1-69 (1046068), страница 11
Текст из файла (страница 11)
Градиент темпера- 11Т [ суры —; ~ найдем из уравнения теплопроводности — — ~ г' — ! сс[„ к к'стк 1 ак ! , йТ р' — = 0 (в области г, ~( г ~( гФ) при граничных условиях Т[, —. Т, = ((Р) и Т[ = ТФ, Отсюда 1'Ф к Ф Тк 1 а Я (37) с к,", '-к-,„- -1 (34) 1д1 и' = Л'/р'с' — температуропроводность паров горючего. Под«1иеляя (37) в (36), получим; Г, с (Т,— Т.) ~ — — 1п ~1+ к, / Нами получена система из двух уравнений (35) и (38) с двумя 1к известными и в ге!гк. Отсюда получим: 11 си 1 (39) се .
б . 1-з- --, (10) ' Пря гореикк частиц воэыожея устаковившкйся режим двух типов: 1) 1111я теилоироводиость часпщы и время после начала горения достаточно ж1лкки, температура одинакова в любой точке частицы в ие зависит от времеви; 2) если теилоироводкость частицы очень мала (икп есаи изучаем горекие жидкости ка пористой горелке), у певерхвостк частицы устанавливается сшцвокариая волна прогрева. е'(Те — Ти) 1 где введены обозначениЯ В . [и эсп и тт'-.=- ОрТе — .,„т (до,) [те р — ° Отьтеттьм, что величина Л не зависит от давления, (с ростом давления Т„может рпруя (39), получим: т(е =- е[, — х(, т е[,',т'х, а величина У зависит очень слабо расти, а (епсп уьтеньтпаться).
Интег- (41) (4'т) где де — диамотр частицы при т —.=. 0; х = 8 (тт' + 1 )/реср', время горения частицы (от д =- де до е[ = О). Счедоиательно, время горения частицы пропорционально квадрату ее начального диаметра и не зависит от давления. Б. Опытные данные по го[зените частиц Прн изучении горения частиц н капель используются по крайней мере три различные методики: 1) капля нлк частица свободно движется в потоке газа и измеряется время ее горения; 2) капля или частица подвешены на топкой нити (обычно кварцевой) н измеряется ее радиус в функция времени (а также полное время горения); 3) жидкое горючее кросачиваотся изнутри сквозь пористый шарик и сгорает на его поверхности.
Измеряется расход ясидкости, т. е. скорость ее горения. В первом н во втором методах горение пестационарно илп квавистационарно, в третьем методе — стационарно. Первый метод применяется к каплям размером от — 100 мк до нескольких миллиметров (для твердых горючих изучалась и более мелкие частицы — от 1 — 10мк), Второй и третий методы применяются к сравнительно крупным частицам (д ) 1 ям). Остановттмся сначала на горении капель жидких горючих. Преждо всего отметим, что сфгричоски сттпметричное пламя наблюдается лишь для очень мелких капель. При гт ь 1 мм пламя сильно вытягивается (рпс. 12) нз-за тталнчия естественной конвекцин (в работах [55, 56! проведены опыты в свободно падаютцей камере.
В етом случае пламя становится сферически симметричным, а скорость горения уменьшалась приблизительно в 2 раза из-за отсутствия конвекции). !1есмотря на искажение формы пламени, многие (но, естественно, не все) опытные результаты согласуются с выводами теории, полученной для сферическн симметричного случая.
Прежде всего согласуется с теорией завистгмость скорости н времени горения от диаметра капли. Тате, в работах [55, 57! показано, что в координатах с[э, т опытные точки (для семнадцати жидкостей) хорошо ложатся на прямые, т. е. удовлетворяют уравнению (41). В работах [54, 58[показано, что опытные точтсн хорошо удовлетворяют зависимости 3 .17 = тяг„— „— . (т„,р — т'з (зта зависимость вытекает из Рпс.
