Прямоточные воздушно-реактивные двигатели Бондарюк М.М. Ильяшенко С.М. (1014191), страница 26
Текст из файла (страница 26)
Этим видам горения соответствуют свои виды пламеп: ламинарное, турбулентное и детонаг1ионное пламя. Поверхность, отделяющая носил '«» '»» область горения от несгоревших газов, называется фронтом пламени (фиг. 96). тх Ламинарное распространение пламени представляет собой распростраФиг. 95. Схема строения фронта пламени нение фронта пламени в несгопри нормальном горении. ревший газ, осуществляемое по- средством молекулярного переноса теплоты и вещества. Что является определяющим в деле распространения пламени: перенос теплоты или диффузия,— до настоящего времени окончательно не установлено.
Скорость распространения ламинарного фронта пламени в несгоревший газ, измеренная по нормали к фронту пламени, называется нормальной скоростью распространения пламени или фундаментальной скоростью распространения пламени и,. Сгорающие газы нагреваются и расширяются. Поэтому на распространение фронта пламени относительно свежего газа накладывается перемещение газа в целом, вызванное тепловым расширением, конвекцией или другими факторами Скорость перемещения области горения относительно стенок камеры сгорания о, измеренная по нормали к фронту пламени, рабана геометрической сумме нормальной скорости пламени и„и скорости перемещения газа в целом ан (6.
66) Скорость перемещения газа м определяется условиями опыта. 178 Нормальная скорость пламени и. зависит от природы горючей смеси, от температуры и от давления. С увеличением температуры газов Т скорость молекулярного движения возрастает, химическая реакция развивается быстрее, теплопроводность и диффузия увеличиваются и нормальная скорость распространения пламени возрастает. При понижении давления р<"1 ага скорость распространения пламени несколько повышается. Влияние повышения давления на скорость распространения изучено недостаточно.
Нормальная скорость пламеи стехиометрических смесей углеводородов с воздухом при нормальной температуре бывает порядка 0,4 м/сек. При обеднении или при обогащении смеси нормальная скорость пламени падает. Нормальные скорости воздушных смесей не- предельных углеводородов обычно несколько выше, чем предельных (табл. 6. 8). Таблица 6.8 Нормальные скорости распространения пламени углеводородов при 20' С тношение веса углеводорода к 1 воздуху— аЕ Углеводород Объемная концентрация гы и» см/сев Рассмотрим строение ламинарного фронта пламени (см.
фиг. 95), распространяющегося в свежий газ. Температуру несгоревшего газа перед фронтом пламени обозначим через Т., температуру за фронтом — через Т„. Эта температура близка к максимально возможной пРи данном составе смеси. При нормальном давлении толщина фронта пламени,. как показывают шлирен-фотографии ', будет порядка 0,5 мм; при понижении давления эта толщина увеличивается до нескольких миллиметров. Температура свежего газа, вступающего во фронт пламени, увеличивается благодаря притоку теплоты от области Реакции и, наконец, достигает температуры воспламенения Т (см. фиг. 95), после чего в газе развивается химическая реакция окислеГгг л ш ~ « * . ФГ ' Сошбпзноп Ргосеззез, Нем Уог1г, 1956.
12" 179 Этан Пропан Бутан Пентан Гексан Гептан Этин Пронин 1-бутик 1-пентин 1-гекснн 40,1 39,0 37,9 38,5 38,5 38,6 68,3 43,8 43,2 42,6 42,1 6,28 4,54 3,52 2,92 2,51 2,26 7,40 5,04 3,87 3,07 2,67 0,153 0,0724 0,0732 0,0748 0,0764 0,0798 0,0773 0,0770 0,0780 0,0766 0,0796 подразделить на зону п одог р ев а и на з о ну р е акции. Теплота, выделяющаяся в зоне реакции, частично идет на подогрев сгорающей смеси, частично передается свежему газу перед фронтом пламени.
При подогреве свежей смеси молекулы топлива образуют радикалы, некоторые из которых обладают большой химической активностью. Реакция соединения частиц горючего с кислородом воздуха происходит при участии так называемых активных центров — радикалов Н, г Т с~ ОН и О, образующихся в зоне реакции. Диффузия активных центров в свежую смесь являет эижи гани в / ся одной из причин распрострапения пламени. Фронт пламени, распро- Г.. м-тббснгх страняющегося в газе, неподвижном относительно источ- 11) ника зажигания, представляет собой сферическую поверхность 1фиг. 96,а). Фронт пламени, распространяющегося в газе, движущемся относительно исЭамигачтил точника зажигания со скоростью гн, представляет собой коническую поверхность, угол при вершине которой, как впервые показал В.
