1598005881-4f87b42cfc9e80ed51b9133d1cb84af4 (А.В.Талантов - Основы теории горенияu), страница 12

Для углеводородных горючих 3 Р Влкяняе температуры вытекает из основной зависимости скорости реакций: пературы нв скорость распространения племени степенными зависимостями. Обычно и„- ') а (И.16) Для углеводородов щ С й — Я Зависимость толщины зоны горения от температуры, полученная теоретическк, оказывается слабой, так как а Т ' и '~эу ИЮ 3 — —, ° Ь = сспэ1. а (Ш.17) и» уьэ Практика обнарукивает обратно пропорцыональную зависимость толщины зоны от температуры. Состав смеси оказывает влияние на нормальную скорость через температуру горения и кинетические параметры. Действительно: Следовательно, нормальная скорость распространения племени максимальна там, где температура горения будет наибольшей, т.е.

вблизи стехиометрии с неболыиим смещением в сторону богатых смесей. Известную роль играет и кинетика химических реакций. С изменением исходного состава смеси, несомненно, происходят и соответстнукщие сдвиги в механизме и квнетике химических реакций. Об этом свидетельствует, в частносты, изменение цвета пламени прн горении углеводородов в воздушной смеси от голубого в бедной горючим области до зеленого в богатой, Цвет пламени определяется излучением воэбулденных при Реакции молекул и раликзлов. Нагретые до тай же температуры продукты сгорания излучают значительно слабее, Следовательно, излучение племени в значительной степени связано с иииетикой реакций. Изменение состава и температуры, а следовательно, и иинетикк происходит непрерывно, что вызывает непрерывное плавное изменение норыальной скорости.

э 4. Измерения скорости распространения пламени методом горелки Первые попытки измерить скорость распространения пламени, предп1шнятые Вунзеном, относятся к середине прсалого зека В2 (1866 г.). Скорость распространения пламени определялась им по методу прослоив. Существо этого метода э том, что скорость распространения пламени полагалась раиной такой скорости истечения вещества через небольшое отверстие з сосуде, при которой пламя проскакивает внутрь сосуда. В дальнейшем использовался также метод отрыва: скорость распространения племени приравнивалась скорости потока, п1а которой пламя срывалось с горелки.

Очевидно, определяемые таким образом величины существенно отличаются от истинной скорости распространения пламени. Как условны проскока, так и условия срыва зависят от многих обстоятельств и потому не дают основания отождествлять скорость потока и скорость распространения плвмеыи. Основоположником современной методики определения скорости распространения пламени по прану может быть назван русский физик В.А.Михельсон. В диссертационной работе "О нормальной скорости распространения племени в гремучих газовых смесях" (1890 г.) он отметил необходимость измерения действительной поверхности пламени, сформулировал принципы измерения скорости пламени и обосновал метод измерения нормальной скорости на горелке.

При определении скорости распространения племени методом горелки на срезе ее создается илами предварительно перемешанной однородной смеси (фиг.Ш.З). Смесь воспламеняется у кромок го- Бм репки и распространяется к центру, образуя симметричный конус пламени. размер горелки и скорость потока устанавливаются такими, чтобы обеспечить докритвческое число мв и ламинарное течение. Толщина пламени в ламинарном потоке составляет, как правило, доли миллиметра, и потому пламя над горелкой можно рассматривать квк Фиг.!0.3. Конус пламени бесконечно тонкий юнус.

Если по- йа горелке верхность племени Е лл известна, нетрудно подсчитать объемный расход смеси Ы т, прехопящей через эту поверхность за бесконечно малый промежуток 83 времени ЫЙ О-Ел ин И С другой стороны, за тот ие промеиуток времени через горелку сечением Етв пройдет объем смеси С(у Етр ' Ъ~ шь где М/ - средняя скорость потока. При стационарном процессе зти объемы, естественно, равны; сокращая (11 , получим: Гол ((и " Гтр Ы вЂ” Ч и. =- цЕ. — -— Е„Ч Еел Глл (Ш.18) Это соотношение и носит название принципа Михельсона.

Иногда его назывеют принципом Гуи - Михельсона, так как 1ун впервые обратил вннма~п~е на постоянство отношения — для смесей у Ем заданного состава. На принципе Михельсона основывается определение нормальыой скорости распространения пламени методом горелки. Действительно, определив зкспериментельно поверхность конуса планет и зная секундный объемный расход либо среднюв скорость и сечение трубы, нетрудно подсчитать нормальнув скорость.

Найденная таким образом величиыа ((е является средней для всего конуса. Для определения местной величины следует использовать элементарный расход н соответствухщий участок поверлнооти (фг.Ш.4): ие=Р(т — Е- -ат — 7 — -ЫЬ( а(Е . Ы 4Ф'тф (Ш.19) а% и пл Следует заметить, что средняя скорость распространения пламени, овределеннея по (Ш.16), для большей части Факела незначительно отличается от местных величин. Различие скоростей набллмается лишь в вершине конуса; здесь благодаря особо благоприятным условиям теплоотвода всегда имеется точка,где~/е=Ь/. Особой точкой (вп!ией) является та!ьхе ьп!тняя кромка конуса, во-первых, нз-за теплоотвода к горелке, а во-вторых, пз-за того, что эта область является пощигаюе!ей, стабилизирухщей плаьн.