12. Горение этилового спирта и воздухе па пористой сфере прп дав- В работе[58! приведены так- лепин 850 иет рт. ст. (с) и 240 эти же данные по завпсимостнвре- рт. ст. (5) [54! мени горения т от диаметра капли с[э. Согласно (42), должно быть т т[~. Именно такой результат получен для капель тетралина н парафина (дэ = 150 —; — 600 ми). Для капель керосина показатель степени несколько выше ( — 2,3). В работе [54! показано, что скорость горения этилового спнрта на пористой сфере диаметром 5,5мм растет при увеличении концентрации кислорода (в смесях с азотом или гелием): Оь объеми.
еде )...... 25 40 83 100 Скорость горския, ~ Ое+ [Че 0,0042 0,0057 0,0072 0,0085 е,'с ее Ое+ Не .. 0,0055 0,0074 . 0,0083 0,0085 Однако увеличение скорости горения менее значительно, чем зто следует из теории. Согласно [58[, скорость горения капель фурфурилового спирта, тетралина, декана и амилацгтата растет с увеличением давления (в среднем — рэ:"). Втот результат также ке согласуется с нзложеннои вьпне теорией и, возможно, связан с влиянием конвекции.
Прн 1 апта зксперимонтальное значение х в (41) и (42) при горении органических жидкостей в воздухе лежит в пределах (0,7 —: 1,0) 10 'смэтсек. Можно показать, что при 1 апта массовая скорость горения капель (рассчитанная на единицу поверхности фронта горения с учетом массы окислителя) становится сравнимой с массовой скоростью горения гомогенных смесей т т(т — скорость горения капли, е/сеть горючий газ — воздух (см.
табл. 1) лишь для очень мелких капель (гь ~( 10жк). Уменьшая размер капли, мозкно формально получить очеш, высокие расчетные скорости горения, однако достаточно мелкие капли успеют полностью испариться до воспламенения. Горение частиц металлов чаще всего изучается в условиях, когда частица свободно движется в потоке воздуха (илн кислорода), а также в продуктах горения газов оп (илп конденсированной) системы (см.
рнс. 13, 14, 15). В последнем случае горение металла происходит за счет восстановления Н,О (до водорода) или СО (до СО) и т. д. По сравнению с опытными данными по ясидкип горючим, данных по горению частиц металлов в литературе немного, они являются менее полными, а расхождение мегггду работамп рааличных авторов значителызо. Поэтому сопоставление опытных данных с выводами диффузионной теории можно провести в очень ограниченных проделах. й!ы впделп, что при горении капель жидких горючих зависимость скорости и времопп горения от диаметра капли хорошо согласовалась с теоретической (в частности, время горения т дьз). Для частиц металлов зависимость т (д) изучена в узких интервалах 3 и на основании небольшого числа точек. При етом для алюминия получено в работе (59) т ф', а в работе (60) т — д~л (по двум точкам дел 60лк и г)е 95мк). Для магния в работе (61) приводится т — д',', а для титана т — Иь'''.
ьзь ьзз В работе [60) отмечено, что время горения быстро убывает по мере увеличения концентрации кислорода. Для частиц алю'миния (д е = 53 —: 66 жк) в атмосфере продуктов сгорания смеси СΠ— Оз — Х, ( 2500' К, 1 ата) получено: х, ь Ф х м х х.х х 'ь ю е Г ь Л Е ь ь $ хь ьь ьь „ мй ь х й:ь сО ' ьь х в а ь н ь хл ь И ь ь "л ь 4 И хьь ьЙ ь :ь х,„ х 1~ вй 2 хо мх ь 30 40 50 00 3,4 0,5 5,4 4,5 0„, объемв. ой.... 23,3 т 10', сок,......12,7 Сильное влияние концентрации окислителя согласуется с теорией. Напротив, отмеченное в той же работе (60) уменьшеяие времени горения частиц алюминия по мере увеличения давления (табл. 23) не согласуется с диффузионной тоорией и требует для своего объяснения дополнительных соображений (возможно, что при увеличении давления несколько растет полнота сгорания и температура горения смеси ЯН4С104 — параформальдегид, в продуктах горения которой проводились опыты. Кроме того, при увеличении давления растет концентрация частиц алюминия в единице объема потока и соответственно снижаются радиацпонные теплопотери).
