1598005881-4f87b42cfc9e80ed51b9133d1cb84af4 (А.В.Талантов - Основы теории горенияu), страница 10

В предельном случае область обращается в точку, горение прекращается. СлелУет заметить, что сУщество- ;нг П ~Э Р жи! работы ванне стационарного режима зависит реактора с теплоот ряда параметров, в том числе потерями от теплового эЯекта реащ!ий, размера реактора, условий теплоотдачи и пр. Характерные особенности процесса в реакторе хорошо ялл,- стрирует аналоги>; с костром: слабый ветер раздувее" его, а сильный — гасит. Примером реактора с интенсивным перемешвванием смеси является коническая горелка Шоппе (фиг.П.20). Воздух входит з горелку по тангенциальному каналу, а горпчее подается в центр, в зону разрежения вихря.

!Л!ход продуктов осуществляется по Г~рю Фиг.П.20. Коническая горелка Шоппе касательной в направлении движения вихря. В результате ьо всем объеме горелки происходит интенсивное движение с боль- Ьиипознме тил Ьеер кора Ьрю~ смесь ~должал ела Фиг.П.21. Реактор Лонгвелла щества время пребывания в реакторе Оказывается одного порядка с временем горения в лаюаяарном пламени.Исследования свидетельствуют об отсутствии в реакторе фиксированного тонкого фронта пламени. Химический анализ дает примерно постоянный состав смеси по всей камере.

Полнота сгорания изменяется от больших величин примерно до 80Ф при срыве, что соответствует теоретическим представлеыиям. Теплонапрякенность достигает 3500 х 10 кал/м~ч , или 15 ° 10 Луч в системе СИ; зто значительно выше подобного параметра для камер сгорания воздушно-реактивных двигателей (ЩД), что такие свидетельствует об интенсивном перемешивании.

Однзко тщательные исследования структуры потока в реакторе позволили обнаруиить существенную неоднородность ее, наличие зон обратных токов,неопнородн. оть состава смеси. Оказалось, что размер и располо- мнм грапиентом скоростей, что обеспечивает хорошее переманивание. теплонзлряженность достигает 500 П) з лпл/мз ч, или й ~0 Дж/м~ч з системе ОИ, что свидетельствует о высокой ынтенсизности смешения и горения. Другой возмокной схемой является реактор Лонгвелла (фигЛ.21). Эарвнее подготовленная смесь горючего о воздухом подается через многочисленные мелкие отверстия в шаре лиаметром 19,4 мм, располоиенном в центре сферической камеры сгорания Я 75 мм).

Такой способ подачи смеси обеспечивает интенсивное перемешиванпе поступаюлей свекей смеси с продуктами сгорания, и процесс приблилается к описанному выше теоретическому. При срыве процесса за счет увеличения подачи ве- кение топливопсдаадих отверстий влияют на характеристики процесса. Все ото свидетельствует о том, что процесс в реакторе не является чисто кинетическим, определенную роль играют и дидузыоннне Факторы, Полученные с помощью реактора Лонгвелла кинетические характеристики следует рассматривать как условные.

Полоненное в основу теории реактора допущение о полной однородности смеси является первнм прнбликеннем. Глава 11! РАСПРОСТРАЧИЯПЗ 1П1АЬИП! П ЛА!й1НАРПШ УСЛО1,П.ГА $ ф. Уравне«пш теории нормального распространения «шамени Как было показано е прелцду!Аей главе, х««ми«ес«с«е 1еакпии при вос«шемененни протока«!т во всем об«теме с«!оси.йоспхаменен««е наступает б,з алого-либо подвода энергии пзш«с ш«к Результат нротекешш процессов го времени внутре са:"с1', системы. Прп использовании процессов горан«ш ча то прихош«тся иметь дело с явлением распр«жтранення племен«!. Смесь газов обычно нихо«п«тся в состоянии, когда самовоспламенение невозмоло«о, Однако при местно" подводе извне поста!'Очного ко«п«честзс теп ла в как! й-либо точке могут начаться х«пе«чесш«е реш«ции.йиделлхщееся при этом тепло передается соседним слоям газа и инициирует там реакции.

Тшо«м путем процесс горения молот распространяться по с«схсй горючей смеси, П связи с тем,что скорость химических реакций прп высокой те;.шературе гсс«а з ослика, процесс эаеериается довольно быс«ро, и зона горения в ламинарном потоке нли покоящейсл смеси шьест псбсл «щ!Ую толщину. Процеос распрострш!ештя пламени «пшагт.ри;«;стол л.',т:остью оаспространения; ь!н — зто лине!'.псл скорость по!о!«е;ения эоны горения (!фронта плаь«енн) пс стпопеник:. сто!:е'.! певозмущенной смеси.

