ИССЛЕДОВАНИЕ ТЕПЛОВОГО И ГАЗОДИНАМИЧЕСКОГО ВОЗДЕЙСТВИЯ
ВОЗДУШНОГО ЗАРЯДА НА РАЗВИТИЕ ТОПЛИВНОЙ СТРУИ
Владимир Рудаков

(Окончание, начало в номере 6-2004 г.)

Угол конуса. Понятие угла конуса струи a сохраняет смысл лишь для интервала времени, ограниченного началом и концом впрыска, включая, возможно, небольшой период после его окончания, т.к. после прекращения впрыска струя деформируется и ее угол конусности становится неопределенным. Характер изменения a во всех случаях довольно сложный, типичными для него являются затухающие колебания. Для горящей струи можно условно выделить пять временных интервалов, на протяжении которых происходят знакопеременные изменения угла конуса.

В самом начале впрыска, на первом участке, в интервале времени, ограниченном длительностью экспозиции одного кадра (примерно до 0,1…0,3 мс), закономерности изменения конусности не получены, так как скорость киносъемки ограничивает разрешение по времени. Можно лишь предположить, что на этом этапе происходит быстрый рост величины угла конуса, вызванный нарастанием переднего фронта гидроимпульса давления. Некоторые кинограммы подтверждают это предположение. Угол конуса увеличивается до 20…39° и на некоторых режимах, по-видимому, может превышать эти значения. На втором участке a снижается, и его минимальное значение также варьируется, но располагается в одном интервале значений. На третьем участке угол конуса снова растет до некоторого предельного значения. Момент воспламенения топлива приходится на его начало. На четвертом временном интервале наблюдается медленное снижение, а после отсечки впрыска, на пятом участке, происходит деформация струи, ее геометрия нарушается и далее она догорает, теряя характерную форму.

В дизельном процессе на границе первого и второго участков угол конуса струи достигает 26°. Далее, на втором участке, он уменьшается до 14,5° в течение 1,24 мс, а затем, на третьем участке, возрастает до максимального значения 28°, приходящегося на момент 2 мс. Затем, до окончания впрыска на четвертом участке угол конуса вновь уменьшается со средней скоростью 1°/мс, испытывая небольшие колебания в пределах ±1°. На последнем участке в течении 5…7 кадров угол конуса становится все хуже определимым, очаг пламени деформируется, сосредотачивается на периферии камеры и, растекаясь по поверхности поршня, сгорает до открытия выпускного клапана.

Аналогичные изменения a происходят при других условиях. Некоторое различие имеется лишь в значениях угла конуса. В этом случае на рубеже первого и второго участков его средняя величина составляет приблизительно 39°, а затем a снижается до минимального среднего значения 17° за 1,35 мс. Далее угол конуса возрастает до 28°, приходящихся на 2,1 мс, затем медленно снижается на 2° до окончания впрыска. Дальнейшая эволюция угла конуса происходит так же, как и при меньшем давлении. Медленное снижение a на четвертом участке, очевидно, происходит из-за выгорания внешних слоев оболочки.

После отсечки шлейф струи теряет конусность вследствие выгорания последних и периферийных элементов струи, образование которых происходит на этапе, соответствующем заднему фронту диаграммы давления. Скорость их движения незначительна, и при скоростях уменьшения давления впрыска, характерных для ЭГСТ, во внимание может не приниматься. Струя превращается в бесформенный очаг пламени и сосредотачивается на периферии камеры, где сгорает основная масса топлива, при этом медленно продвигаясь по днищу поршня к форсунке.

В режиме "Динамика" происходят аналогичные изменения угла конуса.

Изменение угла конуса в холодной статической бомбе имеет аналогичный характер, но изменение a происходит в меньших пределах. Например, начало второго участка 20,5°, третьего - 12,5°. Поскольку продолжительность была уменьшена, момент окончания впрыска пришелся на начало четвертого участка, когда угол конуса принял значение 15,5°, после чего его развитие струи перешло в деформацию.

Для большего давления соответствующие значения составляют 22,5°, 15°, 12°. Четвертый участок также практически отсутствует. При развитие струи в бомбе возрастание угла конуса на третьем участке в некоторой степени можно объяснить воздействием температуры, вызывающей интенсивное испарение распыленного топлива, вследствие чего происходит более активное по сравнению с режимами "Д" и "С" расширение струи. Ее воспламенение еще более усиливает этот процесс, от чего угол конуса за 0,2…0,6 мс увеличивается на 10…11°. Кроме того, в бомбе при продолжительности впрыска, превышающей 2,5 мс, наблюдаются колебания угла конуса струи в процессе ее развития. Такие же колебания отмечаются и на кинограммах холодной струи, полученных в иных условиях.

Помимо угла конуса измерялась площадь профиля топливной струи. Результаты показали, что воздействие температуры воздуха на этот параметр значительно сильнее, чем соответствующее влияние давления.

Выводы: