Детонационное сгорание: : : Moscow Volvo Club —

Детонационное сгорание — Справочник химика 21

    История развития квалификационных методов оценки эксплуатационных свойств нефтепродуктов, по мнению К. К. Папок [18], началась именно с нефтяных топлив в начале XX века, когда на пути развития бензиновых двигателей внутреннего сгорания возникла проблема детонационного сгорания топлива. Первым квалификационным методом был метод определения октановых чисел бензинов на одноцилиндровой установке Во-кеш, разработанной в 1927 г. Как известно, метод октановых чисел получил распространение во всем мире, с ним было связано проведение широких исследований и решение серьезных проблем в области детонации. В 40-х годах в связи с необходимостью предотвращения загрязнения деталей двигателей углеродистыми отложениями была начата интенсивная разработка квалификационных методов оценки качества смазочных масел. [c.15]
    Все внешние признаки и проявления детонации хорошо известны, однако, причины возникновения и механизм этого явления до сего времени выяснены не полностью. Существует несколько теорий, объясняющих сущность детонационного сгорания, но наиболее общепризнанной из них в настоящее время является так называемая перекисная теория. [c.65]     Основные физико-химические свойства топлив, в том числе бензинов, и влияние этих свойств на работу топливной системы летательного аппарата и двигателя были подробно рассмотрены в гл. П1. Однако учитывая особенности сгорания бензинов в поршневых авиационных двигателях, связанные с возможностью детонационного сгорания, следует более подробно рассмотреть антидетонационные характеристики бензинов. [c.99]

    Детонация топлива — это сгорание его в двигателе со скоростью распространения пламени примерно в 100 раз большей, чем при нормальном сгорании. Признаками детонационного сгорания топлива в двигателе являются характерный резкий металлический стук в цилиндрах, тряска двигателя, дымный выхлоп и падение мощности. Сильная детонация приводит к перегреву двигателя, пригоранию колец, подгоранию поршней и клапанов, разрушению подшипников ИТ.

п. [c.173]

    В поршневых двигателях с электрическим зажиганием отложения нагара на стенках камеры сгорания приводят к перегреву днища поршней, возникновению термических напряжений, вызывающих образование трещин, в нередких случаях обнаруживается прогорание днищ поршней. По причине уменьшения объема камеры сгорания увеличивается степень сжатия двигателя, а недостаточный отвод тепла через слой нагара охлаждающей жидкостью создают условия для возникновения процесса неуправляемого горения рабочей смеси — детонации, Пониженны отвод тепла от деталей камеры сгорания, покрытых слоем нагара, повышает требования устойчивости бензина и топливного газа детонационному сгоранию. За счет значительного нагрева частичек нагара, находящегося на стенках камеры сгорания и днища поршня, может возникнуть калильное зажигание рабочей смеси. 

[c.38]

    Детонация возникает вследствие самовоспламенения части ТВС, до которой фронт пламени от свечи доходит в последнюю очередь. Внешне детонация проявляется в возникновении звонких металлических стуков при работе двигателя на больших нагрузках. При интенсивной детонации мощность двигателя падает и появляется черный дым в отработавших газах. Регулярное возникновение детонации может привести к разрушению и сплавлению головок поршней, к повреждению шатунных и коренных подшипников коленчатого вала. Детонационное сгорание сопровождается резким возрастанием амплитуды вибраций с частотой 5000—6000 Гц [164]. 

[c.151]

    Механизм возникновения детонационного сгорания в ДВС был подробно исследован А. С. Соколиком [21, 165]. [c.151]

    Эффективным средством увеличения наддува, предотвращения детонационного сгорания газа и снижения интенсивности нагарообразования в ГМК является искусственное охлаждение наддувочного воздуха. Практически это может быть осуществлено впрыскиванием воды (конденсата) в различные элементы всасывающей системы моторных цилиндров ГМК. [c.229]

    На некоторых режимах работы автомобиля, обычно связанных с большой нагрузкой, при использовании бензина, качество которого не полностью отвечает требованиям двигателя, может возникнуть особый вид сгорания рабочей смеси, так называемое детонационное сгорание.

Такое сгорание сопровождается появлением характерного звонкого металлического стука, повышением дымности выхлопа и увеличением температуры в цилиндрах двигателя. [c.65]

    Основные положения перекисной теории детонации позволяют объяснить влияние различных факторов на возникновение детонационного сгорания в двигателе и помогают наметить пути борьбы с этим явлением. [c.70]

    Изложенные выше представления о цепном механизме детонационного сгорания основаны на трудах акад. Н. Н. Семенова и подтверждаются многочисленными экспериментальными данными. [c.67]

    Рис. 20 иллюстрирует исследования перемещения фронта племени при нормальном и детонационном сгорании смеси в специаль-. [c.67]

    Внешние признаки детонационного сгорания мы уже отмечали характерный стук, дымный выхлоп и перегрев двигателя. [c.68]

    Эти положения хорошо объясняют влияние на возникновение детонационного сгорания таких показателей, как степень сжатия двигателя, форма камеры сгорания, диаметр цилиндра, материал поршней и головки блока цилиндров, наличие отложений нагара, угол опережения зажигания, число оборотов коленчатого вала, температура и влажность окружающего воздуха, состав смеси, температура охлаждающей жидкости и т.

д. [31—35]. [c.71]

    Поверхностное воспламенение по своему характеру принципиально отличается от детонационного сгорания, хотя эти явления в условиях работы автомобильного двигателя тесно связаны. Однако процесс сгорания смеси после калильного зажигания протекает с нормальными скоростями и может не сопровождаться детонацией. [c.72]

    Воспламенение рабочей смеси от гор ячей точки до появления искры зажигания действует на процесс сгорания так же, как установка более раннего угла опережения зажигания, т. е. способствует возникновению детонации. С другой стороны, детонационное сгорание вызывает значительное повышение температурного режима двигателя, способствует появлению горячих точек в камере сгорания и возникновению калильного зажигания. Таким образом, калильное зажигание и детонация тесно связаны между собой и часто оба явления имеют место в двигателе в одно и то же время, но механизм протекания этих процессов и меры борьбы с ними существенно различаются.

 [c.72]

    Внешними проявлениями детонационного сгорания являются характерные металлические стуки и появление из выхлопных натруб- [c.204]

    Для оценки детонации используются практически все характерные проявления детонационного сгорания бензинов в двигателях повышение скорости сгорания и нарастания давления, увеличение температур газа и стенок камер сгорания, вибрация газа и корпуса двигателя, появление специфических продуктов преддетонационных реакций, изменение характера выхлопа, резкое уменьшение мощности и др. Некоторые из этих проявлений детонации используются только для исследовательских целей, другие — для количественного измерения уровня детонации в контрольных приборах и установках [1-11]. 

[c.90]

    Весьма эффективным средством подавления детонации является впрыск воды во впускную систему двигателя. Однако вода — не антидетонатор. Попадая в камеры сгорания двигателя, она испаряется, и пар нагревается за счет тепла, выделившегося при сгорании смеси. Впрыск воды снижает температуру в камерах сгорания и охлаждает детали цилиндро-поршневой группы. Снижение температуры в камерах сгорания уменьшает скорость окислительных реакций, предшествующих детонации, и предотвращает возможность детонационного сгорания. Экспериментами показано, что впрыск воды снижает требования к антидетонационным свойствам бензинов на 7—10 октановых единиц. 

[c.129]

    На некоторых режимах работы двигателя при использовании бензина, качество которого не полностью отвечает требованиям двигателя, может возникнуть так называемое детонационное сгорание рабочей смеси. Для объяснения механизма детонации в двигателях предложено несколько теорий, но наиболее признанной из них является пероксидная теория с цепным механизмом. В основе теории лежат труды выдающихся русских ученых А. Н. Баха и Н. Н. Семенова. [c.9]

    Если в двигателе используется такой бензин, в составе которого преобладают углеводороды, не дающие при окислении большого количества пероксидных соединений, то концентрация пероксидов в последних порциях смеси не достигает критических величин, и сгорание заканчивается нормально, без детонации.

Если при окислении бензина в последних порциях смеси накапливается много пероксидных соединений, то при некоторой критической концентрации происходит их взрывной распад с последующим самовоспламенением. Появляется новый фронт горячего пламени, двигающийся по нагретой активной смеси, в которой предпламенные реакции близки к завершению. При этом появляется детонационная волна сгорания, имеющая скорость 2000—2500 м/с. Одновременно с появлением очага детонационного сгорания возникает новый фронт ударной волны. Многократное отражение ударных волн от стенок камер сгорания рождает характерный звонкий металлический стук высоких тонов. При детонационном сгорании двигатель перегревается, появляются повышенные износы цилиндро-поршневой группы, увеличивается дымность отработавших газов. [c.10]

    Детонационное сгорание сопровождается повышением дымности отработавших газов и увеличением их температуры в цилиндрах двигателя. Главная опасность детонации заключается в повышении передачи теплоты от сгоревших газов к стенкам камеры сгорания и днищу поршня.

Повышенная теплопередача приводит к местному перегреву двигателя, может вызвать отдельные разрушения камеры сгорания и днища поршня. Первоначально они выражаются в появлении на поверхности металла небольших щербинок. Часто при этом происходит разрушение кромок прокладки между цилиндром и головкой, завершающееся ее прогоранием. Характерно, что такие разрушения появляются во вполне определенных для данного двигателя местах. Следует отметить, что еще до появления каких-либо видимых разрушений работа двигателя с детонацией приводит к повышенному износу основных деталей. В некоторых случаях долговечность двигателя снижается в 1,5-3 раза. Перегрев двигателя от детонации способствует нарушению его теплового режима и ведет к перерасходу топлива. [c.160]

    Детонационная стойкость является одним из основных требований к качеству автомобильных и авиационных бензинов. При детонационном сгорании топлива скорость распространения пламени примерно в 100 раз превышает скорость распространения пламени при нормальном сгорании. Сильная детонация приводит к перегреву двигателя, пригоранию колец, поршней и клапанов, разрушению подшипников и т. д. [1—4]. [c.11]

    Октановое чнсло до 100, определенное по температурному методу, численно равно процентному (по объему) содержанию изооктапа (2,2,4-триметил-пентана) в такой смеси его с к-гептаном, которая по температуре детонационного сгорания эквивалентна испытуемому топливу ири испытании его на специальном одноцилиндровом двигателе в стандартных условиях. [c.628]

    Аппаратура для замера детонации. При температурном методе детонацию замеряют по средней темнературе стенок камеры сгорания при детонационном сгорании топлива. [c.629]