Из««еряется она по поргатп к -,:рогту пла««ени. Скорость распространения пламени г..та«нп«аГнпх услоош«х вля заданной смеси монет озссматрп атьсл !очи фиьп«:о-хпмн «с- сзая константа, квторвя зависит лишь от давления и темпера» туры. Обычно ее называют нормальной скоростью, реже - фундаментальной. Эта скорость может быть оценена так ие, как обьем свежей смеси Ч , слигаемой на единице поверхности фронта ~/ племени в единицу времени, -И„, т .

Измеряется она,квк правило, в см/с. Вторая характеристика - толщина (кирина) зоны горения 3 . Иногда процесс горения оценивается массовой скоростью, язляхцейся произвеценнем плотности на скорость распространения пламени: п у ин . Размерность массовой скорости ( ы э) г/смз ° см/с = г/см с. Массовая скорость горения - это количество вещества, сгорехщего в единипу времени на единице поверхности фронта пламени. Механизм распространения пламени в рассматриваемом случае основывается на передаче тепла и активных центров из эоны реакции к свежей смеси благодаря эначктельным грвциентвм температуры и концентраций между зоной горения и свежей смесью. Первые попытки создания теорли нормального распространенна пламени принадлежат Маллару и Ле-йателье, а такие нэюему соотечественнику В.А.Михельсону.

В дальнейшем теорию распространения племени разрабатывали И)те н Нуссельт, Льюис и Эльбе. Однако в большинстве своем их реиения схематичны и содериат допущения, исключаюпие важные стороны явления. Современная теорыя нормальной скорости распространения ыламенк обязана своим развитием в основном трудам Я.С.Зельдовича, Д.А.Франк-Квменецкого и Н.Н.Семенова. Их решение основано на предположении о непрерывном изменении температур и коыцеытраций — от начальных до конечных. Предполагается, что фронт племени стоит на месте, а овевая горючая смесь подается ь него со скоростью, равной скорости его распространения - 0н . При атом в зона ламинарного пламени температура будет меняться от начальной Т,до температуры продуктов сгорания Тг , а концентрация исходных веществ изменяется от начальной ло нуля при полном сгорании (фнг.ШЛ).

Изменение параметроз э зоне горения происходит в действительности на расстоянии, измеряемом, как правило, до- 69 лями миллиметра.Запача решается в олномерной постановке: изменение параметров предполагается происходящим только в окном направлении - вдоль оси Х , Потери тепла в боковые стороны и за счет излучения не учитываются. Сделаем также попущение, что теплоемкость и коэффициент теплопроводности — постоянные величины, не зависящие от температуры. Уравнение сохранения энергии лля элемента объема газа запишем: СпУ =Х вЂ” Ср9м — т.мь~(~,~) ' ПИ1) йт Эзт ат И ахз и ах Член слева обозначает изменение количества тепла в единице объема за единицу времени.

Первый член справа - изменение ко- личества тепла за счет телят лопроволности, связанной с т' грациентом температур вдоль оси Х Второй член спра1 ва — это затраты тепла на ! Б нагрев поступающей в пламя Та) смеси. Послеппий член— означает выделение тепла прз л У 1 Ю~ Р ций. ФигЛ!.1. Изменение температу- Если поступающая смесь ры и койцентраций исходных неизменна по составу н павеществ во фронте пламени раметрам, то скорость распространения пламени и ширина зоны горения булет постоянной величиной, неизменными бупут оставаться также кривые изменения температур и концентрации. Явление бупет носить ста- ".т ционарный характер, и — ' окажется равным нулю, а частные произвопные моино замеййть на полные: (Ш.2) Члены уравнения могут быть изображены графически (фигЛ.2). Второй член уравнения всегда имеет отрицательный энакпри перемещении смеси в зоне пламени всегда эатрачквается тепло на нагрев смеси, движущейся навстречу градиенту температур.

Первый член уравнения может быть как положительным, т, йт Т' твк и отрицательным.При небольшом подъеме температуры в ле- г вой части кривой подъема тем- 7' Ф пературы первый член положите- к лен, так как количество тепла Лф~т ~ ) фт ~. ! з смеси увеличивается эа счет ! теплопередачи от более горячих смесей. В зоне высоких температур выпуклость кривой темпе! ! ратур меняется,и вторая производная Т становится отрица! л тельной: количество тепла в пт смеси уменьшается за счет пе- "~~ Ф вЂ”. репачи его в зону невысоких Нм ! температур. 1ретий член всегда х :оложителен,поскольку здесь РассматРиваются экзотермиче- виг.й!.2. графическая интерские реакции. Однако скорость претация составляшлих урав- нения энергии в зоне норхимических реакций так сильно мального племени зависит от температуры,что приход тепла становится существенным лишь при высоких температурах вблизи Т, . В конечном очете все три члена уравнения раскрывают динамику тепла в пламени.