1-69 (1046068), страница 10
Текст из файла (страница 10)
(16) Отсюда аг — Р 1» а>па ТЙ 1 Оппп1* (18' ( ') гдо сж — теплоемкость, кал/г. град; (/г,сп — теплота испарения жидкости, кал/г. След >вательно, влилпие природы жидкости па величину иг связано не только с изменениями величины с/, но и с изменениями теплофизпческих констант жидкости. Данные, приведенные в табл. 22, показывают (в согласии с выводами работы (49)), что есть соответствие между скоростью выгорания и затратами тепла рж (сз, (Тпп,— Т„) + ()пп,) на прогрев и испарение жидкости (см. ряд бопзол — ксилол — глицерин и этиловый эфир — ацетон — метилозый спирт). Влияние 1/ на скорость выгорании проявляется при переходе от бензола к этилозому эфиру (см, табл. 22), когда величина ,, 1сп, (Ти,п — Т,) + ~>„п~) уменьшается приблизительно в 1,6 ра.,г, а скорость выгорании, тем не менее, падает (видимо, из-эа пггпьшения лучистого потока).
Сделаем несколько замечаний относительно зависимости (р), >а (»1) и т. дл и) увеличение иг по иере роста р может быть связано не только понвоктивпым переносом, но также с тем, что пламя в гомогенлой смоси' (украев горелки) по иере увеличения р приблюкаетг п л поверхности жидкости; б) уменыпение ш по мере увеличения »1 связано с тем (49), что подвод тепла от пламени за счет теплопроводности происходит гшиь на периферии горелки ипропорционален диаметру горелки. 11пдвод тепла излучением пропорционален площадипоперечного -и;пия горелки. Соответственно ш — (а»1 + Ыа)/а>з = а/»1 + Ь, . ш падает с ростом сг; в) некоторая доля тепла, выделяющегося в пламени, отвалится по стенкам горелки.
Часть этого тепла идет на подогрев ггоперхностных слоов жидкости (и увеличивает иг).Однако из-аа гглзиой скорости вь>горания жидкости ббльшая часть тепла, отвог,лмого по стенке, рассеивается (так как горелка пе теплоиэо.г и рована) — это снижает иг. гг з. ГОРЕНИЕ ТВЕРДЫХ ЧАСТИЦ И ЖИДКИХ КАПЕЛЬ 1'орение распыленного твердого я ясядкого горючего являг сг:л важной составной частью рабочего процесса в воздушно1п активных и жидкостно-реактивных двигателях, в дизелях, в ггрлмьппленных топках на угольной пыли ичн жидком горючем. 1',подует отметить, что и при сжигании газа возможно образование ппстпц углерода в пламени (как в диффуаионпом, так и в гомогенпом, особенно прп увеличении давления (12)).
При этом горение .штгл ивается, а высота факеча растет. 11пиболее важными параметрами для горения распыленного «ра пего является время воспламенения 'г,„„, и время сгорания г, „п„так как они определяют необходимые размеры камеры сгорагггггг. 1 1 общем случае скорость горения частицы зависит к ак от ск ар стн подвода окислителя иэ окружающего объема, так и от ско1люти реакции на фронте горения. Это можно записать в весьма п,ггппдной форме (26). Пусть концентрация (в г/слтз) окислипгля равна С в окружающем объеме и Сй — на фронте горения. Д.гп стационарного процесса на 1 сзьа фронта горения в 1 сек.
реа- ' Образование гомогенной омоси связано с том, что пламя расположено п,г пг ю тором расстояпии от краев горелки (это расстояние лимитируэтсл ю прппсыо теплоотвода к стенкам горелки), а смешение паров горючего о газообразным окислителем начинается иэиедлевио па срезе горелки. .гака» >О >ЗЗЗ (24) гирует столько окислителя, сколько его подводится аа счет диф- фуаии из окружающего объема.
Для случая реакции первого порядка можно написать: 1ьпьг грвруя (21) с учетом (22) и (23), получим; Если /гюпй )) /гппп (т. е. диффуаия не лимитирует скорость процесса), горение идет в кинетическом реягиме; при этом Се С и,„ /гп„пС . Напротив, если /гд„е ~= й„, (т. е. стсорость реакции очень велика), горение идет в диффузионном режиме; при этом С з — 0 гпь й г)ьС Экспериментальные данные показывают (см.
ниже), что горение капель жидких горючих и частиц металлов обычно довольно хорошо подчиняется закономерностям, характерным для диффузионного режима (см. нкяго). А. Формула для скорости диффузионного горения сферической частицы Используя метод, предложенный в работе (30), рассмотрим горение одиночной частицы горючего в покоящемся газе. Диффузию ьътого газа к частице будем описывать уравнением: г! ь гзсг ), гГСЬ й~ 'ь 1~ / гЭг (21) где С; — полярная концентрация, льоль/сэьз, "Р— коэффициент диффузии, сэьз/сек; и — скорость газа из-за наличия стефановского потока, сл/сек. Как обычно, принято, что плотность газа и коэффициент диффузии не зависят от координат.
