Поместив у закрытого конца трубы начало отсчета координат, получим краевое условие v^O (£=0). Другим словпвм, очевидно, будет р = 0 (£—1). Не рассматривая
пока П])одссса горения, вычислим эшору стоячей волны давлеиня в такой трубе.

По уравнениям (4.13) п (4.14), обозначив Ар=р0, найдем

Здесь уже положено Р = Переход от размерных

Баннії по длине камеры п-оратшя.

Образом, по формулам (4.8). Если произвести соответ­ствующий расчет, причем амплитуду колебании давления у закрытого конца взять из эксперимента, и из экспери­мента же заимствовать частоту колебаний, то можно срав­нить теоретическую п наблюденную конфигурации эпюры давления. Такое сравнение дано па рис. 107. Как видно из графика, экспериментальные точки хорошо ложатся на теоретическую кривую. Обращает на себя внимание лишь некоторое несоответствие между теоретическим краевым условием у открытого конца {Ьр = 0) и ходом кривой, Это объясняется тем, что реальная колебательная система безусловно налу чала акустическую энергию из открытого конца (а следовательно, не могла нметь узла давления) п, кроме того, уже упоминавшимся в конце § 30 «эффектом открытого конца». Если добавить для учета этого эффекта к длине трубы у ее открытого конца величину порядка 0,3 диаметра, то на рпс. 107 это даст точку А. Тогда продолжение расчетной кривой, определенной по замеренной частоте н амплитуде коле­баний давления у закрытого конца, показанное на гра­фике штрихами, пройдет совсем близко от точки А. Сле­довательно, не только величина частоты колебаний, но также существование п конфигурация стоячей волпы давлення подтверждает, что наблюденное явление имеет акустическую п рироду.

При анализе описываемого процесса надо учесть, что горение происходит у закрытого конца, т. е. в сечениях, где наблюдаются большие амплптуды колебаний давле­ния и сравнительно малые колебания скорости течения. Если акустнчес-кне колебания приводят, в результате действия некоторого механизма обратной связи, к коле­баниям тепловыделения, то диаграмма границ устойчи­вости будет иметь характер, представленный в левой части рпс. 28. Вектор У, показанный на этой диаграмме, будет в рассматриваемом случае представлять колеба­тельную составляющую тепловыделения (напомним, что па диаграммах изображенного типа вектор колебаппя давления направляется по оси х, а вектор колебания скорости но оси у). Еслп в спстеме существует механизм обратной связи, обусловливающий появлепгш колебатель­ной составляющей у тепловыделения, то, чтобы такое возмущение тепловыделении было способно возбудить акустические колебания, необходимо, чтобы относитель­ная величина этого возмущения превосходила некоторую минимальную величину (окружность границы устойчи­вости пе касается оси у) н, кроме того, была приблизи­тельно в фазе с давлением (упомянутая окружность лежит в области положительных значений х симметрично отно­сительно этой оси).

Первое из пазваниых условий реализуется сравни­тельно легко; осуществление второго не так просто. Чтобы рассмотреть этот вопрос более подробно, обратимся к изучению возможного механизма обратной связи, Выше, в § 35, уже говорилось, что вследствие сравни­тельно малого напора, под которым подается первичный воздух с пылью п вторичный воздух, колебания давле­ния в верхней части камеры сгорания могут вызывать периодические колебания в подаче горючего и воздуха. Это дает возможность реализоваться механизму обратной связи, имеющему в основе смесеобразование.

Пыль подавалась в камеру сгорания первичным возду­хом под давлением 200—250 мм вод. ст., а остальной воздух — под давлением 100—150 мм. вод. ст. Как видно из рис. 107, колебания давления у закрытого конца трубы (у горелки) имели порядок 125 мм вод. ст. Следо­вательно, в моменты наибольшего повышения давления подача воздуха должна была почти полностью прекра­щаться, а нодача пыли тормозиться заметным образом. Если предположить, что сгорание топлива происходит мгновенно, сразу после попадания его в камеру сгорания, то повышению давлення в камере будет соответствовать уменьшение теплоподвода. Следовательно, возбуждение колебапий оказывается невозможным. В описанной схеме явления не учтено чрезвычайно важное обстоятельство: поскольку топливо воспламеняется не мгновенно, фазо­вое соотношение между колебаниями давлення и тепло­выделения может измениться. Кроме того, возможен фазовьтй сдвиг между возмущением давлення и подачсіі топлива вследствие отклонения колебании подачи пыл и от квазпстаццонарноп схемы, принятой в приведенном простоишем рассуждении.

Задержка воспламенения смеси воздуха с пылью может быть связана с целым рядом факторов. Во-первых, следует учесть, что для воспламенения угольную пыль следует подогреть до соответствующей температуры. Этот нагрев происходит как за счет излучения тепла, зоной горения (т. е. с первого мгновения поступления пыли в камеру сгорания), так и за счет контакта с продуктами сгорания (это требует известного времени, так как зона интенсивного горенпя лежпт иа некотором удалении от горелки и пыль должна долетать до нее). Во-вторых, нагрев пыля сам по себе недостаточен, еслп пылинки не окружены воздухом, основные массы которого, как это видно из схематического чертежа камеры сгорания иа рнс. 105, поступают независимо от пыли. Следовательно, горению должен предшествовать процесс перемешивания пыли с воздухом, который тоя>е требует известного вре­мени. Данное здесь качественное описание процесса вос­пламенения пыли показывает, что задержка воспламе­нения является совершенно неизбежной п ее величина не может быть пренебрежимо малой. Это может, прп извест­ных условиях, привести к совпадению фаз колебаний давления и тепловыделения, т. е. к самовозбуждению системы.

Прп обсуждении в конце гл. IX влияния «растяну­тости» зоны горепия иа вероятность самовозбуждения акустических колебаний было установлено, что чем более протяженна (в направлении осп трубы) зона горения, тем менее вероятно возбуждение колебаний. Следова­тельно, фактором, способствующим возникновению акус­тических колебаний, является сравнительно узкая лока­лизация зоны интенсивного горения: процесс сгорания должен происходить бурно в довольно узком фронте горения. В рассматриваемом случае фактором, способ­ствующим интенсивному тепловыделению вверху камеры сгорапия, является, в частности, превышение папора, под которым подается иыль, но сравнению с напором, под которым подается остальной воздух. Тогда после прохож­дения давлення через максимум первой в камеру сгора­пия устремляется пыль, она начинает подогреваться ц газифицироваться и уже подготовленная для воспла — менепия смешивается с остальным воздухом. Это должно сопровождаться бурной реакцией в сравнительно узкой (по длине трубы) зоне.

Укорочение зоны интенсивного теплоподвода будет происходить также нри использовании горючих, богатых «летучимп» — газообразными веществами, выделяющи­мися при нагреве топлива и представляющими легко воспламеняющуюся часть топлива. Основная масса «лету­чих», а Также мелкие фракцией пыли должны сгорать в сравнительно короткой зоне, в малом отдалении от горелки. Поэтому использование быстро воспламеняю­щихся горючих также должно способствовать возмож­ности возникновения вибрационного горения. lU 30 н. В. РиугаенОах

Задержка воспламенения и возможность сравнительно узкой локализации процесса горения фактически наблю­далась в пылеугольных топках. В. В. Соловьевым был поставлен специальный опыт по определению фазового сдвига между колебаниями давления и тепловыделения, который фактически получался при впбрациоппом горе­нии в пылеугольной топке. С этой целью вверху, в зоне

Рис. 108. Осциллограмма одновременной записи колебаний давления и светимости (запись ампли­туды колебаний давления искажена в нижних ча­стях осциллограммы выходом датчика давления из области линейности).

Расположения горелки (т. е. там, где было локализовано наиболее интенсивное горенпе), устанавливался фото­элемент, реагировавший на свечение пламени. Если сде­лать предположение, что моменты наиболее интенсивного горения (тепловыделения) совпадают с моментами наи­более интенсивного свеченпя, то по колебанию послед­него можно составить представление н об пзменевпп тепловыделения в зоне интенсивного горенпя. Прп этом проще всего будет зафиксировать фазовые соотношения. На рис. 108 дан результат такой записи. Как видно из приведенной осциллограммы, фазы свечения и давления совпадают, что указывает на реализацию наиболее благо­приятного для возбуждения колебательной системы фазо­вого соотношения между указанными величинами

Реализованное колебательной системой должное фазо­вое соответствие может быть объяснено, как уже указы­валось, лишь тем, что процесс смесеобразования и вос­пламенения требует известного времени. Особый интерес представляет, однако, то обстоятельство, что записанные осциллографом кривые указывают на реализацию не просто одного из необходимых фазовых соотношений, но на реализацию того единственного соотношения, кото­рое обеспечивает наиболее благоприятные условия воз­буждения. Каи уже было ноказано в § 45, совпадение фазы тепловыделения и давления является оптимальным с этой точки зрения. Таким образом, приведенный экспе­риментальный факт можно рассматривать как одно из подтверждений гипотезы о стремлении колебательной системы к реализации такого процесса, который харак­теризуется максимумом излучения акустической энергии из зоны теплонодвода.