Сгорание в поршневых двигателях (Брозе Д.) - часть 6

 

23 

заряда,  и  определенное  перемещение  газов.  Эти  явления 

типичны для случая постепенного взрыва.

 

45.  Теоретическое      рассмотрение      интенсивности      им- 

пульса,  создаваемого  при  сгорании,  ведет  к  разделению 

общего  случая    распространения    горения  на  два  типа. 

В  первом,  нормальном  для  поршневых  двигателей  слу- 

чае  реакции  развиваются  относительно  медленно  и  дав- 

ление  в  зоне  реакции  остается,  в  сущности,  неизменным. 

При      этом      импульс      слаб      и      распространение      пламени 

происходит  за  счет  теплопроводности  и  диффузии  ради- 

калов.  Во  втором  случае  в  результате  внезапности  реак- 

ции    имеет  место  кратковременное    повышение  давления 

в  зоне  реакции,  вследствие  чего  создается  импульс  высо- 

кого    значения,    оказывающий      влияние    на      распростра- 

нение реакции.

 

В  первом  случае  скорость  фронта  пламени  лежит 

в  пределах  от  нескольких  десятков  сантиментров  до  не- 

скольких  десятков  метров  в  секунду.  Во  втором  же  она 

достигает  значений,  превышающих  скорость  звука;  при 

этом  реакция  идет  в  детонационной  волне,  возникшей 

в  результате  самого  сгорания  и  распространяющейся  за 

счет  сжатия  во  фронте  волны.  Появлению  такой  детона- 

ционной  волны  должен  обязательно  предшествовать  опре- 

деленный период нормального распространения пламени.

 

46.  Детонационная  волна  хорошо  известна  из  лите- 

ратуры    по  исследованию  сгорания    в  длинных  трубах, 

причем  идентичность    названия    с  явлениями  детонации 

в  бензиновых  двигателях    ведет    к    изрядной    путанице. 

Для  уменьшения  этой  путаницы  и  учитывая,  что  дето- 

национная  волна  (открытая  Бертело—Вьиле  и  Малард— 

Ле  Шателье.,  описанная  Диксоном  и  в  дальнейшем  иссле- 

дованная  многими  другими  [4])  не  наблюдается  при  сго- 

рании  в  двигателях  из-за  небольшого  пути  пробега  фронта 

пламени,  в  дальнейшем  она  рассматриваться  не  будет. 

Применение  термина  «детонация»  в  обоих  случаях  свя- 

зано просто с аналогичным звуковым эффектом. 

47.  Для  дальнейшего  рассмотрения  примем  во  вни- 

мание  то,  что  в  результате  процесса  сгорания,  протекаю- 

щего  в  элементарной  части  пространства  горения,  соот- 

ветствующая  часть  объема  газа  расширяется,  и  это  спо- 

собствует  как  общему  увеличению  давления,  так  в  рав- 

ной    степени    перемещению    газовой    смеси    и    продуктов 

сгорания в камере сгорания. 

 

24 

48.  Скорость  сгорания  просто  определить  методом 

мыльных  пузырей, 

когда 

осуществляется  центральное 

зажигание [4]. В случае, когда горючая смесь находится

 

 

Рис.    17.  Схема  для  измерения  скорости  распространения  пламени  по 

методу мыльного пузыря, предложенного Беккером:

 

1  —  след  пламени;  2  —  след  первоначального  диаметра  пузыря;  3  —  пленка 

на  барабане;  4  —  Щель  и  затвор  камеры;  5  —  отраженный  свет;  6  —  пузырь 

первоначального  диаметра;  7  —  экран;  8  —  рефлектор;  9  —источник  света; 

10 — пузырь конечного диаметра;  11 — фронт пламени;  12 — след диаметра

 

пузыря

 

в  состоянии  покоя,  скорость  сгорания  по  отношению 

к  горючей  смеси  называется  нормальной  скоростью  сго- 

рания. Из-за упомянутых перемещений не эта скорость

 

