Основы теории горения Сполдинг Д.Б. (1014184), страница 19
Текст из файла (страница 19)
Вне ф!оигв пламени реакция практически атсутствуег Это осы!си нето п тем, что выделяющееся при горении тепло првв дит к новышению температуры в ускорению реанцин; г, »тому реакция, инициированная егорычейсмесч, быстро ;н!ю!ространяегся, расходуя атгшошиеся в налячии рва!гиты, да .!ех пор, пока ее схорость не !будет ограничена ю.!ослтельна более медлыгеым процессоч переноса массы. Тл не пламеча нвзываютс» диффузионными. В ряде задач целесообразно рвссыатрпвать зону ревк° !!н ! вк поверхность нулевой тояшины. Это дает возможи с!ь рассчитать ее поло кение и температуру. В действиц;юности зона реакции имеет конечную толщину н распрострз~яется со обе стороны от нлеалиэиронаппой повсрхвое!ж вш!едствие чего. ках будет показано ниже, оив имеет бетте низкую температуру, чем в ндеальнпм случае Лоопа.
литсчы!о температура санжвется в результате потерь теп.!е излучением. В уравнении (4-4) радиапиовный тзп.гоаб"! я не учитываег:я, хпгн цри высоких зпа!енивх темпееаг)ры !шю!е !в оп может игра гь болып)ю роль Всеконечно тонкая эона реакции харангеризуется уело. чг!ет! юг — — Шо= О. Так как топливо и кнслодод ис пРохозгг через анну реакции и разрывы в значеннвх канцентран'!и физически невозможны (скорость диффузии не мажет ~ыгь бесконечно велика!, то ггс одну сторону зоны реакции н! =- О, а по дружную — юо О з с г!э уао Следователыю, гак ьвь ь =-: и — ( — '-), то зонаурй г ццн дюжив расползся'~са на гюверхносш Ь' — --0 в общсц г ~учае, нв поверкносш ь; — ь, гз где нг, -ьонцентралоя кгтв~ ргдя в г ~с,ю)ьдсодержагцй пптоке; ж„— кондея грапня ~оплпвл в гоп.швосодержав потоке. Например, если струя чистого тогкчива смешнваетсд сгораег в струе чистого кислорода, плаття образуется поверхпосгп ностояюшго состава, соответствующей знай пню г)(Г (-г), где г — сгсхномстряческое ггтг(огпгчгае, т.
ь ко.пшество квслородз, необходимое для стор нгпя ед(гнищ кол. ~чес ~ ва тон анна. Положение диффузионного фронта плат~еггн (если ы сугцгщвует) определяется, тахвм образом, условиями омй щения и составом топ.шалон и кислородной струй, а тй химическими факторамц Г!рнрода ьнтгюеског! реакций однако, как зто булет поназано в главе б, иыеет значекй при оггредкче~!нтг возмоткяастн самого существования дий( фузиоппого плаыеон. Если двффуаиониое пламя в цедЮ кти его часть не ыогуг существовать, то происходит втй пиная диффузия топлива и кислорода. В агом сггудае впн можно ноявлеияе яламеа однородных смесей разпого нт стзва в области, распаложегшой по течепгпо нлжо, чем Ю на, в которой может образоваться диффузионное илама Таюго яламснп всегда пменщ недостаток тевлина иш кнк порода для полного сгорааия.
Тенпературу идоа гнщрованной зоны реакщщ ножн нзйюг нз сяедующвх со браженнй. перемсппыг Ь' в (определевне кот рых дано выше) е отгю|п гом н.е потов удоалет рюо Лент н г,п«рфср ншят ным уря пенюа с олппак яы гп грппшвымп !славия ш След вате гьж„ обобщенные переменные (Ь" - - Ь', р(Ь - — Ь, ) н (е -е,)((ее-'й в любой точщ должны и гпгь р.шные значения (предпвф гащ.ся, что О=-.а).
В ~астгщсгп, в юне реакцно (4 ! !!4 су,= опы 'во~ (4-8) В зтом )равасппи приинмяе«ся, ш о удельная теп.юемко ть с не зависит от «оствва газа и тсмгш),атуры (берется среднее значение геплоемностн). Более точный расчет инесс смысл лишь в редких случаях, так ьак нредполаткекве 0 = а уже яшшетси приближенным Аналогг«иное доптше:ше нсобхалимо сделать и лля изменения Н в зависимости ш те лпературы Интересно отнес~«ты что азиабаткческая тсмператтра репин стеьиоиетрвчсскоп смс п топливо- я кислородсоЗержаших газов, рнссчитазяав с течи жс доптюепиями, совпадает с температуров У, пс уравнению (4-8) Таким образом, несмотря на большое раз.шчпе в других характе.