А. Михельсон ', бынли и вает таким, что нормальная компонента скорости потока гн,=в з)п а оказывается равной нормальной скорости распространения пламени и„: ага итгти на труби а и„=тнз!па. 16.67) смеси д) ' В. А. М н хел ь с он, Нормальная скорость воспламенения а гремучих смесях, 1890.
180 Скорость потока воздуха ш и угол раскрытия конуса гореФнг. 98. Ра чнме у ан нормального ниЯ 2а нетРУДно измеРить на распространения пламени. опыте Нормальную скорость а — расвространение е иевоавижиаи тисе от точеч- раСПрОстраНЕНия ПЛаМЕНИ ВЫ- ното источнича, б — расоростраиеиие в потоке нри н>и„; в — распространение в потоке ири н=ин числнют по ф Рмуле Михельсо. на 16. 67). При уменьшении скорости течения и угол раскрытия конуса горения увеличивается до 180', при дальнейшем уменьшении гн(ин фронт перемещается навстречу потоку'.
Ламинарное горение происходит, например, в бунзеновской горелке или в пламени свечи. В камерах реактивных двигателей имеет место турбулентное горение. Т у р б ул е нт н о е гор е ни е представляет собой перенос очагов горения в несгоревший газ турбулентными массами или «молями» газа (фиг. 97). Турбулентньгми молями называются отдельные массы )~;,аасаьтт."„ф~ зтв)~а ,элс~~р~ф)(ф Фиг. 97 Фотография турбулентного факела горения при экспозиции а 2 микросекуняы, а — оанофазная смесь, б — авухфазная смесь.
газа, которые в течение некоторого времени сохраняют индивидуальность и которые можно проследить глазом (как при д~вижении дыма)' или наблюдать на моментальных фотографиях (см. фиг. 101). Отдельные моли газа в турбулентном потоке совершают беспорядочные вихревые движения, напоминающие тепловое движение молекул газа.
Величина, характеризующая размер молей, называется масштабом турбулентности. Средняя квадратичная скорость молей относительно газа называется пульсационной скоростью, Эта скорость все время меняется по величине и направлению и геометрически складывается со скоростью потока. Поэтому истинная скорость турбулентного потока относительно стенок камеры все время изменяется (фиг.
98). Истинное переменное значение скорости турбулентного по- 181 Усилитель Оси малосла аа б) Фиг. 99. Измерение пульсаций скорости термоанемомстром, и †принципиальн схема термоанемометра, б †схе аамера. Фиг. 98. Пульсации скорости тураулентного потока„замеренные термоанемомсгром. среднеквадратичную компоненту пульсацнонной скорости, направ/ и ленную по оси потока го„г = — ~/ ~йга,,~ (см.
фиг. 98). о Отношение среднеквадратичной пульсационной скорости к средней скорости потока называется интенсивностью турбулентности а: арпуаьс (6. 68) Решетки из стержней, пластин или проволок, а также различные плохо обтекаемые тела увеличивают степень турбулентности. Масштаб турбулентности, т. е. размер турбулентных молей, имеет тот же порядок, что и размер ячеек решетки. Интенсивность турбулентности зависит от конфигурации стержней и от относительного затемнения проходного сечения.
Распространение пламени в турбулентном потоке существенно отличается от того, которое наблюдается в неподвижной среде или при ламинарном течении. 182 тока, а следовательно, и величину пульсационной скорости можно измерить с помощью термоанемометра, чувствительной частью которого служит термометр сопротивления, состоящий из очень тонкой проволоки, подогреваемой электрическим током и включенной в одно из плеч мостика Уитстона (фиг. 99). Термометрическая проволока помещается в исследуемом потоке. Чем больше измеряемая 5 мгновенная скорость потока относительно подогреваемой проволоки, тем больше скорость теплопередачи, тем больше понизится температура проволоки и тем меньше будет ее сопротивление.
Изменение сопротивления проволочки, помещенной а! в турбулентный поток, реги- гоуба стрируется малоинерционным осциллографом (см. фиг. 99). По осциллограмме определяют Весьма распространенная в настоящее время концепция турбулентного горения была выдвинута чл.-корр. АН К. И. Шелкиным в 1943 г. По теории Щелкина, турбулентные пульсации скорости искривляют ламинарный фронт пламени.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