    Весьма эффективным средством подавления детонации является вода, впрыскиваемая во впускную систему двигателя. Однако вода — не антидетонатор. Попадая в камеры сгорания двигателя, она испаряется, пар нагревается за счет тепла, выделявшегося при сгорании топлива. В результате температура в камерах сгорания снижается и детали цилиндро-поршневой группы охлаждаются. Вследствие этого уменьшается скорость окислительных реакций, предшествующих детонации, и предотвращается возможность детонационного сгорания рабочей смеси. Экспериментами показано, что впрыск воды в камеры сгорания снижает требования двигателя к антидетонационным свойствам бензинов на 7—10 единиц. [c.40]

    Экспериментальное изучение процессов горения топлив и применения смазывающих материалов подтверждает вышеуказанные закономерности. С точки зрения физико-химической технологии скорость сгорания во многом зависит от удельной поверхности ССЕ. При значительной поверхности происходиг быстрое сгорание возникающих ССЕ с образованием ударных волн, распространяющихся со сверхзвуковой скоростью (детонационное сгорание). Предотвратить это явление, т. е. снизить [c.216]

    Склонность бензинов к калильному зажиганию. При полной оценке качества автобензинов определяют также их способность к калрльному зажиганию — косвенный показатель склонности к нагарообразованию. Калильное число (КЧ) — показатель, характеризующий вероятность возникновения неуправляемого воспламенения горючей смеси в цилиндрах двигателя вне зависимости от момента подачи искры свечей зажигания. Оно связано с появлением «горячих» точек в камере сгорания (от металлической поверхности и нсгаров). Калильное зажигание делает процесс сгорания неуправляемым. Оно сопровождается снижением мощности и топливной экономичности двигателя и т.д. Калильное зажигание принципиально отличается от детонационного сгорания. Сгорание рабочей смеси после калильного зажигания может протекать с нормальными скоростями без детонации. КЧ выше у ароматических углеводородов (у бензола 100) и низкое у изопарафинов. ТЭС и сернистые соединения повышают склонность бензина к отложениям нагара. Основные направления борьбы с калильным зажиганием — это снижение содержания ароматических углеводородов в бензине, улу шение полноты сгорания путем совершенствования конструк — ций ДВС и применение присадок (например, трикрезолфосфата).  [c.109]

    II дизеле впрыскивается только к концу такта сжатия) полностью страняется опасность возникновения детонационного сгорания  [c.114]

    Возникновение детонационного сгорания связано с особенностями протекания нредпламенных химических реакций в последней части заряда топливно-воздушной смеси и образования в этой части заряда высокой концентрации активных частиц, весьма склонных к взрывному сгоранию. [c.204]

    Ускоренный износ деталей ГМК ЮГКН, оборудованных системой испарительного ВТО, происходит по следующим причинам ГМК ЮГКН, форсированный наддувом при /7к=1,7 кгс/см2, имеет 8=7,0 Ре=6,0 кгс/см . Повышенные показатели г я ре ГМК ЮГКН (сравнительно с аналогичными показателями ЮГК без наддува) и высокая температура охлаждающей воды tгo= = 120- 125°С при испарительном ВТО привели к росту тепловой напряженности деталей и возникновению самовоспламенения или детонационного сгорания топливного газа, разжижению масла на зеркале стенок цилиндров и увеличению износа деталей в 2—5 раз.  [c.226]

    Исследованиями на установке ДК-2 с 1)ц=120 мм и Оср = 5- 8 м/с со свободно движущимися поршнями, выполненными в Институте газа Академии Наук УССР, установлена зависимость между параметрами конца сжатия (рс и Тс) и пределами самовоспламенения газовоздушной смеси различного состава, оцениваемого коэффициентом избытка воздуха а. При этом установлено, что метано-воздушные смеси с а= l,03-f-l,06 воспламеняются при незначительных рс и Тс- Чем выше начальная температура метано-воздушной смеси, тем при более низком давлении рс происходит ее самовоспламенение. Для предотвращения самовоспламенения и детонационного сгорания предлагается обеднять горючую смесь и снижать температуру заряда в начале сжатия. Этому требованию хорошо удовлетворяет внутреннее охлаждение заряда при подаче в поток продувочного воздуха охладителя. [c.227]

    Первая одноцилиндровая установка с переменной степеньк сжатия была создана Г. Рикардо в начале 20-х годов, и на этой установке была разработана первая методика оценки детонационной стойкости топлив по так называемой критической или наивысшей полезной степени сжатия, при которой начинается слышимая детонация [1 ]. Таким образом, уже в первом методе оценки детонационной стойкости бензинов детонация вызывалась за счет увеличения степени сжатия. В дальнейшем для инициирования детонации применялись фактически все параметры режима работы двигателя (дросселирование, наддув, число оборотов, состав смеси, угол опережения зажигания, температурный режим и т. д.), однако до сего времени изменение степени сжатия является основным фактором для создания условий детонационного сгорания в лабораторных методах оценки антидетонационных свойств бензинов. [c.91]

    В результате осуществляемых усовершенствований двигателей тепловой режим их повышается. Рабочая смесь в камере сгорания в конце такта сжатия становится более подготовленной к воспламенению. Может произойти самопроизвольноех(неуправляемое) воспламенение рабочей смеси независимо от вымени подачи искры свечей зажигания. Это явление, нарушающее нормальный процесс сгорания, получило название поверхностного воспламенения или калильного зажигания. Источниками воспламенения могут служить перегретые выпускные клапаны, свечи, кромки прокладок, тлеющие частички нагара и т. п. Калильное зажигание, нарушая нормальное протекание сгорания, делает процесс неуправляемым, снижает мощность и ухудшает топливную экономичность двигателя. Калильное зажигание принципиально отлично от детонационного сгорания, хотя эти явления в условиях работы двигателя тесно переплетаются. Сгорание смеси после калильного зажигания протекает с нормальными скоростями и может не сопровождаться детонацией [1]. [c.16]

    Детонационная стойкость. Детонацией называется особый режим сгорания топлива в двигателе. Она появляется в тех случаях, когда после воспламенения топливно-воздушной смеси сгорает только часть топлива. Остаток (до 20%) топливного заряда мгновенно самовоспламеняется при этои скорость распространения пламени достигает 1500—2500 вместо 20—30 м/с, а давление нарастает скачками. Резкий перепад давления приводит к образованию детонационной волны, которая ударяется о стенки цилиндра двигателя. Характерные признаки детонации металлический стук, вызываемый многократным отражением детонационных волн от стенок цилиндра, появление в выхлопных газах клубов черного дыма, резкое повышение температуры стенок цилиндра. Детонационное сгорание топлива приводит к повышению удельного расхода топлива, уменьшению мощностг и перегреву двигателя, прогару поршней и выхлопных клапаноп, а в конечном счете к быстрому выводу двигателя из строя. [c.338]

    Молекула неогексаиа содержит только одну группу СНо, которая экранирована трудно окисляющимися метильными группами, чтс снижает вероятность окисления атомов водорода метиленовой группы. Поэтому, если в беизине имеется повышенное содержание н.-парафинов, котщентрация гидроперекисей в горючей смеси может быть значительной, и гидроперекиси могут подвергаться взрывному разложению еще до того, как искра будет введена в горючую смесь. После ввода искры и воспламенения топлива образование и разложе[П1е гидроперекисей может продолжаться перед фронтом пламени, поэтому горение топлива будет неравномерным и может завершиться мг юиенны. м воспламенением рабочей смеси (детонацией), Если скорость нормального бездетонаиионного сгорания 20— 30 м сек, то скорость детонационного сгорания 1,5—2 км сек. Удар такой взрывной волны вызывает стук в двигателе и приводит к быстрому его износу. [c.55]

    Рассмотрим более подробно эти детонационные свойства бензина. При искровом зажигании в цилиндре мотора некоторые углеводороды сгорают со взрывом. Распространение пламени происходит при этом с большой скоростью (до 2—2,5 тыс. м1сек), вследствие чего образуется ударная волна. Такое детонационное сгорание топлива нарушает нормальную работу двигателя и снижает его мощность. Кроме того, детонационное сгорание приводит к более быстрому износу частей двигателя — поршней, стенок камеры сгорания, выхлопных клапанов и др. Сгорание со взрывом наблюдается у бензинов, состоящих из нормальных углеводородов. [c.257]

---

3.Детонационное сгорание рабочей смеси

Появление детонации происходит по следующей схеме. При распространении фронта пламени несгоревшая рабочая смесь подвергается сжатию: сгоревшие газы позади фронта пламени действуют на нее подобно поршню. Если при этом давление и температура превысят критические для данного топлива величины, создаются условия для самовоспламенения, которое называют детонационным. Его характерный признак — взрывная скорость распространения пламени. Принято считать, что это явление связано с образованием перекисей в каких-то участках камеры сгорания под действием высокого давления и температуры. Данный химический процесс требует определенного времени, поэтому, как правило, он происходит в зонах, наиболее удаленных от свечи и дольше всего подвергающихся действию сильного давления. Способствует этому, и прогрев рабочей смеси горячими стенками камеры, что сильнее всего сказывается в узких щелях. Понятно также, что детонация тем вероятнее, чем выше степень сжатия. Когда часть заряда детонирует, образуются ударные волны, которые распространяются со скоростью до 1000 м/с и «бьют» в стенки камеры сгорания. Напрямую разрушить их они не могут, но передают часть своей кинетической энергии, вызывая местные перегревы и вибрацию. Если детонационное сгорание происходит достаточно долго, обгорают или разрушаются металлические детали, чаще всего поршень, свеча или клапан.

Детонация наиболее вероятна, когда двигатель работает с полностью открытой дроссельной заслонкой, а частота вращения коленчатого вала мала. В этом случае наполнение цилиндров свежей смесью максимальное, остаточных газов мало, а время, в течение которого отдаленные от свечи части заряда подвергаются воздействию давления и температуры, наиболее велико и достаточно для образования перекисей. Наглядное проявление этого положения знакомо каждому водителю. Если во время разгона с малой начальной скорости при полностью открытой дроссельной заслонке отчетливо слышны звонкие детонационные стуки, то это лишь вначале, а при достижении определенной скорости они пропадают. Или наоборот, когда автомобиль движется на подъем с замедлением (дроссельная заслонка опять-таки полностью открыта), то вначале детонации нет, а при падении скорости до какой-то величины она может появиться. В подобных случаях для прекращения стуков достаточно прикрыть дроссель (уменьшить наполнение цилиндров) или перейти на пониженную передачу (ускорить вращение коленчатого вала).

Характерными внешними признаками детонации являются повышенное дымление двигателя — черный дым из выхлопной трубы и падение его мощности из-за того, что горение протекает не лучшим образом.

4.Факторы, влияющие на детонацию

Степень сжатия. При увеличении степени сжатия температура и давление в конце процесса сжатия возрастают, что способствует возникновению детонации. Поэтому пределом увеличения степени сжатия является такое ее значение, при котором возникает детонационное сгорание. При прочих равных условиях возможное повышение степени сжатия зависит от октанового числа топлива и применяемой формы камеры сгорания. Поэтому степень сжатия для данного двигателя выбирают с учетом предназначаемого для него топлива и типа камеры сгорания.