листиках, мвкснмалыгая температуре в дггффузиош~пм пчамени близка к темясратуре пламени, распространяю. шю оса в «те оюмстри ~есной сме и м т лш г ~ юв. Первое пс«ледование дпффузнаппыл плвмез было провезено Бурке и РБумвпом (Впгйе апб Бс)шгпзпп, )928), но. рые, рассматривая топлпио яак «перин«тельный кисло- поль, рассчитали в хорошеы согласшг с вксперимептом форчу пггаиени для нарасыельныл ламияарных струи одинаковой сиорасти.
Так как обе с~ругг иыеют равные скоро. «ги, та проблема сволнтся к нествдипнараои двулразмеряой диффузии в последовательно расположенных пчоскосгях, перпендикулярных паправлеяпю потока и соответшврошнх ггоглеловательпыьг промеж)ткем времени Исс~едоввггис полгверднло справеллавость теоретического ! шпення, показывающего, в частности, поположеппьфрон~ь и ~а««ени определяется гкорсе фнтп~сскггмк,чеи юшичегкн«~и факторами Было установлено, что для задааиой ыб ян,секс г относится к зоне р«,п юп, и индексы ! и 2— к гоплнвнотг и кпсзоро.шш! струп«г сипве~сгвегшо.
Предю тягается, что псряонвчзльио в с«руе тпнлшы нет кислорзда, з в струе кислороде нег топлива. Е!егрузно аывсстн бзряулу н для более обп«ого случая Из уравпсшш (4-7) почуя!г«г нары газов высота пламени пропорциональна сннрогти Пть ~ока и квадрату диаметра струй. Этот результат нетрудно получить из анализа размер, посгей. Высота пчамсии должна быть пропорциональной скоростн потока и времени диффузии (до заланиого сот стояния): й (г(1 яреме дпффтзгпг пропорционально «задрату гшпейпого рай мерз (в направленца диффузии), деленному из козффицион() днффузаа, т. (с 0' тяк что пс* Ь Следаваточьна, три постоянном объемном расходе высоцй пшмсни пе зависит ог диачегрз струи.
Аналогичные зксперименты были проведены Варом (Вагг, 1919) с сж~гткаемымгг газами (в асноапам смесь, б)тана и пропана) и воздухом при уменьшенных кшгцен-~ грациях кислорода и разтичных скорастяк движения топ. лиза и воздуха, так что коннектипный неренос сказыва влияние на полажение фра.ша племена. Хотя расчетЫ, проведенные исходя нз двухмсряоа модели диффузии, сле дуст рассл~атрггвать лишь как праблнженныс, осназпой ре( .гультзг состопт а тоы, что высота пламени возрастает ггри~ уменьшении «оицентрацин кислорода в окислнтеле.
Эта можно было ажилать, так каь зели шва л'о~ з хоторая, как мы видели, ьарзктеризует почожеиие фронта пламени, стремится к единице но мере уменьшения шон т. е, пламп смешается к той стороне зоны смешении, через которую поступает окислитель. лаьшнариые диффузионные плачена, бразуашнеся ПРЯ втекании струп топлива и неподячжныя ешдтх, нзучалиса Хо~ гелеьг и Гаусор~го ~ (Но!!е1 епг1 Намйогпе, 1949) И Возем, Гечлп и Каппоч (Фо(г), Оат1еу апо Карр, 1949' ыо Г этом случае конююю» также г «взывала влияние на , о цссс Эта глиянне, однако, но учатывалось в теореюо „скоп анализе. в результате которого предлонгева фор ч)лл. ппрглелнюшая время г достпженвя топливом верю(аны пламени.
В приюпых обозначениях эта форчула очеег внд Гтт , Ь',— Ь',) (4.9) М7 шс Ь'цспс — ' 'з г шюекс г юпосчгсп к зона реакции, г(-- диатгегр струн топлива. Высота пламени, счедовагелшю, является неьшороб функцией от (В(16 Р, ко форма пламени остается пеизве. гной н, верог~гно, зависят от ссгественнои конвекции и р,гспределенця температуры зо фро~гте пламени.
Те же авторы обнаружили, что при возрастании скоро;и пышка илама турбулизаруется, после чего прекрашаг я далью!шее увеличение его высоты По данным Хигтслн и Гзусорна, эттт переход совершается прн значениях .ригерия Рецчольаса (рассчитанного па условняи в струе июопьюго горючего газа) мсждь 1 ООО и !ОООО. Не удает° , однако, установать универсальной зависимости, так ак вязиость газов сально зозрастасг с увеличением темпгратуры л, степовательно, высокотемпературные пламеи турбулизируются труднее, чом низнотеьгпгратурные Форма поаерююсти зоны реакции также оказывает влияние на значение критическою яиц~а Репнольдсз Турбулентный режяц изуцюся Гаусорнац, Ведзелен и Хопелем (Нам(цоггге, ЦгеббеП апб Но(ге(, 1949).