.1! Фиг.й!.4. Элементарный участок ламинарного пламени Фиг.((!.5. Конуса пламени на горелке: а - в бедной области; 6 — в богатой области 85 В конусе пламени богатой смеси используется де все горючее, поэтому по мере смешения его с воздухом возникает вторичное горение ((иг.((!.5). Пламя нед горелкой имеет четкую светящуюся поверхность горения начальной однородной смеси и более мягкую, размытую светящуюся область дзЯузионного горения (догсрания).

То мнение, что начальный конус является поверхностью горения исходной однородной смеси, подтверкдают эксперименты, е которых начальный конус искусственно отделяется от вторичного. Это постигается прекращением доступа окрукаюлего воздуха к ',:ыелу с помощью специальной концентоической трубки ((иг.((!.6).

Вообще говоря, погепхпость пламени криволинейна,что объясняется пзменепнеы скорости потока в поперечном сечении.Ламинарное течение иотппиетсп параболическому закону распрепс|ен!и; скорости. (чпю:о з принципе мозэ!о добиться того,что;п обрязумтщ конуса бпла близка к прчмол и!ейной.Для этого постановкой специально спрофллированного сопла на выходе из горелки создается равномерное поле скорости. ымм Фнг.111.7.

Линии тока вещества в ламинарном пламени на горелке Фиг Д).6. Разделение племени в богатой области При прохождении вещества через поверхность прямого конуса пламени линии тока искривляются поп влиянием зффекта расширения ЦигЛ.7). Ло фронта племени линии тока сохраняют свое направление неизменным. В потоке, не ограш~ченном стен- кани, продольные перепелы давления отсутствуют, и расширение при горении происходит перпенпикулярно скорости потока, что и приводит к искривлению линий тока за фронтом пламени.В случае же так называемого обращенного конуса (фиг.И.В) аффект расширения 'приводит к искажению линий тока еше до подхода к повершности пламени. После прохождения обращенного конуса пламени линии тока становятся параллельными оси.

Из треугольников скоростей потока до и после сгорания мозно получить: (все величины обозначены ва фиг.Ш.8). Отсюда Т~Ч - — „"' Ту~: Здесь Ч~ можно оценить следухщвм образом: 51а т= Отношение — можно подсчиНг Нн тать, пользуясь уравненнем неразрывности: — =- — = — — — Си.го) Нг Ун Рн Мн Тг Ун 9г Рг где Рн Мн и Уг, Мг - давление и число молей до и после горения.

Изменение числа молей углеводородо-воздушных смесей невелико, и им можно пренебречь. Изменением давления во фронте пламени при небольших ц» можно также пренебречь. Тогда ФигЛИ 8. Обращенный конус йламени на горелке ц Т Нн Тн В тех случаях, когда ~ нл цн, т.е. для большой скорости набегающего потока по сравнению с нормальной, можно принять ~ Т = зыт ~ ТО Ч~ - Ч' Тогла угол раскрытия обращенного конуса 8 цн И/ (8.21) В эксперименте по определению нормальной скорости ' распространения плзиспв поверхность пламени регистрируется раэли-.нимп спассбсмп. ')очс всего используется непосредственное 87 фотографирование, ~п~огца теневая или тепплеровская регистрация. Следует заметить, что величины, получаемые этими методемы, несколько различаются. Дело в том, что размеры конуса, определенные по свечению и по градиентам плотности, не одинаковы: реакция идет интенсивно при высоких температурах, а наибольший градиент имеет место в зоне погогрева.

5 5. Измерения скорости распространения пламени методом трубок В свое время определение скорости распространения пламени методом трубок было широко употребительным. Не утратил своего значения этот метод и сейчас. Достоинством его является соответствие условий распространения пламени ряду случаев в технике — в каналах, трубах и т.п. ы возможность изучать переход от медленного, нормального горения к быстрому, взрывному — детонационному.

Последнее особенно важно в связи с требованиями теияки безопасности, ибо развитие теории горения в начальный периол отвечало ее запросам. Существо метода заключается в том, что скорость пламени оцениваетсл по его распространеншо в трубке,зэлолненной преш варительно подготовленной смесью. ')рубка, как правило,открыта с одного конца.

Эалжганпе мокет осуществляться у открытого или закрытого конца. Кзк правило, трубки стеклянные, прозрачные, и регистрация произволится фотогрефированием (кинематографированием), хотя иногда применяются и другие методы. рассмотрим случаи определения скорости при поджиганж смеси у открытого конца (фиг.й.9). Свежая смесь неподвижна, пламя со скоростью ~1е распространяется по отношению к ней и, слецовательно, по отношению к стенкам, к неподвпвной системе координат. Продукты сгорания вытекают нэ трубки со скоростью Мое .