Влияние формы камеры сгорания и размещения свечи зажигания. Форма камеры сгорания и расположение в ней свечи зажигания существенно влияют на продолжительность процесса сгорания. Наиболее удачной является такая форма камеры сгорания, в которой расстояние от свечи зажигания до наиболее удаленной точки будет наименьшим.

При расположении свечи зажигания в центре камеры сгорания создаются наилучшие условия для сгорания рабочей смеси, так как фронт пламени от свечи может распространяться равномерно во все стороны. Процесс сгорания в случае применения клиновидной и полуклиновой камер сгорания с клапанами, расположенными под углом, и смещенной относительно центра свечей зажигания улучшается вследствие наличия небольшого зазора между днищем поршня и головкой цилиндров (вытеснителя) в наиболее удаленной от свечи зажигания части камеры, где происходит сгорание последней порции рабочей смеси. Такое устройство камеры сгорания обеспечивает возможность бездетонационного сгорания последней порции рабочей смеси, увеличивает объем смеси, находящейся вблизи источника зажигания, и создает дополнительное вихревое движение заряда.

Размер и число цилиндров. При больших диаметрах цилиндра путь пламени до наиболее удаленной точки камеры сгорания увеличивается, что способствует возникновению детонации. В этом случае для получения бездетонационного сгорания устанавливают две свечи зажигания, располагая их в диаметрально противоположных концах.

В многоцилиндровых двигателях с внешним смесеобразованием возможно возникновение детонации в отдельных цилиндрах из-за неравномерного распределения смеси по цилиндрам. Склонность к детонации появляется в тех цилиндрах, в которые поступает обогащенная горючая смесь (а = 0,8 — 0,9).

Материал головки цилиндров и поршня. Склонность двигателя к детонации можно уменьшить, улучшив отвод теплоты от деталей, образующих камеру сгорания. С этой целью для изготовления головки цилиндров и поршня следует применять материал, обладающий большой теплопроводностью. Использование алюминиевого сплава, имеющего по сравнению с чугуном большую теплопроводность, позволяет при том же топливе несколько-повысить допустимую степень сжатия.

Состав рабочей смеси. Наибольшую склонность к детонации имеет рабочая смесь при коэффициенте избытка воздуха а = 0,8 — 0,9, так как при этом скорость сгорания, температура, и давление оказываются наибольшими, что способствует возникновению детонации.

Число оборотов коленчатого вала. При увеличении числа оборотов уменьшается время для химической подготовки топлива. Кроме того, из-за повышения сопротивления во впускной системе коэффициент остаточных газов возрастает. В результате этого температура и давление в процессе сгорания уменьшаются. Совместное действие этих факторов приводит к тому, что с увеличением числа оборотов склонность двигателя к детонации снижается.

Нагрузка двигателя. При уменьшении нагрузки и соответствующем прикрытии дроссельной заслонки увеличивается коэффициент остаточных газов, а давление и температура конца сжатия снижаются. Оба эти фактора уменьшают склонность двигателя к детонации.

Угол опережения зажигания. При увеличении угла опережения зажигания процесс сгорания развивается ближе к в. м. т., повышая давление и температуру во второй фазе процесса сгорания, что способствует возникновению детонации.

Нагарообразование. При отложении нагара на днище поршня и поверхности головки цилиндров, обращенной к камере сгорания, отвод теплоты от них уменьшается и температура поверхности, ограничивающей камеру сгорания, повышается. Кроме того, по мере отложения нагара несколько увеличивается степень сжатия.

Охлаждение двигателя. Часть теплоты отработавших газов через стенки отводится в охлаждающую среду. При уменьшении отвода теплоты возникает перегрев внутренних поверхностей цилиндра, поршня и головки цилиндров, что приводит к возникновению детонационного сгорания.

Влияние скорости вихревого движения рабочей смеси. Увеличение скорости вихревого движения рабочей смеси способствует ускорению развития фронта пламени и резкому уменьшению общей продолжительности сгорания вследствие сокращения его второй фазы. Опыты показали, что скорость распространения пламени в карбюраторных двигателях при вихревом движении рабочей смеси составляет 15—60 м/сек, т. е. в 8—12 раз больше, чем, когда оно отсутствует.

Вихревое движение рабочей смеси в цилиндре возникает в процессе впуска свежего заряда. Для увеличения скорости вихревого движения рабочей смеси в период сгорания, когда поршень приближается к в. м. т., применяют камеры сгорания с вытеснителем. В такой камере сгорания при приближении поршня к в. м. т. в зоне, противоположной размещению свечи зажигания, образуется небольшой (около 1 мм) зазор между поршнем и головкой цилиндров, из которого заряд вытесняется в направлении к свече зажигания; при этом происходит усиление вихревого движения. При наличии вытеснителя, в котором сгорает последняя порция топлива, уменьшается возможность возникновения детонационного сгорания.

Сорт топлива. Характеризуется октановым числом, который оценивает антидетонационную стойкость бензина. Чем выше октановое число, тем выше антидетонационные свойства топлива. Октановое число легких фракций бензина меньше, чем у средних и тяжелых фракций. При быстром открытии дроссельной заслонки (например, при интенсивном разгоне) тяжелые фракции поступают в цилиндр с некоторой задержкой, что приводит к детонации в начале разгона из-за временного снижения октанового числа топлива, поступившего в цилиндр.

Температура и давление воздуха на впуске в цилиндр. Увеличение температуры и давления окружающей среды усиливает вероятность детонации. Поэтому применение наддува в двигателях с принудительным воспламенением затруднительно.

Детонационное сгорание — Энциклопедия по машиностроению XXL

Чем выше степень сжатия е, тем выше давление и температура в конце процесса сжатия и мощность двигателя. Однако, как уже указывалось, повышение е ограничивается детонационным сгоранием топлива, при котором горючая смесь сгорает со скоростью взрыва (около 2000 м/с).  [c.160]

Другая важная характеристика топлива для карбюраторных двигателей — октановое число, по которому оценивают детонационные качества топлива. Как уже указывалось, при детонационном сгорании скорость распространения пламени достигает 1500—2500 м/с, т. е. скорости взрыва. При этом в двигателе появляются резкие стуки, черный дым, повышается расход топлива, снижается мощность. Наличие резких скачков давления приводит к быстрому выходу из строя кривошипно-шатунной группы двигателя.  [c.167]

Детонационное сгорание смеси иногда ошибочно путают с самовоспламенением или калильным зажиганием. Самовоспламенение может наступить в цилиндрах перегретого двигателя в тот момент, когда электрическая искра еще не поступила в цилиндр, а также при воспламенении от раскаленных частиц нагара или электродов свечи. Как в том, так и в другом случае смесь горит с нормальной скоростью. Обычно это явление наблюдается при выключении зажигания, когда двигатель еще продолжает некоторое время работать.  [c.77]

Октан-корректор. На появление детонационного сгорания рабочей смеси в двигателе влияет угол опережения зажигания. В процессе эксплуатации возникает необходимость Б применении топлива с различным октановым числом, поэтому необходимо корректировать угол опережения зажигания. Для регулирования угла опережения зажигания в зависимости от октанового числа топлива применяют октан-корректор (рис. 98), который состоит из двух пластин, одна из них крепится к корпусу прерывателя-распределителя, а другая — к блоку цилиндров.  [c.161]

Однако увеличение степени сжатия в двигателях с принудительным зажиганием возможно лишь до известных пределов. Это объясняется тем, что при больших степенях сжатия вследствие значительного повышения температуры рабочей смеси появляется опасность возникновения преждевременной вспышки и детонационного сгорания (ненормального) топлива, неблагоприятно влияющих на работу двигателя. Во избежание появления детонации степень сжатия в двигателях с принудительным зажиганием не больше 6- — 8,5 при работе на бензине и 4-ь 5 при работе на керосине.  [c.277]

У карбюраторных двигателей процесс сгорания протекает нормально, если давление и температура рабочей смеси в процессе сжатия не превысят допустимые предельные значения, определяемые качеством топлива и тепловым состоянием двигателя. В противном случае нормальный процесс сгорания нарушается, и возникает так называемое детонационное сгорание.  [c.279]

Детонационное сгорание протекает с чрезмерно высокими скоростями. Если при нормальном сгорании рабочей смеси в цилиндре скорость распространения пламени колеблется в пределах 15 — -40 м/сек, то при детонационном сгорании она достигает 1500- -2500 м/сек и выше.  [c.279]

Внешними признаками детонационного сгорания смеси являются звенящие металлические стуки в цилиндре, перегрев двигателя, резкое падение мощности и экономичности, появление черного дыма на выхлопе. При длительной работе двигателя с детонацией возможно прогорание поршней и разрушение подшипников.  [c.280]

Возникновение детонационного сгорания сопровождается появлением детонационных волн. Эти волны отражаются от стенок цилиндра в виде ударных волн, которые вызывают колебания давления в смеси и вибрацию стенок цилиндра.  [c.280]

Детонационная стойкость является одним из важнейших показателей качества бензина она характеризует способность бензинов сопротивляться возникновению детонационного сгорания смеси и обеспечивать нормальное протекание процесса горения.  [c.355]

От формы камеры сгорания зависит и возникновение детонации, ограничивающей повышение степени сжатия, а следовательно, и повышение мощности и экономичности двигателя при работе его на определенном сорте топлива. Детонационное сгорание, при котором рабочая смесь сгорает со скоростью примерно в сто раз большей, чем скорость нормального сгорания, чаще всего возникает в местах камеры, расположенных на значительном расстоянии от свечи. В этих местах вследствие удлинения пути пламени, дополнительного сжатия и значительного нагрева несгоревшей части смеси сгорание происходит при более высоких температурах и давлениях, что усиливает интенсивность химических реакций и ускоряет возникновение детонации в той части смеси, которая воспламеняется в последнюю очередь. Чтобы не допустить детонационного сгорания части смеси, сгорающей в последнюю очередь, ее располагают в хорошо охлаждаемой части камеры.  [c.103]

Увеличение отношения Р JV приводит при прочих равных условиях к увеличению расстояния от свечи до наиболее удаленных точек камеры сгорания и к созданию условий для возникновения детонационного сгорания. Возникновение детонации в этом случае объясняется увеличением продолжительности действия высоких температур и высоких давлений на несгоревшую смесь, находящуюся в наиболее удаленных от свечи местах камеры сгорания.  [c.313]

