Сгорание в поршневых двигателях (Брозе Д.) - часть 57

 

227 

Плотность  смеси  изменялась  в  широких  пределах. 

В  использованной  им  установке  смесь  подавалась  непре- 

рывно  через  большое  число  отверстий  и  отводилась  через 

другие  отверстия,  т.  е.  имела  место  стационарная  реакция, 

причем  считалось,  что  практически  реакция  идет  в  гомо- 

генной  среде.  Однако  возможна  и  другая  интерпретация: 

можно  предположить,  что  имело  место  турбулентное  горе- 

ние  со  скоростью,  соответствующей  скорости  поступления 

смеси.  При  этом  происходило  быстрое  горение  примерно 

такого же типа, как в двигателях с искровым зажиганием.

 

371.  Опыты    показали,      что    скорость    превращения      в 

бомбе  Лонгвелла  является  функцией  второй  степени  от 

плотности  смеси  и  одновременно  зависит  от  ее  состава. 

Из  этого  следует,  что  решающим  фактором  является  дей- 

ствительная  скорость  реакции  между  двумя  реагентами, 

а не скорость поступления смеси.

 

Если  рассматривать  весь  процесс  разделенным  на 

турбулентную  диффузию  и  локальное  распространение 

пламени  с  нормальной  скоростью  и

н

  в  спокойных  зонах, 

можно  получить  сопоставимые  результаты,  охватывающие 

как  опыты  на  бомбе  Лонгвелла,  так  и  опыты  в  камерах 

сгорания двигателей.

 

372.  Можно  принять,  что  скорость  и

н

  равна  0,5  м/сек 

при      комнатной      температуре      и      коэффициенте      избытка 

воздуха,  равном  единице.  Соответствующее  значение    и

н 

в  двигателе  при  температуре  в  конце  сжатия  на  основании 

опытов,  выполненных  при  высоких  температурах  с  керо- 

синовыми    горелками,      а    также    на    базе    экстраполяции 

результатов  других  опытов,  может  быть  принято  равным 
5  м/сек.  Предположим,  что  турбулентное  распространение 

пламени      в      бомбе      Лонгвелла      проходило      со      скоростью 

звука,  равной  330  м/сек,  в  то  время  как  в  двигателе  оно 

идет  со  скоростью  смеси  на  впуске,      например,    равной 
50  м/сек,  которая  полностью  трансформируется  в  турбу- 

лентность.  Путь,  который  должен  был  быть  пройден  пла- 

менем,  составлял  около  2,5  см;  в  двигателе  путь  пламени 

может быть принят равным 5 см. 

373.  Примем  размеры  застойных  зон,  которые  локально 

должны  охватываться    реакцией  со  скоростью  нормаль- 

ного  распространения  пламени,  равными  0,1  мм  в  случае 

опытов  Лонгвелла  и  1  мм  —  в  двигателе.  При  этом  время 

завершения  реакции  может  быть  получено  на  основании 

измерения толщины фронта пламени в горелке Бунзена. 

8*

 

 

228 

Достаточно  разумная  оценка  дает  и  для  бомбы  Лонгвелла 

и  для  двигателя  величину,  равную  0,1—0,2  мсек,  причем 

в  обоих  случаях  плотность  несгоревшей  смеси  принята 

равной 10 * (табл. 6).

 

Т а б л и ц а  6

 

 

*  Не зазисит от состава смеси. 

*· Зависит от состава смеси .

 

374.  Данные,  приведенные  в  таблице,  показывают,  что 

действительно  лимитирующей  в  бомбе  Лонгвелла  является 

именно  скорость  реакции;  турбулентное  распространение 

пламени  занимает  там  пренебрежимо  малое  время.  В  дви- 

гателе  же  именно  время    распространения    пламени  яв- 

ляется  лимитирующим  фактором,  из  чего  можно  заклю- 

чить,  что  интенсивность  горения  может  быть  увеличена 

за счет:

 

1)  использования более высокой скорости впуска; 
2)  уменьшения линейных размеров камеры; 
3)  усиления  турбулизации другими способами   [42]. 
375.  Максимальное 

значение  интенсивности  сгорания, 

достигнутое      в    двигателях,      может    быть      с    достаточным 

для данной цели приближением оценено следующим обра-

 

*  Т.  е.  в  10  раз  большая,  чем  при  атмосферных  условиях.  Прим.  ред. 

 

 

229 

зом:  примем  удельную  мощность  равной  100  (150)  л.  с./л. 