наблюдается 

непосредственно 

на  вращающемся  зеркале  или 

экране.  Наблюдается  видимая 

скорость, 

которую 

назовем 

для  большей  точности  изло- 

жения 

видимой 

скоростью 

пламени  (не  «сгорания»).  Если 

смесь  находится  в  состоянии 

турбулентного 

движения, 

то 

скорость 

распространения 

пламени 

может 

значительно 

превышать 

нормальную 

ско- 

рость  сгорания,  так  как  она 

включает 

компоненты 

ско- 

рости 

самого 

газа. 

Именно 

поэтому 

предпочтителен 

тер- 

мин 

«скорость 

пламени». 

Среднюю 

скорость  пламени 

в 

направлении, 

перпендику- 

лярном  к  фронту  пламени  (или  части  фронта  пламени, 

достаточно  большой  для  осреднения)  по  отношению 

к несгоревшей смеси, назовем действительной или абсо-

 

 

 

Рис. 18. Мыльный  пузырь Бек- 

кера, подготовленный для цен- 

трального зажигания

 

 

25 

лютной  скоростью  пламени.  Если  смесь  находится  в  по- 

кое,  эта  скорость  обычно  идентична  нормальной  скорости 

сгорания.

 

49.  Метод  мыльных  пузырей,  предложенный  Беккером 

(рис.   17,   18 и  19, а, б), является простейшим методом

 

 

получения 

сферического 

распространения 

взрыва 

при 

постоянном  давлении.  В  числе  других  Фиок  и  его  сотруд- 

ники,  используя  этот  метод,  провели  очень  точные  изме- 

рения скоростей и температур пламени   [2, 4].

 

При  применении  этого  метода  каждый  сферический 

слой 

подвергается 

последовательно 

воздействию  возра- 

стающего давления изнутри, и мыльный пузырь расши-

 

 

 

Рис. 19. К определению ско- 

рости распространения  пла- 

мени по методу Беккера:

 

а  —  регистрация  пламени;  б  — 

формирование  регистрации; 

/  —  состояние  заряда  перед  сго- 

ранием;  //  —  состояние  заряда 

после  сгорания;  1  —  след  пла- 

мени;  2  —  след  оболочки;  s  — 

путь пламени

 

 

26 

где  μ  —  коэффициент  молекулярного  изменения  или  от- 

ношение числа молей  после и до сгорания.

 

Этот  коэффициент  может  существенно  различаться 

в  действительных   процессах  сгорания.

 

Пример:

 

 

После  сгорания  каждая  сфера,  имевшая  радиус  r

а

, 

занимает  сферу  с  радиусом 

  (рис.      19,  б),    причем 

только    сгоревшая    часть    с    радиусом 

  оказы- 

вается  видимой.  Выяснилось,  что  после  короткого  на- 
чального  периода    устанавливается  постоянная    видимая 
скорость  пламени 

.  Так  как 

 

то      абсолютная      скорость      пламени 

 

чего  и  следовало  ожидать,  так  как  условия  сгорания  смеси 
остаются  неизменными.  Исключение  составляет  только 
смесь,  расположенная  непосредственно  вокруг  электро- 
дов,  где  сильное  искривление  поверхности  сферы  может 
приводить  к  более  благоприятным  условиям  охлаждения 
и  соответственно  к  меньшей  скорости  распространения 
пламени.

 

50.  Явления  воспламенения  и  распространения  пла- 

мени  оказываются  значительно  более  сложными  и  в  боль- 

шей  мере  приближающимися  к  имеющим  место  в  двига- 

теле  в  случае  сферической  бомбы  с  центральным  зажи- 

ганием,  использованной  Льюисом  и  фон  Эльбе,  которые 

рассмотрели,  в  частности,  количественный  пример  взрыва 

озона   [2].  В этом случае наблюдения  проводились не

 

 

ряется приблизительно по следующему  закону:  степень 

расширения