Колебания газа будут усиливаться, если в результате периодического выделения теплоты или дополнительного количества газа происходит увеличение энергии собственных колебаний газа - акустической энергии. На основании уравнений сохранения массы, импульса и энергии в интегральной форме, которые описывают процессы в зоне горения, теоретических положений энергетического метода, было получено выражение для акустической мощности зоны горения, уравнение границы неустойчивости и формула, определяющая амплитуду установившихся колебаний давления в камере сгорания. Был проведен термодинамический анализ, целью которого являлось определение формулы для расчета температуры горения иропано-воздушной смеси в неадиабатических условиях, при которых выполнялась экспериментальная часть работы. Далее был выполнен расчет параметров вибрационного горения в открытой на выходе трубе и сравнение результатов с известными экспериментальными данными. Вычисления показали, что рассчитанные значения частоты колебаний газа и уровня звукового давления в камере сгорания количественно согласуются с экспериментальными. В четвертой главе излагается экспериментальная часть работы, сравнение результатов расчета и измерений параметров вибрационного горения. Камера сгорания имела длину 0,2м, внутренний диаметр мм. Диафрагма имела одно круглое центральное отверстие переменной площади. Измерения показали, что в зависимости от диаметра отверстий горелки, коэффициента избытка воздуха пропано-воздушной смеси возбуждаются колебания с частотой первой или третьей гармоники. Первая гармоника наблюдается в двух интервалах коэффициента избытка воздуха. При сужении диафрагмы происходит смещение интервалов возбуждения колебаний в сторону более богатой и бедной смеси, частота колебаний понижается. Аналогичную картину можно наблюдать и для частоты колебаний третьей гармоники, но в этом случае колебания происходят в одном интервале значений коэффициента избытка воздуха, включая единицу.