Эта  удельная  мощность  получена  при  расходе  тепла,  рав- 

ном  2000  ккал1(л.  с.  ч);  при  этом  тепло  превращено 

в работу  в   объеме,   равном

 

Рис.  179.  Сравнение  интенсивности 

сгорания,  имевшей  место  в  различ- 

ных  технических  процессах,  с  пре- 

дельными  данными,  полученными 

в опытах Лонгвелла:

 

/  —  зона  свечения  горелок  Бунзена; 

а  —  бензиновые  двигатели;  б  —  дизель 
(максимальное  значение);  β  —  ракеты; 

г  —  авиационные  газовые  турбины; 

д  —  стационарные  газовые  турбины; 
1  —  предельная  зависимость  по  опытам 

Лонгвелла  для  теоретически  правиль- 

ной  пропано-воздушной  смеси;  2—эф- 

фект  высоты;  3  —  высокоэффективные 

промышленные   топки

 

 
0,1  дм

3

,  что  соответствует  объему  камеры  сгорания  при 

ε  =  11,  за

сек  полного  времени  работы  двигателя

1

. 

Удельная скорость тепловыделения

 

 

или  приблизительно  10

11

  ккал/(м

3

  ч),  что  свидетельствует 

о  наличии  очень  большого  запаса  по  сравнению  со  значе- 

ниями,  полученными  в  опытах  Лонгвелла,  показанными 

графически  на  рис.  179.  При  плотности,  равной  10,  разли- 

чие  10-кратное,  причем  оно  было  бы  больше  при  повыше- 

нии  степени  сжатия  и  применении  наддува.  Прежде  всего 

важно  знать,  возможно  ли  достигнуть  рациональным 

способом  большей  турбулизации  заряда,  что  необходимо 

для  интенсификации  горения.  В  связи  с  этим  следует, 

во-первых,  иметь  в  виду,  что  скорости  впуска  более 
100  м/сек  приемлемы  только  в  тех  случаях,  когда  энергия 

отработавших  газов  используется  для  облегчения  процесса 

наполнения.

 

1

  Автор  исходит  из  продолжительности  основной  фазы  сгорания, 

равной  20°  угла  поворота  кривошипа,  что  для  быстроходного  двига- 

теля явно мало. Прим. ред.

 

 

 

230 

376.  Во-вторых,  нужно  помнить,  что  при  повышении 

плотности  заряда  решающее  значение  приобретает  про- 

блема  теплоотвода  через  стенки  камеры  сгорания,  особенно 

через  днище  поршня.  Последнее  вытекает  также  из  того, 

что  интенсивность  горения  в  случае  дизелей  значительно 

меньше.    Максимальное  значение  скорости    превращения 

энергии  в  условиях  дизеля,  показанное  на  графике,  под- 

считано  на  основании  максимальных  показателей  двига- 

теля  Нэпир  Номад,  которые  не  достигнуты  в  других  дви- 

гателях.  Отставание  дизелей  от  бензиновых  карбюратор- 

ных  двигателей  не  является  следствием  относительного 

несовершенства      процесса  смесеобразования;  ведь  всегда 

можно  в  дизеле  эффективно  использовать,      по  меньшей 

мере,  75%  воздуха,  и  даже  с  учетом  относительно  невысо- 

кого  индикаторного  к.  п.  д.  при  максимальной  нагрузке 

удельная  мощность  дизеля  не  должна  быть  ниже  65% 

от  соответствующего  значения    в  бензиновом  двигателе. 

Отсюда  следует,  что  в  дизеле  очень  многого  еще  можно 

достичь совершенствованием конструкции. 

377.  Очень  низкие  значения    интенсивности  горения, 

получаемые  в  камерах  газовых  турбин,  связаны  с  необ- 

ходимостью      крайне    экономно    расходовать    энергию      на 

создание  турбулизации:  нельзя  затрачивать  более  5—10% 

общей  кинетической  энергии  заряда.  Причина  этого  за- 

ключается      не  только    в    относительно    низком    к.      п.    д. 

цикла,      но  также    в    крайне    большом    расходе    воздуха. 

Тепловая  нагрузка  стенок  здесь  также  оказывается  суще- 

ственным лимитирующим фактором. 

 
ДОПОЛНИТЕЛЬНЫЕ ПОСЛЕДСТВИЯ ГОРЕНИЯ 

378.  К  дополнительным  эффектам  горения  относятся 

загрязнение,    коррозия,    износ      [43].      Если  та    или    иная 

машина  подвержена  только  термическим  и  механическим 

нагрузкам  при  температурах  ниже  зоны  ползучести  ме- 

талла,  то  в  принципе  оказывается  возможным  создание 

конструкции        с        практически        неограниченным        сроком 

службы.  Для  этой  цели  фактические  напряжения  в  мате- 

риале  каждой  детали  должны  оставаться  ниже  пределов 

усталости  для  соответствующего  материала  при  рабочей 

температуре  детали.  Смазка  движущихся  частей  должна 

удовлетворять  определенным  минимальным  требованиям, 

а   именно:   должна  быть  обеспечена   чисто  жидкостная