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.