Нарушение правильного отвода тепла вызывает ухудшение смазки трущихся поверхностей, выгорание масла и перегрев деталей двигателя. Последнее приводит к резкому падению прочности материала деталей и даже их обгоранию (например, выпускных клапанов). При сильном перегреве двигателя нормальные зазоры между его деталями нарушаются, что обычно приводит к повышенному износу, заеданию и даже поломке этих деталей. Перегрев двигателя вреден и потому, что вызывает ухудшение его наполнения, а в карбюраторных двигателях, кроме того, — детонационное сгорание и самовоспламенение рабочей смеси.  [c.358]

Детонационная стойкость топлива характеризуется его октановым числом (04), под которым понимается процентное по объему содержание изооктана в такой смеси с нормальным гептаном, которая имеет такую же склонность к детонации, что и рассматриваемое топливо. Поскольку возникновение детонационного сгорания зависит не только от свойств топлива, но и от других указанных факторов, определение октанового числа производят в специальном двигателе при строго стандартных условиях. Чем больше  [c.227]

В карбюраторных двигателях степени сжатия ограничиваются возможностью возникновения детонационного сгорания. В современных карбюраторных двигателях е = 6-=-10,5.  [c.234]

Сжатие смеси в цилиндре у двигателей с внешним смесеобразованием должно быть таким, чтобы давление и температура в конце сжатия не достигали значений, при которых могли бы произойти преждевременная вспышка или слишком быстрое (детонационное) сгорание. В зависимости от применяемого топлива, состава смеси, условий теплопередачи в стенки и т. д. давление конца сжатия у двигателей с внешним смесеобразованием находится в пределах 1,0—2,0 МПа.  [c.18]

Рабочий цикл с подводом теплоты при постоянном объеме происходит в двигателях с внешним смесеобразованием ( карбюраторных и газовых), в которых к моменту сгорания вся порция топлива в виде горючей смеси уже находится в цилиндре. Для предотвращения преждевременного самовоспламенения смеси или детонационного сгорания степень сжатия этих двигателей ограничивают в зависимости от свойств применяемого топлива степень сжатия е находится в пределах 6,5—11.  [c.29]

При нормальном сгорании топлива в карбюраторном двигателе скорость распространения пламени составляет 25 — 35 м/с. Нормальное сгорание при определенных условиях может перейти во взрывное, детонационное сгорание, при котором пламя распространяется со скоростью 1500 — 2000 м/с. При этом образуются детонационные волны, которые многократно отражаются от стенок цилиндра.  [c.157]

При некоторых определенных условиях нормальный процесс сгорания нарушается, появляется взрывное сгорание или, как его называют, детонационное сгорание. Внешними признаками детонационного сгорания бензина в двигателе являются звенящие металлические стуки в цилиндрах, перегрев двигателя, клубы черного дыма в отработавших газах происходит также падение мощности (крутящего момента) двигателя.  [c.189]

Основную роль в возникновении детонации играют физикохимические свойства топлива и степень сжатия. При высокой степени сжатия увеличиваются давление и температура смеси, а это способствует детонационному сгоранию топлива.  [c.190]

Нормальный процесс сгорания рабочей смеси в двигателе зависит от антидетонационного свойства бензина. При сгорании топлива в нормальных условиях скорость распространения фронта пламени составляет 20— 30 м сек. В некоторых условиях работы двигателя возникает детонационное сгорание смеси, при которой скорость распространения фронта пламени достигает 2000—3000 м сек.  [c.10]

Детонационное сгорание рабочей смеси сопровождается характерным металлическим стуком в цилиндре, повышением температуры цилиндра и поршня, снижением мощности двигателя.  [c.10]

Если рабочая смесь перед воспламенением подвергается воздействию высоких температур и давлений, то нормальное сгорание в цилиндре двигателя при определенных условиях может перейти во взрывное (детонационное) сгорание или детонацию.  [c.32]

При детонационном сгорании скорость распространения пламени доходит до 2000—3000 м/сек и носит взрывной характер.  [c.32]

Условия для детонации наиболее благоприятны в той части камеры сгорания, где выше температура и больше время пребывания смеси. Внешне детонация проявляется в появлении звонких металлических стуков — результата многократных отражений от стенок камеры сгорания образующихся ударных волн. Возникновению детонации способствуют повышение степени сжатия, увеличение угла опережения зажигания, повышенная температура окружающего воздуха и его пониженная влажность, особенности конструкции камеры сгорания. Вероятность детонационного сгорания топлива возрастает при наличии нагара в камере сгорания и по мере ухудшения технического состояния двигателя. В результате детонации снижаются экономические показатели двигателя, уменьшается его мощность, ухудшаются токсические показатели отработавших газов.  [c.13]

В свете теории многократного отражения формирующейся волны сжатия по-новому объясняется положение о том, что чем короче путь, проходимый пламенем от свечи зажигания до наиболее удаленной стенки камеры сгорания, тем менее выражена склонность системы к детонации. Более короткий путь пламени означает большее число отражений от стенок формирующейся волны сжатия, а значит, большие потери энергии и, как следствие, меньший перепад давления в волне сжатия. При прочих равных условиях, меньшее значение Ар первичной волны сжатия снижает вероятность возникновения очага воспламенения в последней части заряда, и этим самым уменьшается опасность развития детонационного сгорания.  [c.179]

При применении топлива более низкого качества, перегреве двигателя, установке очень раннего момента воспламенения часть смеси начинает гореть со скоростью, доходящей до 2000 м/с. Такое взрывное сгорание смеси называется При детонационном сгорании дав-  [c.61]

Наиболее полно научные основы детонационно-газового напыления покрытий изложены в первой отечественной монографии по этому вопросу [14]. К несомненным достоинствам труда М. X. Шоршо-рова и Ю. А. Харламова следует отнести применение специального математического аппарата при рассмотрении основных характеристик детонационного сгорания горючих газовых смесей и выявлении закономерностей взаимодействия детонационных волн и сопутствующего им импульсного потока продуктов детонации с порошком распыляемого материала.  [c.12]

При применении топлива более низкого качества, перегреве двигателя, установке очень раннего момента воспламенения смесь начинает гореть со скоростью, доходящей до 2 ООО м1сек. Такое взрывное сгорание смеси называется детонацией. При детонационном сгорании давление в отдельных частях цилиндра резко возрастает, появляются металлические стуки, мощность двигателя падает, появляется черный дым из глушителя. Наиболее вредно явление детонации сказывается на состоянии деталей кривошипно-шатунного механизма, где возможно разрушение наплавки вкладышей подшипников и разрушение отдельных деталей.  [c.76]

Детонационному сгоранию топлива способствуют повышенное тепловое состояние двигателя из-за наличия нагара ка стенках камеры сгорания, накипи в системе охлаждения, повышенной температуры о.хлалвысокой температуры воздуха, чрезмерно раннего зажигания и т. п.  [c.355]

Механизлш газораспределения со смешанным расположением клапанов часто применялись в нижнеклапанных двигателях при переводе их на газовое топливо и в редких случаях в карбюраторных двигателях (двигатель Ровера, например). Достоинством камеры сгорания со смешанным расположением клапанов является отсутствие подогрева горючей смеси, поступающей в цилиндр через подвесной впускной клапан, от бокового выпускного клапана. Кроме того, наиболее удаленная от свечи часть горючей смеси расположена около Лгенее нагретого впускного клапана и сгорает в последнюю очередь, что также препятствует возникновению детонационного сгорания. К положительным сторонам смешанного расположения клапанов относятся также выгодная форма впускного канала и возможность значительного увеличения диаметра впускного клапана а следовательно, и улучшения наполнения без увеличения поверхности камеры сгорания.  [c.316]

Одним из важных показателей качества топлива для карбюраторных двигателей является его детонационная стойкость. Применяемое топливо не должно допускать детонационного сгорания, т. е. сгорания с резко увеличенными скоростями, при которых нарушается нормальное протекание процесса сгорания. Проявляется детонация в форме звенящих металлических стуков в цилиндре, снижения мощности двигателя, п05шления в отработавших газах сажи и даже разрушения отдельных деталей двигателя. Возможность возникновения детонационного сгорания определяется не только качеством топлива, но и степенью сжатия, а также температурой и составом свежей смеси, числом оборотов вала, конструктивными формами некоторых деталей двигателя и др.  [c.227]

Наименее склонны к детонационному сгоранию ароматические и изопарафиновые углеводороды, наиболее — нормальные парафиновые углеводороды нафтеновые и олефиновые углеводороды занимают промежуточное положение. Соотношение между углеводородами указанных групп в бензинах меняется в широких пределах, поэтому их детонационная стойкость различна.  [c.50]

Под детонацией понимается взрывное сгорание рабочей смеси в цилиндре, возникающее после воспламенения смеси от искры в местах, наиболее удаленных от свечи. Детонационное сгорание протекает со скоростью, в десятки раз превышающей скорость нормального сгорания Jмe и.  [c.39]

Схема работы карбюраторного двигателя с наддувом аналогична схеме работы дизеля с наддувом. В карбюраторных двигателях величина наддува лигу1итируется детонационным сгоранием рабочей смеси. Нагнетатели у карбюраторных двигателей устанавливаются или до карбюратора или после него. В первом случае для обеспечения нормального процесса карбюрации полость над топливом в поплавковой камере карбюратора сообщается трубопроводом с воздушной полостью за нагнетателем.  [c.39]

При детонации в двигателях после зажигания заряда электрической искрой вначале также развивается нормальное горение со скоростью пламени, достигающей 15—30 м/сек, а затем внезапно еще не сгоревшая часть заряда охватывается детонационным сгоранием. В настоящее время можно считать установленным, что детонация в двигателях связана с развитием предпламенных окислительных процессов в последней части заряда [69, 70, 71, 72]. Под влиянием сжатия смеси поршнем, а затем фронтом нормального пламени плотность, температура и давление последней части заряда непрерывно повышаются. В результате молекулы углеводородов окисляются, образуя перекиси  [c.172]

Назовем перепад давления в волне сжатия, вызывающей в последней части заряда очаг воспламенения с последующим развитием детонационного сгорания, критическим и обозначим его По мере углубления предпламенных окислительных  [c.178]

Сопровождается детонация резким металлическим стуком от удара волн высокого давления о стенки цилиндров, выхлопом искр вследствие неполного сгорания топлива и резким повышением температуры воды в системе охлаждения. Длительная работа двигателя с детонационным сгоранием топлива недопустима, так как это может привести к образованию трещин на стенках цилиндров, поршней или поломке деталей кривошипно-шатунного механизма. Показателем антидетонационных свойств бензина является его октановое число. Чем выше октановое чгисло, тем больше допустимая для двигателя степень сжатия. Показатель октанового числа указывается в марке бензина. Например, марка бензина А-76 означает автомобильный е октановым числом 76.  [c.71]

В карбюраторном двигателе весьма неприятным явлением в процессе сгорания топлива является детонация. Возникновение детонационного сгорания объясняется сочетанием ряда физических и химических явлений, происходящих в рабочей смеси. В период сжатия молекулы топлива под действием высокой температуры подвергаются окислению с образованием неустойчивых перекисей. После воспламенения смеси от свечи вместе с пламенем по цилиндру распространяются волны давления, опережающие фронт пламени и поджимающие несгоревшую смесь. Это усиливает образование перекисей, особенно вблизи металлических поверхностей, по-видимому, оказывающих каталитическое влияние. Дальнейшее сжатие несгоревшей смеои влечет за собой распад неустойчивых перекисей и почти взрывное самовоспламенение в этой области рабочей смеси, сопровождающееся местным резким повышением давления. Возникающие волны давления в цилиндре, ударяясь о стенки, вызывают металлический звук и стуки. Местное резкое повышение температуры влечет за собой распад продуктов сгорания с выделением углерода (сажи) и усиленную местную теплоотдачу стенкам. При этом наблюдаются дымный выхлоп, падение мощности, повышенные износы и даже поломка деталей двигателя. Основной причиной, вызывающей детонацию, является несоответствие между применяемым топливом и степенью сжатия двигателя. При слишком высоких е повышение температуры конца сжатия усиливает образование неустойчивых перекисей.  [c.200]

---

Детонационное сгорание

Детонационное сгорание

Сверхзвуковая скорость распространения детонационной волны определяется термодинамическими характеристиками исходной горючей смеси (теплотой реакции, плотностью горючей смеси, теплоемкостью горючей смеси) и практически не зависит от скорости химических реакций окисления исходных компонентов.

