Зависимость скорости горения от угла закрутки

 

Для изучения влияния угла закрутки на скорость горения были проведены серии экспериментов на полиэтилене с парогазом 85%-ной перекиси водорода. В каждой из них назначался постоянный угол установки лопаток по отношению к оси j_з = 70⁰, 45⁰, 20⁰ и 0⁰. Исходные заряды полиэтилена имели одинаковые размеры D ´ d ´ L = 200´22´1000 мм.

Каждый из четырех зарядов (при соответствующим угле закрутки) последовательно сжигался в схеме 2 (см. рис. 4.28) в течение 4, 8, 22 и 31 с при постоянных давлениях (p _к = 50×10⁵ Па) и расходе окислителя (G ₀ = 0,65 кг/с). Аналогичная серия экспериментов была проведена в схеме 3 при угле установки лопаток 70⁰.

 

Рис. 10.6.

 

На рис. 10.6 представлены экспериментальные зависимости массовой скорости горения V _гмас от плотности тока для различных углов закрутки. При увеличении угла закрутки скорость горения растет. При этом при больших значениях r u увеличение скорости не столь значительное, как при малых. График зависимости относительного увеличения местной скорости горения (х = 800 мм)

 – для нескольких значений плотности тока – показан на рис. 10.7.

 

Рис. 10.7.

 

На рис. 10.7 нанесена также кривая V _г ( r u) при j_з = 70⁰, полученная в схеме 3. Сравнение ее с аналогичной зависимостью, полученной в схеме 2 при j_з = 70⁰, показывает, что в первом случае (схема 3) зависимость скорости горения от плотности тока более слабая. Другими словами, при малых значениях ru скорость горения в схеме 3 получается больше по сравнению с той же величиной в схеме 2, при больших – наоборот (несколько изменяется каналом кривых).

 

Рис. 10.8.

 

Анализируя экспериментальные результаты по влиянию угла закрутки на местную скорость горения, представленные на рис. 10.8 (для х = 800 мм), можно заключить, что в исследованном диапазоне изменения плотности тока это влияние неодинаково. При r u = 10 г/см² использования завихрителе с углом установки лопаток j_з = 70⁰ приводит к существенному увеличению скорости горения (~ в 4 раза), при r u = 80 г/см² практически никакого возрастания скорости горения не наблюдается. При изменении угла установки лопаток от 20 до 70⁰ при плотности тока 10 г/см² увеличение V _г достигает 30%, при r u = 25¸30 г/см² с отличие в скорости горения практически неощутимо. В то же время, по отношению к скорости горения в незакрученном потоке эффект от закрутки имеет место в значительно более широком диапазоне изменения плотности тока.

Следует отметить, что скорость горения при наличии лопаточного завихрителя, но при нулевом угле установки его лопаток получается выше, чем скорость горения без завихрителя. Это обстоятельство, по-видимому, объясняется тем, что установка завихрителя (даже при j_л = 0) эквивалентна установке на входе в канал плохообтекаемого тела, которое приводит к дополнительной турбулизации потока и возрастанию скорости горения.

Однако воздействие плохообтекаемых тел на структуру потока распространяется на небольшие расстояния от места их установки. Поэтому, как показывают экспериментальные данные, на меньших расстояниях от завихрителя наблюдается более сильная зависимость скорости горения от угла закрутки.

Таким образом, результаты экспериментального исследования скорости горения гибридных топлив при различных способах закрутки в зависимости от различных факторов ( r u, р, d, х, j ₃) показывают, что скорость горения (газификации) твердого компонента топлива определяется не каким либо одним из перечисленных факторов, а их совокупностью, характеризующей режим горения. К факторам, влияющим на режим горения, относится также способ закрутки потока (встречная закрутка, закрутка с помощью семиканального завихрителя и т.п.), геометрические характеристики завихрителя – угол установки лопаток (относительный шаг шнека ), их относительная высота и т.п.

Сложность взаимосвязей и неодинаковый характер влияния параметров режима, геометрических характеристик заряда и завихрителя на скорость горения приводит к тому, что получаемые в рассмотренной выше форме экспериментальные данные не являются в достаточной степени общими, что затрудняет использование экспериментальных данных, полученных в модельных экспериментах, при проектировании крупноразмерных двигателей.

Поэтому возникает необходимость обоснования возможности представления экспериментальных данных в обобщенной критериальной форме и разработка таких критериев.

Согласно разработанной Толботом теории [10.34]  характер затухания закрутки в цилиндрическом канале определяется следующими факторами: вихревой вязкостью e, числом Re, расстоянием от закручивающего устройства и распределением окружной скорости на входе в канал.

Эксперименты показывают, что перечисленные факторы сложным и в ряде случаев неоднозначным образом связаны с геометрическими характеристиками закручивающего устройства и канала. Среди многочисленных исследованных конструктивных и геометрических факторов определяющими являются: тип закручивающего устройства, угол установки лопаток завихрителя (j_л), диаметр критического сечения сопла , относительный диаметр втулки лопаточного и шнекового завихрителей , диаметр канала (d _к), радиус скругления входной кромки (R _г), разнообразные характеристики тангенциального закручивающего устройства (количество и расположение входных отверстий, диаметр камеры закручивания, диаметр выходной диафрагмы из камеры закручивания и т.п.) и др. По воздействию на характер затухания закрутки по длине могут быть выделены факторы, не оказывающие существенного влияния (с учетом погрешности эксперимента) на характер затухания угла закрутки на стенке по длине канала. К ним относятся давление и расход воздуха, при изменении величины которых в 3 раза не было обнаружено их влияния на зависимость j _w (х).