В табл. 24 собраны некоторые имеющиеся в литературе данные по горению частиц алюминия п магния в различных газовых смесях при атмосферном давлении. Для сравнения приведено также время (рассчитанное по (42)) горения капель бензола в воздухе чсО о и Я Ю в лх х х Е ж и ь1 Н ь х, ~ьо га х х ьЫ х ю л ь Ц х ь х ь вх ь х Хь Мы ь с Т в гс 41 11 14 а 23 Ззвиеииость времени горения частиц алюииппп от дввзенпп. Опыты проведены в продуктах сгорания смеси (з Нес104 — параформальдегид 160) и 8 о и .
° и О е О и Ж е" й О е О. О й и й й о Со Геееев емеев, вес.н слез еее. е 1 Сс ее А1 'е кн,с10, ПФА с. СО 1 СО с'1 85 90 95 76 15 10 15 24 0,01 0,1 0,01 0,01 89 — 103 53 — 66 53 — 66 53 — 66 (1,5 7,4 4,2 4,2 9,7 7,9 7,3 5,9 4,8 4,7 7,3 4,7 з,5 3,5 9,6 3,6 3, 3,5 сп 1О сй Со се ы с- й О и О. о Х ( .М б б "- сз и." о и йа о о оп с 'с гп (Э сэ ш о й.; 'о и сО $41 о,с с Ро, »,8 йа О ев О и и о О О Се«э еэю и ее О и., "сэ' 8,4- оп ~ о е и ой в Ю о е Я е е, е и О йй о и Л о О СЕ ° о сс 1' и О О О и О О й и ее се й сч+ с "- б'б 4С сс 'ч (экспернментальных данных по горению жидких капель диаметром 10 — 50 еик в нашем распоряжении не имелось).
Данные работ (59, 60, 62) длн алюминия сходны между собой, а в работе (63) время горения алгоминия значительно больше. Осложняющим обстоятельством здесь нвляетсп образование вокруг частиц алюминия полых оболочек Л1«0, (рис. 16) (при этом горение затнгивается).
Пока нет достаточной ясности в вопросе о том, в каких условиях эти оболочки образуются, а в каких — нет; существуют ли они вокруг каждой частицы илп только вокруг некоторой доли частиц; существуют ли они в течение всего времени горения частицы и т. д. Другим осложняющим обстоятельством является деление частиц во время горепия— фрагментация частиц, «взрыв» частиц и т. и. (см.
рис. 13 для частицы алюминия и рис. 15 для частицы титана). Это явлепие, по-видимому, связано с накоплением паров металла под окисной пленкой и последующим внезапным ее разрывом. Естественно, что при наличии деления частиц времн гореш«н может существенно уменьшаться. Частицы магния (при 42 = 50.кк) горят значительно быстрее, чем частицы алюминия. Отметим, что при переходе от воздуха к смеси 20» + 8Не (объемный процент кислорода прп атом остается неизменным) время горения существенно уменыпается (примерно в 1,5 раза). Это качественно согласуется с теоретическими соображениями, поскольку коэффициент диффузии кислорода в гелии составляет 0,638 с»4»/сек, а в воздухе — всего 0,178 см'/сек (641.
Время горения (а следовательно, и линейная скорость горения) частиц магния того же порядка, как у органлческих горючих. Поскольку гэ/гв для магния значительно меньше, чем для органических горючих пэ-за сущесгвенно более высокой теплоты испарения (1260 атея/е длп магния против — 100 кпл/г длн боль- д,, — хг. Однако этот результат еще не свидетельствует о ~~аффузнонном характере горения. Прежде всего неясен вид завимости д (1) при горении шарика МН»С10» в инертной атмосфе'. Кроме того, в данном случае для величины х обнаружены за,пснмости, не свойственные диффузионному режиму горения.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