При детонационном сгорании в цилиндре двигателя догорание последних частей свежего заряда завершается в процессе неоднократного повторного прохождения по реагирующей смеси детонационной волны, периодически отражающейся от стенок камеры сгорания. Повторное прохождение детонационной волны по горючей смеси образует новые очаги воспламенения и новые детонационные волны, приводящие к развитию процессов диссоциации газов.

Вследствие выделения теплоты во фронте детонационной волны затухание ударных волн происходит относительно медленно, так что процесс детонации распространяется на значительную часть такта расширения. Индикаторная диаграмма процесса сгорания с детонацией представлена на рис. 4.2.

Анализ индикаторной диаграммы показывает, что в конце основ-ной фазы быстрого сгорания и на фазе завершения сгорания топливо-воздушной смеси на такте расширения наблюдаются резкие колебания давления газов в виде ряда постепенно затухающих острых пиков. Частота этих колебаний давления зависит от скорости распространения детонационной волны и проходимого детонационной волной пути между двумя последовательными отражениями от стенок камеры сгорания. При скорости распространения детонационной волны порядка 1500-2000 м/с и диаметре цилиндра D = 100 мм частота колебаний составляет порядка/= 6 кГц.

При благоприятных для интенсивной детонации условиях резкие колебания давления газов в цилиндре наблюдаются в каждом рабочем цикле в одном или нескольких цилиндрах многоцилиндрового двигателя.

Взаимодействие детонационной волны со стенками камеры сгорания разрушает холодные пограничные слои свежего заряда в непосредственной близости от стенки, защищающие мет&члические поверхности от горячих газов. С другой стороны, быстро перемещающиеся по массе газов ударные волны вовлекают в это движение ранее образовавшиеся горячие продукты сгорания, вследствие чего процесс теплопередачи от горячих газов в незащищенные металлические поверхности резко интенсифицируется. При детонационном сгорании температура внутренних поверхностей повышается: стенок цилиндра и головки на 30-50°С, днища поршня на 30-60°С, головки выпускного клапана на 50-80°С. Повышение температуры деталей вызывает увеличение количества теплоты, передаваемой в систему охлаждения, при этом двигатель перегревается.

Нормальное и детонационное сгорание рабочей смеси — Студопедия

Химический состав и количество используемого топлива, его соотношение с воздухом, а также величина остаточных газов, тем­пература и давление в цилиндре двигателя, конструкция камеры сгорания и ряд других факторов существенно влияют на скорость сгорания рабочей смеси. Схема смесеобразования в карбюратор­ном двигателе показана на рис. 2.3.

Процесс нормального сгорания рабочей смеси проходит плавно с почти полным протеканием реакции окисления топлива и средней скоростью распространения пламени 10… 40 м/с. Когда скорость рас­пространения пламени резко возрастает (почти в 100 раз) и дости­гает 1500…2000 м/с, возникает детонационное сгорание.

Детонация топлива, вызывающая ненормальную работу двига­теля, является следствием накопления перекисей в рабочей смеси и их взрывным воспламенением. Детонация сопровождается ме­таллическими стуками, появлением в отработанных газах черного дыма, падением мощности и перегревом двигателя, а также имеет другие вредные последствия, вплоть до механического поврежде­ния отдельных его деталей.

Поэтому все факторы, способствующие образованию переки­сей, увеличивают детонацию топлива в двигателе.

Рис. 2.3. Схема смесеобразования в карбюраторном двигателе:

1 — карбюратор; 2 — впускной трубопровод; 3 — выпускной клапан; 4 — пары бензина; 5 — капли бензина; 6 — жидкая пленка бензина

Например, при увеличении частоты вращения коленчатого вала детонация уменьшается, так как при этом сокращается время, отводимое на сгорание рабочей смеси, увеличивается завихрение смеси в цилиндре двигателя и уменьшается время химической под­готовки части топлива, окисляющейся в последнюю очередь.

Большое значение имеет форма камеры сгорания, так как чем больше время, в течение которого пламя от свечи может дойти до наиболее отдаленных ее точек и чем хуже они охлаждаются, тем вероятнее образование перекисей и возникновение детонации.

При увеличении размера цилиндра возрастает длина пути, кото­рый проходит пламя и, следовательно, повышается вероятность образования перекисей.

При неправильном выборе марки свечи зажигания возможен недостаточный отвод тепла от нее, а раскаленная свеча может сама служить источником детонации.

Выпускной клапан, являющийся наиболее горячей деталью в головке цилиндра (его температура может достигать 750… 800 °С), оказывает существенное влияние на образование перекисей, а сле­довательно, и на детонацию.

Нагарообразование на стенках головки цилиндра и днище поршня сильно ухудшает их теплопроводность, вследствие чего несколько повышается температура газов в процессе сгорания. Отложившийся нагар также уменьшает объем камеры сгорания и увеличивает сте­пень сжатия. Все это способствует образованию перекисей в смеси и, следовательно, увеличивает детонацию.

При изменении момента зажигания изменяются температура и давление процесса сгорания смеси, а также температура днища пор­шня и головки цилиндра, поэтому увеличение угла опережения за­жигания, сдвигая точку максимального давления ближе к верхней мертвой точке (ВМТ), способствует уменьшению задержки само­воспламенения последней части топлива и возрастанию детонации.

Углеводородный состав топлива решающим образом влияет на появление и интенсивность детонации. Так, топливо, состоящее из нормальных парафиновых углеводородов, легко окисляется, об­разуя перекиси, и детонирует при низкой степени сжатия, а аро­матические и изопарафиновые углеводороды обладают высокой детонационной стойкостью, так как образование перекисей при окислении этих топлив происходит медленно или вовсе не проис­ходит.

Степень сжатия — это основной фактор, определяющий возник­новение детонации. С увеличением степени сжатия смеси возрастают температура и давление в цилиндре двигателя, что способствует ин­тенсивному образованию кислых соединений.

На детонацию также оказывают влияние температура охлаж­дающей жидкости (при ее повышении она усиливается) и атмо­сферные условия. Например, повышение атмосферного давления уве­личивает детонацию, а повышение влажности воздуха уменьшает ее в значительной степени.

Детонация возникает в тех случаях, когда концентрация пере­кисей в порции топливовоздушной смеси, сгорающей на конеч­ном этапе, достигает критического значения (рис. 2.4).

Для подавления детонации при эксплуатации карбюраторных двигателей используют уменьшение угла опережения зажигания, прикрытие дросселя и увеличение скорости вращения коленчато­го вала.

Неуправляемое воспламенение топливовоздушной смеси от чрез­мерно нагретых деталей камеры сгорания и раскаленных частей, покрытых нагаром, называемое калильным зажиганием, устраня­ется или ослабляется правильным подбором для двигателей марок топлив и масел.

Причины возникновения и последствия детонации двигателя авто

Содержание статьи

Силовая установка автомобиля работает за счет сгорания топливовоздушной смеси в цилиндрах. Процесс горения должен проходить по определенным условиям, чтобы обеспечить максимальный выход энергии с дальнейшим её преобразованием в механическое действие. Одно из нарушений процесса горения топлива — детонация двигателя.

Как проявляется детонация

Возникновение детонации в цилиндрах сопровождается металлическим звоном. При этом сам мотор вибрирует, что передается на кузов, а также запозданием прекращения работы (после отключения зажигания двигатель некоторое время еще работает). Если эти симптомы появились – в цилиндрах двигателя происходит детонационное сгорание.

В бензиновом двигателе топливовоздушная смесь, которая закачана в цилиндры, предварительно сжимается поршнем, что обеспечивает смесеобразование и повышение температуры, которая сказывается на воспламеняемости. Находящуюся под давлением смесь поджигает искра свечи зажигания. При этом образуется фронт пламени, который  распространяется по всему объему от точки воспламенения к краям. Процесс распространения  медленный – 20-30 метров в секунду. Сгорание топлива сопровождается возрастанием температуры внутри цилиндра и  давления, которое и выступает как энергия, преобразуемая в механическое действие.

Детонационное сгорание – процесс, при котором возрастание давления и температуры приводит к появлению окислительных процессов компонентов смеси, что становится причиной возникновения дополнительного очага воспламенения. В результате фронт пламени распространяется быстрее, чем при нормальном горении (скорость распространения пламени превышает 1500 м/сек). Вместо одного очага (от свечи) становится два (второй – самопроизвольный), при этом фронт пламени каждого из них идет навстречу друг другу.

Видео: ДЕТОНАЦИЯ НАГЛЯДНО

В цилиндре от такого процесса происходит взрыв смеси, а не постепенное распространение пламени. Столкновение двух фронтов пламени приводит к увеличению давления и температуры. А это приводит к усилению ударных нагрузок на цилиндропоршневую группу и кривошипно-шатунный механизм, а из-за температуры перегревается мотор.

Детонационное сгорание и калильное зажигание

Детонационное сгорание и калильное зажигание часто путают между собой. Коротко охарактеризовать их можно так: калильное зажигание – самопроизвольное воспламенение смеси от сильно разогретых элементов, расположенных в цилиндре. Детонация – самостоятельное поджигание смеси в результате воздействия давления (при сильном сжатии смеси происходят процессы, приводящие к самовоспламенению).

