Ваш браузер устарел и не обеспечивает полноценную и безопасную работу с сайтом.
Установите актуальную версию вашего браузера или одну из современных альтернатив.
Российские ученые Ю.В. Кондратюк и Ф.А. Цандер впервые высказали идею о возможности и необходимости применения легких металлов и их соединений для горючих в жидкостных ракетных двигателях. Применение порошкообразного металлического горючего (ПМГ), по существу открыло новое направление в реактивном двигателестроении. Обладая большой теплотой сгорания и высокой плотностью ПМГ способны существенно увеличить такие важные характеристики двигательных установок, как удельные импульсы тяги.
Применительно к внутрикамерным процессам в энергетических установках экспериментально-теоретические исследования должны быть направлены на изучение тех характеристик, от которых зависят воспламенение и полнота сгорания порошкообразного металлического горючего [1]. Одной из таких характеристик является скорость распространения пламени. В связи с этим необходимы экспериментальные данные которые позволят установить закономерности и выявить особенности горения и распространения пламени в турбулентном потоке аэровзвей частиц металлов. В качестве порошкообразного металлического горючего одним из наиболее доступных металлов является алюминий.
В настоящей работе представлены результаты исследований влияния начальных параметров потока аэровзвеси: размера частиц алюминия, скорости, турбулентности и температуры воздуха на скорость распространения пламени. Данная работа является продолжением исследований, результаты которых были представлены в [2].
Важнейшей характеристикой порошкообразных металлических горючих является размер частиц. В последние годы получено достаточно много экспериментальных результатов по определению закона горения частиц алюминия, позволяющих утверждать, что в области размеров 10 мкм, происходит смена режима горения. В указанном диапазоне размеров происходит смена режима горения частиц алюминия с контролируемого диффузией на кинетический, т. е. реализуется переходный режим горения.
Было получено, что в потоке аэровзвеси с АСД-4 со средним размером частиц 7,4 мкм, горение которых протекает в кинетическом режиме, зависимость , соответствует теоретическим представлениям. Согласно которым при значениях 0,2 и в аэровзвесях частиц алюминия тепловыделение, температура и скорость распространения фронта пламени принимают максимальные значения [2–4].
В потоке аэровзвеси с АСД-1 со средним размером частиц 17,4 мкм было установлено, что скорость распространения пламени увеличивается с уменьшением коэффициента избытка воздуха в диапазоне значений , а на кривой зависимости есть только один максимум, который соответствует значению коэффициента избытка воздуха 0,2. Это объясняется тем, что частицы алюминия АСД-1 со средним размером 17,4 мкм, горят в воздухе при атмосферном давлении в диффузионном режиме. В этом случае при увеличении массовой концентрации увеличивается суммарная площадь поверхности частиц, в связи с чем наблюдается интенсификация процессов лучистого переноса тепла между частицами, приводящая к соответствующему увеличению скорости распространения фронта пламени.
Установлено, что для аэровзвеси порошка АСД-1 со средним размером частиц алюминия 17,4 мкм получена зависимость свидетельствующая, что увеличение начальной температуры воздуха приводит к увеличению скорости распространения пламени . Максимальные значения скорости распространения пламени соответствуют значениям коэффициента избытка воздуха . При этом граница богатого предела распространения пламени смещается в сторону стехиометрии (1,0), оставаясь в области переобогащенного состава аэровзвеси.
Получено, что c увеличением скорости распространения пламени , соответственно и с увеличением скорости потока аэровзвеси , сужается диапазон составов смеси, внутри которого возможно распространение пламени. Было установлено, что в модели камеры сгорания диаметром 0,04 м при скорости
меньше 40 м/с устойчивого распространения фронта пламени не происходило. Данный факт подтверждает существования критического значения числа Рейнольдса для процесса нестационарного распространения пламени в реагирующих аэровзвесях частиц алюминия.
Установлено, что в потоке аэровзвеси с частицами алюминия АСД-1 в диапазоне значений увеличением начальной турбулентности с 12 до 22 % и масштаба турбулентности с 0,01 до 0,07 мм приводит к расширение пределов распространения пламени и увеличению скорости распространения пламени. Также было выявлено, что наличие решетки во входном канале на 0,2 м в камере сгорания 0,07 м приводит увеличению скорости распространения пламени в потоке аэровзвеси с АСД-4, и к уменьшению в потоке аэровзвеси с АСД-1.
Выявленные закономерности влияния начальных параметров потока аэровзвеси на скорость рапространения пламени могут найти практическое применение при организации процесса горения в камерах двигательных установок на порошкообразном металлическом грючем.