Уста'овлено, что вьмога пламени пропорциоцачьна диаметру сопла и не зависит от скорости струи. Этот результат сонтаг)сося с згзнггыми по тепло. н мвссоабмену а струвх трц ого)тствни горения (сч, стр 73) Более асогкидвппыи валяется, однако, то обстоятельство, что, как показал гаовый анализ, виго~а в|юэиого фронта пламени более че» ш ббз(з превосхопит высоту поверхиостя сгехаочетричг. ского состава сьгесю Нзддено, что зависимость обобшеннай конпенгрэаго на си (Ь вЂ”.Ь )((Ь вЂ” Ь ) от расстояния (г —.т) до уровня, где наживе ся ~урбуляззпгя пта«тени, может быть аыраженй прибзвж*нным соогиошешь ч (4-10) г.ге г! — двзиегр сеяла, К и С вЂ” нонстышы (длв дшкого топ,швв и сглаз) К изме.
няе ся в прсдсш«от 0,020 до 0,080, à — от 0,79 до 003 Р!шп (Рйгбеп, (933) для епюобнеоп в зноюгичиой возлушчай струе пааучил соотвеш~зеггпа значения 0,121 и 0,241. Более низкие аначення К д ш пламсн гзтвачают, чш сисшеине в нкх протекает в 8 — 3 раза медленнее, чем в струе вотдутз, Зто рактияие вызвано, вероятно, естест-' венной конвскпиеп, возрастанием вязкости и большимн иэ. ченеонами плошости, сопровождающими процесс гарсона. Отличие межлт пола«кеннет! вгрвшяы виппиого пламснн с тэт . н ~очко(т, в когорты срепннк кшшеш рация ка оси соответствует стсхиометрнчесному сфстзву смеси, указывзет па разшчие в структуре поверквбстей смешения лля турбулентных я лаиииарвых струй. Бс,ит бы иожно было изобразить ыгновеьпу!а картину копцеатрациовиых паверщюстер в турбуяегжпоа струе, то онв имела бы не столь снммстрш! ную форму, как например иа рлс 3-0, а свпиыи взвили изми в разрывами нзпомииалв бы карту пересеченной т~с ыюсти Повериюсгь, соожетствчюшзи пе«сторон« составу гюа, может очеть, например, форчу,покатаю~у)о на рис.
4-! Определение мгновенного положения концептоапионных вовсрхиастсй гвязано обычно с серьезными труп. иастямп, н поэтому в ботьвшнстве ясслелованнй патой стгешегпш произвол оси пзчсреинс срелнсго по врс геш> состава и соответсгвешго нззпснтся осрелиспоое поло«ксиве позор«постей 1!ог-взнес пок,ызи ~а рп 4.! п«и«тир.
а, ннней Такам обрашч ошровв г пьт)ос~рова онреде;г: 1юго сосшва пахота|он п. пб с|орояы о редпнюпгеп ,,шрхностн Кзк мы эндели, зона ргггьгшн фо)'т~нруеггя на опрея пноуг поверхшюшн мгновенная ~гзрпгнз гареяня э турбтг ннгной газонтв струе показмвает, что с,ге,гтст ожндать кнон форчы эзоп поаерзпаств )рис. 4-й). Га«огп рода э„нонна нз )чанг, д~гзьо, ~ .гь вше ге~ н., ч ввзнмшг ~ .,г;ом позер ность и ~аьгени ггредстао~ягт гобой оболочку гн~ объема, в котором лога бгн краткоэрсмеша пахом„а островки пламени. По данным Гаусорна, Веддела "отгетн )Натг)йгтгпе, т)сегЫгй) апб Нот)г), )Р48) валяная »бо|о|ка соотвгптвус1 аовгрхноспн па которой полнота ш раним )оо анаанзу проб газа, отпбранны., эз коншный прч;ежугок времена) пряблпзятельно равна ййзй.
Таким образом, хотя в струе онпнвреченно проясхалнг ' ~ гпнанасштабкое ° мелкомасштаб юе перетгешивзние, но эргэ~сап лтя ныравнивантш местг~ых неоднородностей Гпо. рглггвом шгкрогурбуленгносш н молекулярной лнффузнп) недостаточно лля пог) ~еггня соверп~енного смепнння. Гн«. рп, Ведле. а Хоггель рассматрнэают этг проблему п чк ~ зрения статксмшсгной теории гурбулснттгосг: и гаолгм папаше «негюлнптм смешения . хара|гтериауюпюе 1ч н п,птга неп,хпородность. Лальиейш е развнтне теорнк хзпо э работе Рнчардсона. Гопарла н Сггнта )ЕЫгагбэоп. Нсчагд апг) Ьшй)г, )4)БЗ) Мы ешс вер емса х этомч во- Ч') г, кшнз булем рагсматрпаать ~оэе,шс факелов >кядко. "' т штнпя )сьг сгр )В)).
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