При этом детонация — процесс, который возникает при резкой смене режима работы двигателя и носит кратковременный характер. Она появиться может при резком нажатии на педаль газа. В результате смесь обогащается, но обороты двигателя еще не соответствуют требуемым. Из-за богатого топливом состава смеси возникает детонационное сгорание, но как только мотор выйдет на нужные обороты, детонация исчезает и процесс горения становится нормальным.

Калильное зажигание – следствие детонации. Если по каким-то причинам детонационное сгорание продлится длительное время, высокая температура, появляющаяся при детонации, разогреет элементы в камере сгорания и самовольное возгорание смеси будет происходить уже от них.

Причины возникновения

Причины появления детонации:

1. Несоответствие пропорций топливовоздушной смеси. Рабочей считается пропорция воздуха к бензину на уровне 14,7 к 1. Если эта пропорция снизится до 9 к 1, то в топливе при сжатии происходят окислительные процессы, воспламеняющие смесь. Это наблюдается при резком изменении режима работы мотора. Но там детонация кратковременна. Длительный же процесс происходит из-за нарушения работы системы питания автомобиля.
2. Несоответствие угла опережения зажигания. Смесь поджигается, пока поршень не пройдет ВМТ. Но при нормальных процессах, пока фронт пламени распространится на весь объем, поршень уже пройдет точку и направится вниз. И в этот момент произойдет повышение давления, которое дополнительно толкает поршень вниз. Если же поджигание смеси происходит постоянно чуть раньше (ранее зажигание), то смесь горит, что сопровождается повышением давления и в дополнение давление создает и поршень, которые еще пока движется вверх. В итоге создаются условия для появления стороннего источника воспламенения.
3. Низкая детонационная устойчивость топлива. Этот показатель характеризует октановое число. Чем оно выше, тем больше бензин «сопротивляется» появлению окислительных процессов при воздействии давления. Это зависит от степени сжатия в цилиндрах силовой установки. Для наглядности эту причину рассмотрим так: степень сжатия мотора составляет 12, и в документации указывается, что требуется бензин с октановым числом не ниже, чем 92. Это указывает на то, что только топливо с таким показателем и выше сможет устоять воздействию давления, которое создаётся в цилиндре. Если в такой мотор залить 80-й бензин, то детонационной устойчивости будет недостаточно, чтобы не самовоспламеняться. Примечательно, что не всегда именно бензин «виноват» в детонации. Если в цилиндры попадает масло, то оно понижает октановое число. В результате даже на 95-м бензине двигатель будет детонировать.
4. Степень сжатия. Она тоже влияет на вероятность появления детонации. Если она  увеличилась, то топливо уже не противостоит воздействию давления. Яркий пример – заливка масла в цилиндры изношенного двигателя перед запуском. Масло повышает давление, что приводит к детонационному воспламенению, и двигатель запускается. Но в таком моторе детонационное сгорание происходит только на начальном этапе – пуске. А вот если степень сжатия повысилась из-за большого количества отложений в цилиндре или попадающего в него масла, то детонация будет постоянной.

Видео: Детонация двигателя и методы устранения в прошивке

Последствия детонации

Воздействия ударных нагрузок и температуры пагубно влияет на элементы ЦПГ, клапанов, свечей.

Ударные нагрузки приводят к:

• интенсивному износу кривошипно-шатунного механизма;
• износу цилиндропоршневой группы;
• разрушению стенок цилиндров и днищ поршней.

Высокая температура  оплавляет днище поршня (вплоть до полного прогорания), подгорают седла и кромки клапанных тарелок, оплавляются свечные электроды, повреждается прокладка ГБЦ.

Где искать причину?

1. Детонация  на всех режимах («виноват» скорее всего некачественный бензин или нарушение угла зажигания). Если мотор «ест» масло, то детонация может происходить и из-за этого.
2. Детонирует на холостых оборотах. Проявляется, если двигатель был под нагрузкой, а затем обороты были сброшены. Детонация из-за смены режима может усиливаться неправильным зажиганием, сильной закоксовкой мотора, неправильным смесеобразованием.
3. Детонирует после выключения зажигания (в этом случае детонация переросла уже в калильное зажигание. Причина кроется в изменении любых условий – зажигания, степени сжатия, топливе).

При появлении детонации в первую очередь обращаем внимание на качество бензина. Благодаря  смене топлива от проблемы избавляемся. Далее уже проверять остальные условия – выставить зажигание, проверить работу топливной системы и т. д.

Если появляется калильное зажигание, то в этом случае помогает раскоксовка мотора.

Спиновые детонационные двигатели помогут ВМС США экономить топливо: Наука и техника: Lenta.ru

Научно-исследовательская лаборатория (NRL) ВМС США намерена разработать ротационный, или спиновый, детонационный двигатель (Rotating Detonation Engine, RDE), который в перспективе сможет заменить на кораблях обычные газотурбинные силовые установки. Как сообщает NRL, новые двигатели позволят военным снизить потребление топлива, одновременно повысив энергетическую отдачу силовых установок.

В настоящее время ВМС США используют 430 газотурбинных двигателей (ГТД) на 129 кораблях. Ежегодно они потребляют топлива на два миллиарда долларов. По оценке NRL, благодаря RDE военные смогут экономить на топливе до 400 миллионов долларов в год. RDE смогут вырабатывать на десять процентов больше энергии, чем обычные ГТД. Прототип RDE уже создан, однако когда такие двигатели начнут поступать на флот, пока неизвестно.

В основу RDE легли наработки NRL, полученные при создании пульсирующего детонационного двигателя (Pulse Detonation Engine, PDE). Работа таких силовых установок основана на устойчивом детонационном горении топливной смеси.

В случае с пульсирующими двигателями детонационная волна распространяется в топливной смеси быстрее скорости звука; за время химического горения смеси давление в камере сгорания не успевает значительно измениться, но затем возрастает в разы скачкообразно. После этого начинается расширение продуктов сгорания в сопле с образованием реактивной струи. Последняя на кораблях будет вращать лопасти газовой турбины.

Одним из преимуществ детонационных двигателей является прогрев топливной смеси вплоть до возгорания при прохождении через нее фронта ударной волны. Последующее возгорание топливной смеси также происходит в режиме детонации, благодаря чему удается получить устойчивый цикл работы двигателя. Одним из препятствий создания RDE является несовершенство материалов, не способных обеспечить большой ресурс силовой установки.

В ротационном детонационном двигателе, в отличие от пульсирующего, образуется вращающаяся детонационная волна; она как бы «обегает» по кругу кольцеобразную камеру сгорания. Такой принцип позволяет значительно снизить шумность силовой установки в целом, повысить топливную эффективность (в частности, за счет меньшей потребности в топливе для инициации нового детонационного цикла), а также добиться непрерывности детонации — предыдущий цикл взрывного горения не мешает последующему.

Сами RDE могут быть сконструированы без каких-либо движущихся частей, благодаря чему обеспечивается простота их обслуживания и относительная дешевизна производства по сравнению с обычными двигателями внутреннего сгорания других типов. RDE пока планируется использовать для модернизации силовых установок уже стоящих на вооружении ВМС США кораблей.

Следует отметить, что помимо NRL разработкой ротационного детонационного двигателя занимается Техасский университет в Арлингтоне. Создаваемая им силовая установка получила название двигателя непрерывной детонации. Новые двигатели в будущем могут быть использованы не только на кораблях, но и на самолетах.

В марте 2011 года управляющий директор НПО «Сатурн» Илья Федоров рассказал, что Научно-технический центр имени Люльки (входит в НПО) занимается созданием пульсирующего воздушно-реактивного двигателя. Тип двигателя Федоров не уточнил. В настоящее время известны три вида пульсирующих двигателей: клапанные, бесклапанные и детонационные.

Детонация и возгорание

Детонация и возгорание

высвобождение энергии (энергия, чрезвычайно полезная для военных целей) фундаментальные для обоих этих явлений. Как при детонации, так и при горении энергия выделяется, когда сложная молекула разбита на более простые составные части; однако, как будет Как поясняется ниже, сгорание — это гораздо более медленный процесс. Низкие взрывчатые вещества (например, черный порох) полагаются при горении для выработки энергии.

Горение

Горение образуется в результате реакции кислорода и какого-либо топлива при высокой температуры. В результате ставка реакции сгорания ограничивается как количеством топлива, так и количество кислорода, с которым он контактирует. Если бы реакция зависела от кислорода, собираемого из окружающей среды атмосфере, это будет очень медленно. Вместо этого большинство взрывчатых веществ слабого действия включают в себя как топливо, так и окислитель. который выделяет кислород при нагревании.

Рассмотрим например черный порох, самая примитивная форма пороха и типичное слабое взрывчатое вещество. В черном порохе, угле и сере являются топливом, а нитрат калия (KNO3) — окислителем.

Детонация (обычная бомба)

Детонация это процесс внутримолекулярного распада. Он полагается только на наличие единственного подходящего взрывчатого материала. и достаточно энергии, чтобы стимулировать это расстройство. Например, октанитрокубан (a недавно разработанное ВВС США) выделяет большое количество энергии, когда сильно напряженные углерод-углеродные связи разрываются в ответ на ударная волна. Потому что взрывчатка не требуют кислорода (или любого другого сореагента), они разрушаются гораздо больше быстро и гораздо более универсальны, чем горючие материалы.

Бризантные взрывчатые вещества обычно не взрываются при нагревании. в одиночку и поэтому требуется детонатор для доставки либо ударной волны, либо электрического плата.Первое взрывчатое вещество, нитроглицерин был упакован вместе с детонатором как динамит. Динамит взрывается при зажигании простой шнур-предохранитель, который переносит пламя на небольшой колпачок из взрывоопасного черного цвета порошок; воспламенение черного пороха вызывает распространение ударной волны через нитроглицерин — инициирование детонации.

Прочие примечательные взрывчатые вещества:

· Пикриновая кислота — первое военное взрывчатое вещество, продемонстрирована Францией в 1885 году. Общеизвестно изменчивый и сложный в обращении.

· TNT — Разработан Альфредом Нобелем в 1860-х годах, впервые использовался в военных целях в 1902 году (Германией). TNT чрезвычайно прост в обращении в производственный процесс; широко использовался во время Первой мировой войны.

· RDX — разработан британцами в 1899 году, но не введен в эксплуатацию до окончания Первой мировой войны. Аббревиатура расшифровывается как «Research Отдел взрывоопасных веществ ». RDX — это так же прост в обращении, как TNT, но обладает гораздо большей взрывоопасностью.

Огненные бомбы

Огненные бомбы сочетать фугасное и зажигательное действие.Бризантные взрывчатые вещества высвобождают много энергии на большой площади, в зажигательных бомбах они также выпускают большое количество легковоспламеняющийся материал (гелеобразно-топливные смеси, магний, белый фосфор и т. д.), который немедленно воспламеняется. Очевидно, что цель зажигательной бомбы — разжечь пожар взрывоопасным способом. В результате зажигательные бомбы часто более эффективны при уничтожении цели. чем простая взрывчатка; все, что не разлетелось первоначальной детонацией могут быть уничтожены возникшим огнем.

