5.6.3. ДЕМПФИРУЮЩАЯ РОЛЬ ЧАСТИЦ КОНДЕНСИРОВАННОЙ ФАЗЫ
Целый ряд процессов, таких, как трение в газовой фазе, поглощение акустической энергии в твердой фазе и прохождение акустических волн через сопло, вносят вклад в затухание колебаний. Рассмотрим здесь более подробно наличие в потоке частиц конденсированной фазы, что иногда оказывает преобладающее влияние на устойчивость и имеет относительно простое объяснение.
Плотность материала твердых частиц и капель на 2—3 порядка больше плотности газа. Поэтому при колебаниях параметров среды они не сразу принимают его скорость и температуру. Это приводит к существенному демпфирующему эффекту, так как в окрестности частицы газ совершает возвратно-поступательное движение. Для относительно крупных частиц при прочих равных условиях демпфирующий эффект мал,
Рис. 65. Зависимости коэффициентов усиления и демпфирования акустических колебаний от частоты по результатам огневых испытаний в -камере [136].
что обусловлено сравнительно невысоким отношением силы сопротивления к массе частицы, и, следовательно, потери энергии невелики. Очень мелкие частицы с большим отношением силы сопротивления к массе увлекаются колебательным движением газа и, следовательно, также обладают малым демпфирующим эффектом. Большие значения коэффициента демпфирования колебаний соответствуют частицам некоторых промежуточных размеров (рис. 66). Обсуждаемый демпфирующий эффект может оказаться весьма заметным в условиях, когда массовая доля конденсированного вещества в продуктах сгорания велика (она может достигать 45% при использовании сильно алюминизированных ТРТ). На рис. 66 приведены теоретические кривые демпфирования для массовой доли 0,29. Коэффициент демпфирования представлен в зависимости от размера частиц для нескольких значений частоты колебаний. Значения коэффициента демпфирования в диапазоне размеров частиц (рис. 66) достаточны для обеспечения устойчивой работы двигателя. Однако очевидно, что устойчивость рабочего процесса зависит от присутствия в потоке частиц подходящих размеров, обеспечивающих наиболее эффективное подавление колебаний с частотными характеристиками, присущими данному конкретному двигателю.
Рис. 66. Зависимость демпфирующего эффекта частиц от их размера и частоты колебаний [136].