Рассматривается квазисгационарное решение. Запишем уравнение неразрывности (р„+ у (г)): (22) вгз =. сопз1 =- гй г",ь, где гь — радиус фронта горения, гй —— в ~„ Граничные условия: (23) С,)„„п — /ь.;,Сь~,,е: Се, й„ю, С„= й,ьз (С., — Се), (19) где /гп„п и /гдпа — константы ст<орости реакции и скорости диффузии, сэь/сек. Отсюда находим концентрацию окислителя на фронте горения Се = С, /япф /(йпп„+ й пе). Соответственно скорость потребления окислителя во фронте горения т„(в г/см' сел) (исходя из которой легко вычисляется скорость горения частицы— см. (34)) равна: с лгок = — й«пнСф =' Нь +1/ь (20) 'Зьгф кпп 11 ток г-того газа вблизи фронта горения равен: гГС, Сг — Сг, ь, гч Р ',, гьСф= — га) Сгф (2бь) (Ч,)Е+ 0,Э (г)н,о ) р+ Исо,)чь = О, (26) :шьсв потоки г/, выраькены в моль/скз сек; соответственно услопш (26) означает, что число молей кислорода, переносимых к фронту горения (в 1 сок.
через 1 сэь'), равно числу молей кисло)пьдэ в составе продуктов горение, переносимых от фронта. /(;ьььсгь, очевидно, что (27) Если в молекуле горьочего соотношение между числом атом и ььодорода и углерода равно пп/пп, то в рассматриваемом примь ре: ' Г Око)Е ггп гаго,) Е гьп (28) ь Таггая постановка задачи является приближенной, тпк как, помимо п>гока СОь и Ньс от фронта горенка в окружающий объем, существует не~пьшой поток продуктов сгорания (в азота) к поверхности капли навстречу ппгоку продуктов горючего. В строгой поставовке задэчв, помимо решения ь В.ьвиепмл двффузвк (21), во внешней (по отношению к фронту горения) гбьиьстьг следовало бы решать аналогичное уравнение дан внутренней облп- ~ тп (между фроптом горения и каплей) и учитывать кали ше скачка плотности в скороств газа на фронте. Однако аз-за многочисленных упрощений, првпятых с самого начала решения (рг ~/ (г); В ф / (г); схематический гпстав продуктов сгорания, квазкстакковарность решения), такое усложнеппп задачи ке является оправданным.
1)г.ьичпяа С; известна, так как задан исходный состав газа. Однако величины Сье и ве не могут быть заданы заранее и долл;вы ~ пи в найдены из дополнительных условий. Прежде всего нужно ш пользовать условие, что на фронте горения не происходит павлг пня вещества.
Другими словами, поток каждого элемента (ьшвример, О) в составе газов, переносимых к фронту горения (и;ьиример, О,), должен быть равен потоку этого элемента в согпзс газов, переносимых от фронта (напримьер, НзО,ОО,). Для вв.пострации метода рассмотрим горение углеводородного горючего в воздухе в предположении, что продуктами сгорания явля- и тся лишь ЕО, и Н,О. Тогда названное условие запишется и виде ь: Далее, в диффузионном режиме горения концентрация окислителя (и концентрация горючего) на фронте горения весьма мала. В рассматриваемом примере: (Ссь )Ф О. (29) Наконец, из уравнения состояния идеального газа: ) С,,=- р!7[Т. (30) Удобно перейти от размерной концентрации С; = (т;!ис)1)с моль!сзьэ к безразмерной объемной концентрации дс = )с,с[с.
Поджс ставляя С; в уравнение состояшья рг'с = — 1 ВТ = СсИ1Т, получим Сь = оь — и условие (30) запишется в виде: Р ят ~э~бы = 1, (30 ) В уравнениях (26) — (29) достаточно просто заменить С; на йо так как мне>китель —, сокращается. Р НТ Система (26) — (29), (30') состоит из пяти уравнений и содержит пять неизвестных: (зтн,о)Ф, (асс,)Ф, (дь-,)Ф(бо,)Ф, рФ, которые и могут быть определены иэ этой системы. При этом выражоние для ие получится в виде: ее — — — 1п(1+ А), 1Э (31) к где [(бо,)«те б(дн,о)с.+(осе,)со[ [о:б (дп,о)1р 1 (ос,оОФ[ О,б (бн,о)Ф+ (бсо.)Ф (~н,) (~к )Ф (32) (йк,)Ф При горении одиночной частицы в воздухе можно приближенно принять (дыло) жО (асс.) О, (до.) = 0,21 (ды.) — 0,79 Выпишем теперь уравнение, связывагощее скорость горения частицы со скоростью диффуани окислителя к фронту гореьпся.
Пусть 1 моль горючего реагирует с я молямп окислителя. Тогда 4я гте (с)о,)Ф [ссор с[1 = — й 4п гт с)гк рсер, где [ьсрр — молекулярный вес горючего; 1 — время," гк — радиус капли (частицы) горючего; р„,р — — плотность горючего (твердого или жидкого), %эьэ. Отссода скорость горения частицы: ' "к [ "Ф )т (101)Фссскр 14 ~к/ ! к/ ' егор Н1дставляя (с)о,)Ф в (34), получим: 1 с Р (йе) р„„!в(1-1- 1) Ь Р1«Р П =Г1р(рр[р)(Тс'Тр) (рк =-1 ата, Те= 273'К, 71ь =. ьз[,ь т„, и 1,75 -: — 2,0), Г)тнзшенне тесак найДем иэ Условиа, что в стаЦнонаРпом Ре- кипс' количесгво тепла, подводимое к частице, равно затратам 11ила на испарение частицы: ,!Т[ — рсрршГ)ярк =- р пк 0кря (36) 'к 1де л', р', и„— коэффициент теплопроводностн, плотность и ско- р 1сть (у поверхвосси капли) паров горючего.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