зажигательных бомб также могут иметь разрушающее воздействие:

— В подземных установках и герметичных бункерах, огонь быстро поглощает весь доступный кислород, удушая любой потенциальный выжившие враги.

— Наличие активных огней отвлекает противника ресурсов для их тушения, и затрудняет противнику маневрировать, общаться и собирать разведывательные данные в зоне бомбардировки и вокруг нее сайт.

— Во время крупномасштабных атак с зажигательной смесью пожар создает восходящий воздушный поток (за счет конвекции), который заставляет воздух устремляться к огню со всех сторон; это быстро распространяющееся воздух обеспечивает огонь количеством свежего кислорода, увеличивая размер огонь и, в свою очередь, скорость воздушного потока. Этот цикл положительной обратной связи (обычно известный как огненный шторм) создает очень большие и сильные пожары.

Зажигательный Материалы Главная Исторические зажигательные устройства в Война

горения | Определение, реакция, анализ и факты

Горение , химическая реакция между веществами, обычно включающими кислород, обычно сопровождающаяся выделением тепла и света в виде пламени.Скорость или скорость объединения реагентов высока, отчасти из-за природы самой химической реакции, а отчасти из-за того, что генерируется больше энергии, чем может уйти в окружающую среду, в результате чего температура реагентов повышается. чтобы еще больше ускорить реакцию.

Британская викторина

Типы химических реакций

Можете ли вы определить, какой тип химической реакции показан? Проверьте свои знания с помощью этой викторины!

Знакомый пример реакции горения — зажженная спичка. Когда зажигается спичка, трение нагревает голову до температуры, при которой химические вещества вступают в реакцию и выделяют больше тепла, чем может уйти в воздух, и они горят пламенем. Если ветер уносит тепло или химикаты влажные и трение не увеличивает температуру в достаточной степени, спичка гаснет. При правильном воспламенении тепло от пламени повышает температуру соседнего слоя спички и кислорода в прилегающем к ней воздухе, и древесина и кислород вступают в реакцию сгорания.Когда достигается равновесие между общей тепловой энергией реагентов и общей тепловой энергией продуктов (включая фактическое количество тепла и излучаемого света), горение прекращается. Пламя имеет определенный состав и сложную структуру; говорят, что они разнообразны и способны существовать как при довольно низких, так и при чрезвычайно высоких температурах. Излучение света в пламени происходит из-за присутствия возбужденных частиц и, как правило, заряженных атомов и молекул и электронов.

Горение охватывает большое количество разнообразных явлений, широко применяемых в промышленности, науке, профессии и в быту, и его применение основано на знаниях физики, химии и механики; их взаимосвязь становится особенно очевидной при рассмотрении распространения пламени.

В общем, горение является одной из наиболее важных химических реакций и может считаться завершающей стадией окисления некоторых видов веществ. Хотя когда-то считалось, что окисление — это просто сочетание кислорода с любым соединением или элементом, значение этого слова было расширено и теперь включает любую реакцию, в которой атомы теряют электроны, тем самым становясь окисленными.Как было указано, в любом процессе окисления окислитель забирает электроны у окисляемого вещества, тем самым становясь восстановленным (приобретая электроны). Окислителем может быть любое вещество. Но эти определения, достаточно ясные в применении к атомной структуре для объяснения химических реакций, не так четко применимы к горению, которое, вообще говоря, остается типом химической реакции с участием кислорода в качестве окислителя, но осложняется тем фактом, что процесс включает а также другие виды реакций, а также тем фактом, что это происходит в необычно быстром темпе.Более того, большинство пламен имеют в своей структуре участок, в котором вместо окисления протекают реакции восстановления. Тем не менее, главным событием при горении часто является соединение горючего материала с кислородом.

Оформите подписку Britannica Premium и получите доступ к эксклюзивному контенту. Подпишитесь сейчас

Детонационные двигатели | Аэронавтика и астронавтика

Детонация — это горение, вызванное ударом, которое по своей сути более эффективно, чем дефлаграция с медленным горением.Одним из наиболее перспективных детонационных двигателей является детонационный двигатель непрерывного действия (CRDE), в котором топливо сжигается за счет поперечных ударных волн, вращающихся в кольцевом пространстве. Высокое давление за амортизатором заставляет амортизатор вращаться и в то же время заставляет сгоревший газ выходить с высокой скоростью. Амортизатор также действует как «безлопастный» компрессор. CRDE — это камера сгорания с повышенным давлением, которая также способствует созданию тяги.

В этом видео подробно рассказывается о многих пространственно-временных динамиках вращающихся детонационных ракетных двигателей (RDE), включая взаимодействия фронтов горения, которые ведут себя как солитоны.Выполнен полный бифуркационный анализ динамики, показывающий, что наша многомасштабная динамическая модель отражает все характерные особенности динамики горения.

Текущие исследовательские проекты

Детонация при вращении

Вращающаяся детонация — это явление, при котором фронт детонации, вызванный ударной волной, самопроизвольно вращается в трубке. Поскольку это предел детонации, он имеет решающее значение для безопасности.

Вращающаяся детонация тесно связана с непрерывной детонацией.Единственное существенное отличие состоит в том, что при вращающейся детонации плоская ударная волна, распространяющаяся по оси, сосуществует с поперечными ударами. Численное моделирование, проведенное в ENSMA, было исследовано с газодинамической точки зрения. Результаты показали, что поток меняет свое направление вращения вихревого потока при вращающейся детонации, что имеет важные последствия, связанные с созданием тяги.

Теоретическая модель вращающейся детонации была также построена, с помощью которой механизм вращения был определен как связь между реакцией и акустическими волнами.

Непрерывная детонация

Одним из актуальных направлений гиперзвуковой двигательной установки являются детонационные двигатели, обеспечивающие значительное преимущество в эффективности цикла. Прошлые разработки в области детонационных двигателей были в основном сосредоточены на импульсных детонационных двигателях (PDE), в которых прерывистое одномерное сгорание через ударную волну, распространяющуюся в трубе, стало возможным благодаря сложной конструкции клапанов. Двигатели с непрерывной детонацией (CDE) имеют заметное преимущество перед PDE в том, что сгорание происходит поперек ударной волны, непрерывно вращающейся по окружности трубы, что исключает клапаны. Кроме того, CDE может заменить ступени компрессора высокого давления. Предполагается, что CDE будет использоваться в диапазоне от 2 до 4+, заполняя промежуток между газотурбинным двигателем и ГПРД. Как теоретические, так и экспериментальные исследования проводят Мицуру Куросака и Карл Ноулен.

Непрерывное детонационное горение топливовоздушных смесей

1.

Войцеховский Б.В. Стационарная детонация, Докл. Акад. АН СССР, , 129 , № 6, 1254–1256 (1959).

Google ученый

2.

Б. В. Войцеховский, Стационарная спиновая детонация, Ж. Прикл. Мех. Тех. Физ. 1960. Т. , № 3. С. 157–164.

Google ученый

org/Book»> 3.

Войцеховский Б.В., Митрофанов В.В., Топчиян М.Е., Структура фронта детонации в газах , Изд. Сиб. Отд. Акад. Новосибирск, АН СССР, (1963).

Google ученый

4.

В.Михайлов В., Топчиян М. Э. Исследования непрерывной детонации в кольцевом канале // Физика Земли. Горения взрыва , 2 , № 4, 20–23 (1965).

Google ученый

5.

Б. Д. Эдвардс, «Поддерживаемые детонационные волны в кольцевом канале: гипотеза, обеспечивающая связь между классической акустической неустойчивостью горения и детонационными волнами», в: 16th Symp. (Int.) По Combustion , Inst. горения., Питтсбург, Пенсильвания (1976).

org/ScholarlyArticle»> 6.

Быковский Ф. А., Митрофанов В. В. Взрывное горение газовой смеси в цилиндрической камере // Физика горения и взрыва. Горения взрыва , 16 , № 5, 107–117 (1980).

Google ученый

7.

Быковский Ф. А., Васильев А. А., Ведерников Э. Ф., Митрофанов В. В. Взрывное горение газовой смеси в кольцевых радиальных камерах // Физика горения и взрыва. Горения Взрыва , 30 , No.4, 111–118 (1994).

Google ученый

8.

Быковский Ф.А., Ведерников Е.Ф. Непрерывное детонационное горение кольцевого слоя газовой смеси // Физика горения и взрыва. Горения взрыва , 32 , № 5, 17–20 (1996).

Google ученый

org/Book»> 9.

Мардашев А.М. Численное моделирование стационарных детонационных потоков ламинарной структуры: Автореф. Дис. … канд. Физ. Наук.-Математика. Наук, Ин-т. гидродинамики, Сиб. Див., Россия, Акад. наук, Новосибирск (1993).

Google ученый

10.

Быковский Ф.А. Скоростной бистабильный фоторегистратор // Ж. вычисл. Науч. Прикл. Фотограф. Кинематограф. 1981, , № 2, 85–89.

Google ученый

11.

Ландау Л.Д., Лифшиц Э.М., Гидродинамика, , Наука, Москва, 1988.

Google ученый

12.

А.А. Васильев, Д.В. Зак, «Детонация газовых струй», Физ. Горения взрыва , 22 , № 4, 82–88 (1986).

Google ученый

13.

Л. Хорт (ред.), Современное состояние аэродинамики высоких скоростей , Изд. Иностр. Лит., Москва (1955).

Google ученый

14.

М. А. Гольдштик, “К теории эффекта Ранка (вихревое течение газа в вихревой камере)” Изв. Акад. АН СССР, мех. Машиностр. , № 1. С. 132–137 (1963).

Google ученый

15.

А.А. Васильев, В.В. Митрофанов, М.Е. Топчиян, Детонационные волны в газах, Физ. Горения взрыва , 21 , № 5, 109–131 (1987).

Google ученый

Разница между дефлаграцией и детонацией

Горение (горение) — это процесс высвобождения энергии. Дефлаграция и детонация — два способа высвобождения энергии. Если процесс горения распространяется наружу с дозвуковой скоростью (ниже скорости звука), это дефлаграция. Если взрыв движется наружу со сверхзвуковой скоростью (быстрее скорости звука), это детонация.

В то время как действие дефлаграции заключается в том, чтобы выталкивать воздух перед собой, объекты не взрываются, потому что скорость горения относительно низкая. Однако из-за того, что действие детонации настолько быстрое, детонация приводит к разрушению или измельчению объектов на своем пути.

