Тимофеев К.Ю.   Гольдфельд М.  

Механизм самовоспламенения и стабилизации пламени в сверхзвуковой камере сгорания

Докладчик: Гольдфельд М.

Воспламенение стабилизация горения газообразного или жидкого горючего в воздушном потоке относятся к числу фундаментальных задач физики горения, лежащих на стыке аэро-, термодинамики и химической кинетики. Появление нового направления, связанного с изучением воспламенения и горения топлив при сверхзвуковых скоростях потока, продиктовано проектами создания гиперзвуковых летательных аппаратов с прямоточным воздушно-реактивным двигателем.
Настоящее исследование было сосредоточено на определении условий самовоспламенения водорода в камере сгорания при числе Маха на входе 4. Другая задача состояла в определение эффективной модели подачи топлива для самовоспламенения и стабилизации пламени и предотвращения запирания канала. Модель представляла собой экспериментальный канал прямоугольного сечения со стабилизатором пламени в виде обратного уступа. Подача топлива осуществлялась перед уступом с верхней и нижней стенок модели через 8, равномерно расположенных круглых отверстий под углами 45° или  90°.
В результате проведенных исследований было установлено, что начальное воспламенение происходит на расстоянии примерно (6− 10) h (h-высота уступа) от уступа. Процесс стабилизации реализуется в три этапа. Первый этап соответствует локальному горению с небольшим повышением давления в зоне отрыва. Второй этап соответствует интенсивному горению и повышению давления  по всей камере сгорания  вследствие распространения пламени вверх по потоку и существенному утолщения пристенного слоя, толщина которого превышает толщину пограничного слоя и высоту уступа. Увеличение тепловыделения и, как следствие, турбулизации потока приводит к интенсификации смешения и дальнейшему распространению пламени вверх по потоку. Третий этап процесса характеризуется устойчивым горением и высоким уровнем давления по всей камере сгорания, но в ядре потока течение остается сверхзвуковым. Увеличение коэффициента избытка топлива  приводит к уменьшению высоты сверхзвукового ядра потока и к запиранию канала с переходом к дозвуковому горению. Показано, что интенсивность горения и вероятность запирания канала существенно зависит от числа Маха и угла подачи топлива. Полученные результаты подтверждены измерениями давления,  тепловых потоков, теневой визуализацией структуры течения и регистрацией распространения пламени в канале.


К списку докладов