Дефлаграция

Определение дефлаграции в соответствии с «Словарь английского языка Коллинза» — это «пожар, при котором пламя распространяется быстро, но с дозвуковой скоростью, через газ. Дефлаграция — это взрыв, при котором скорость горения ниже скорости звука. в окрестностях «.

Повседневный огонь и наиболее контролируемые взрывы — примеры горения. Скорость распространения пламени меньше 100 метров в секунду (обычно намного меньше), а избыточное давление меньше 0. 5 бар. Поскольку дефлаграция управляема, ее можно использовать для работы. Примеры дефлаграции включают:

• двигатель внутреннего сгорания (используется в любом транспортном средстве, которое использует ископаемое топливо, такое как бензин, масло или дизельное топливо)
• газовая плита (работающая на природном газе)
• фейерверк и другие пиротехнические средства
• порох в огнестрельном оружии

Дефлаграция выгорает наружу радиально и требует топлива для распространения. Так, например, лесной пожар начинается с единственной искры, а затем расширяется по кругу, если есть топливо.Если нет топлива, огонь просто горит. Скорость, с которой происходит горение, зависит от качества доступного топлива.

Детонация

Слово «детонация» означает «грянуть» или взорваться. Когда реакция разложения или комбинационная реакция высвобождает много энергии за очень короткий промежуток времени, может произойти взрыв. Детонация — это драматическая, часто разрушительная форма взрыва. Он характеризуется сверхзвуковым экзотермическим фронтом (от 100 м / с до 2000 м / с) и значительным избыточным давлением (до 20 бар).Передняя часть гонит впереди ударную волну.

Хотя технически это форма реакции окисления, детонация не требует сочетания с кислородом. Нестабильные молекулы выделяют значительную энергию при расщеплении и рекомбинации в новые формы. Примеры химикатов, вызывающих детонацию, включают любые взрывчатые вещества, такие как:

• TNT (тринитротолуол)
• нитроглицерин
• динамит
• пикриновая кислота
• C4

Разумеется, взрывы можно использовать в оружии взрывного действия, таком как ядерные бомбы.Они также (гораздо более контролируемым образом) используются в горнодобывающей промышленности, строительстве дорог и разрушении зданий и сооружений.

Переход от дефлаграции к детонации

В некоторых ситуациях дозвуковое пламя может перерасти в сверхзвуковое пламя. Это воспламенение к детонации трудно предсказать, но чаще всего происходит, когда в пламени присутствуют вихревые токи или другая турбулентность. Это может произойти, если огонь частично ограничен или перекрыт. Такие события имели место на промышленных объектах, где произошла утечка чрезвычайно горючих газов, и когда при обычных пожарах горения возникают взрывоопасные материалы.

Как работает вращающийся детонационный двигатель

Джеймс Кох / Вашингтонский университет

• Новое исследование может помочь ученым построить стабильный вращающийся детонационный двигатель после десятилетий теории.
• Текущие исследования ракет в основном сосредоточены на создании более совершенных и легких систем двигателей внутреннего сгорания.
• Детонация более мощная при меньшем количестве топлива, но сгорание более предсказуемо и стабильно.

---

Новый вращающийся детонационный двигатель может произвести революцию в запуске ракет — если его можно сделать достаточно стабильным. Это большое «если», и исследователи надеются изучить его, используя новую математическую модель физики, действующей в непредсказуемых вращающихся детонациях. В этих двигателях концентрические круги вызывают химические реакции, которые выталкивают импульсы сверхзвукового газа и создают тягу.

Ученые из Вашингтонского университета использовали финансирование U.S. Navy и Air Force разрабатывают модель для описания и объяснения «нестабильности и бифуркации» во вращающихся детонационных двигателях, используя схему, которую они описали в своей статье . Регулируя параметры модели, эти ученые могут изучать взаимодействующие детонационные волны и другие явления, которые могут вызвать нестабильность вращающегося детонатора.

«Я определил доминирующую физику и то, как они взаимодействуют», — говорится в заявлении ведущего автора Джеймса Коха. «Теперь я могу взять то, что я здесь сделал, и сделать это количественно.Оттуда мы сможем поговорить о том, как сделать двигатель лучше ».

Технологическая основа вращающейся детонации достаточно развита, но работающий двигатель, использующий эту технологию, был более труднодостижимым. Это потому, что детонация и сгорание — разные вещи, и есть причина, по которой одно исторически использовалось в бомбах, а другое использовалось в двигателях.

Горение — это более контролируемая реакция, при которой топливо при высоких температурах смешивается с кислородом для получения мощной, но медленной и устойчивой химической реакции.Естественного кислорода недостаточно, поэтому в этих двигателях, особенно в ракетах, есть кислородсодержащие вещества, которые активируются под действием тепла и давления. Иногда их называют слабовзрывчатыми веществами, в том числе порохом.

Напротив, детонация — это « процесс внутримолекулярного разрушения ». Как только эта реакция запускается, не требуется ни кислорода, ни чего-либо еще («сореагента»). Бризантным взрывчатым веществам, таким как нитроглицерин и тротил, нужен детонатор в виде «ударной волны или электрического заряда», который может иметь разные формы, такие как капсюли-детонаторы или электрические детонаторы.Они создают энергию активации, необходимую для реакции взрывчатого вещества.

Вернуться к ракетам. Существующие ракетные двигатели по-прежнему работают на внутреннем сгорании, но в больших масштабах с огромным количеством топлива. Текущие исследования сосредоточены на всем, от различных форм окислителей до топливных камер, напечатанных на 3D-принтере, но все это касается внутреннего сгорания, что делает его более безопасным, более эффективным и, что наиболее важно, легче . Space Shuttle (RIP) весил менее 200 000 фунтов, но только топливо весило в 20 раз больше, чем корабль-шаттл, и использовалось почти исключительно для вывода шаттла на орбиту.

Вращающаяся детонационная система обещает потреблять меньше топлива и быть значительно легче по весу. Но перенос дозвуковой (традиционной) реакции дефлаграции на территорию сверхзвуковой детонации требует изменения научного мышления, а также совершенно новой конструкции того, как работает такой двигатель. Внутри кольцевого реактора детонация срабатывает концентрически, а конец сопла на реакторе создает тягу, поскольку реагенты выходят из него со сверхзвуковой скоростью.

Этот контент импортирован с YouTube.Вы можете найти то же содержание в другом формате или найти дополнительную информацию на их веб-сайте.

Существует различных причин, существующих конструкций вращающихся детонаторов нестабильны. Найти баланс между шириной канала детонации и непредсказуемым выбросом неизрасходованного топлива сложно. Неизрасходованное топливо может взорваться вне реактора и вызвать проблемы, и сведение к минимуму этого важно, но не может происходить за счет оптимальной формы и размера реактора.

Вот здесь-то и пригодится рабочая математическая модель. «Обратной стороной этого является то, что у этих взрывов есть собственный разум. Как только вы что-то взорваете, оно просто исчезает. Это так жестоко», — говорится в заявлении Коха. «Моя цель здесь состояла исключительно в том, чтобы воспроизвести поведение импульсов, которые мы видели, — чтобы убедиться, что выходные данные модели аналогичны нашим экспериментальным результатам».

Этот контент создается и поддерживается третьей стороной и импортируется на эту страницу, чтобы помочь пользователям указать свои адреса электронной почты.Вы можете найти дополнительную информацию об этом и подобном контенте на сайте piano.io.

Вращающиеся детонационные двигатели могут использовать «насильственное» сгорание для ракетной тяги

Стабильные импульсы сгорания перемещаются по цилиндрическому двигателю на видео-снимке экрана (Источник: Koch et al. / Physical Review E)

Детонирование топлива для создания ударной волны и последующих «импульсов» сгорания могло бы предложить экономичную и легкую форму ракетного двигателя — если бы это было не так непредсказуемо.

Теперь исследователи из Вашингтонского университета (UW) разработали математическую модель, которая описывает, как работает «вращающийся детонационный двигатель», надеясь, что инженеры смогут улучшить их и сделать их стабильными.

«Поле вращающихся детонационных двигателей все еще находится в зачаточном состоянии. У нас есть тонны данных об этих двигателях, но мы не понимаем, что происходит », — сказал ведущий автор Джеймс Кох, докторант UW по аэронавтике и космонавтике. «Я попытался переработать наши результаты, глядя на формирование шаблонов, вместо того, чтобы задавать инженерный вопрос, например, как получить наиболее производительный двигатель.Потом «бум», оказалось, работает ».

Вращающиеся детонационные двигатели воспламеняют топливо иначе, чем обычные двигатели. Порох попадает в зазор между концентрическими цилиндрами. После воспламенения быстрое выделение тепла формирует ударную волну, сильный импульс газа со значительно более высоким давлением и температурой, который движется быстрее скорости звука.

«Этот процесс горения в буквальном смысле является детонацией — взрывом, — но за этой начальной фазой запуска мы видим ряд устойчивых импульсов горения, которые продолжают расходовать доступное топливо», — сказал Кох. «Это создает высокое давление и температуру, которые выталкивают выхлопные газы из задней части двигателя на высоких скоростях, что может создавать тягу».

В обычных двигателях используется множество механизмов для направления и управления сгоранием, чтобы оно создавало тягу для приведения в движение двигателя. Однако, по словам исследователей, во вращающемся детонационном двигателе ударная волна делает все естественным образом, не нуждаясь в дополнительной помощи со стороны деталей двигателя.

«Амортизаторы, приводимые в действие сгоранием, естественным образом сжимают поток, когда он движется по камере сгорания», — сказал Кох.«Обратной стороной этого является то, что у этих взрывов есть собственный разум. Как только вы что-то взорвали, оно просто улетучивается. Это так жестоко ».

Команда разработала экспериментальный вращающийся детонационный двигатель, в котором они могли контролировать различные параметры, такие как размер зазора между цилиндрами. Затем они зафиксировали процессы горения с помощью высокоскоростной камеры. Каждый эксперимент длился всего полсекунды, но исследователи записали их со скоростью 240000 кадров в секунду, чтобы увидеть, что происходит в замедленном темпе.

Затем исследователи разработали математическую модель, имитирующую то, что они видели в видеороликах. Модель позволила им определить, будут ли двигатели этого типа быть стабильными или нестабильными, и позволила им оценить характеристики конкретных двигателей.

Кох теперь надеется преобразовать поведенческие результаты в количественную информацию, которую инженеры смогут использовать для создания более совершенных двигателей.

Исследование было опубликовано в журнале Physical Review E .


---

Хотите, чтобы лучшие инженерные истории были доставлены прямо в ваш почтовый ящик? Информационный бюллетень Professional Engineering дает вам важную информацию о самых передовых технологиях и интересных новых вакансиях.Чтобы зарегистрироваться, нажмите здесь.

Контент, опубликованный Professional Engineering, не обязательно отражает точку зрения Института инженеров-механиков.