И.Н. Зверев, Н.Н. Смирнов - Газодинамика горения (1161628), страница 28
Текст из файла (страница 28)
б) Состояние ьь лежи~ выше кривой 6,, так что точка * пьь пересечения кривых 6, и 6; лежит ниже точки г. Тогда назад идет волна разрежения и за ней контактная поверхность, а вперед идет тоже волна разрежения )с"УОс" (рис. 3.3б, б). 162 в) Пусть состояние 1, в плоскости (р, и) лежит ниже кривой 6,, так что точка и, пересечения кривых 6~ и 6; лежит выше точки г. Тогда вперед идет ударная волна и за ней контактная поверхность, а назад идет тоже ударная волна 5-Ю (рис.
3.36, в). г) Состояние 1а в плоскости (р, и) лежит ниже кривой 6; и точка та пересечения кривых 6~ и 6," лежит ниже точки г. Тогда назад идет ударная волна и за ней контактная поверхность, а вперед идет волна разрежения 5"10с" (рис. 3.36,г). Рассмотрим частный случай, когда состояния 1 и г термодинамически независимы, а скорости и,=и~=0 (задача Римана) и Р~)Р' Решение задачи Римана в плоскости (р, б) изображено на рис.
3.37, б. Вперед (в сторону возрастания х) пойдет ударная волна, за ней контактная поверхность, а назад пойдет волна разрежения, хвост которой может сноситься потоком в сторону возрастания оси х (рис. 3.37, а). Такое течение возникает в ударной трубе при внезапном разрыве диафрагмы 111) или в задаче о плоском взрыве б) . адача о сильном точечном взрыве имеет изящное точное решение в аналитической форме (121. Численные решения задач о точечном взрыве в различных средах приведены в 113). Задачи с взаимодействии волн и распаде произвольных разрывов рассмотрены в (2, 4 — 6).
Таким же методом можно рассмотреть с некоторой степенью точности задачи о взаимодействии волн разрежения со слабыми ударными волнами. ГЛАВА !гг ГОРЕНИЕ И ДЕТОНАЦИЯ ГОМОГЕННЫХ СМЕСЕЙ й 4Д. ВВЕДЕНИЕ Горение является одним из первых сложных физико-химических процессов, освоенных человечеством и использовавшихся им на протяжении многих тысячелетий. Всякий процесс горения или разложения вешеств является прежде всего химическим процессом, поскольку он сопровождается превращением веществен, изменением качества.
Однако при ближайшем рассмотрении этого процесса оказывается, что во многих случаях, имеющих наибольшее практическое значение, наблюдаемые и используемые человеком процессы горения подчиняются в первую очередь чисто физическим закономерностям. Такое положение оказывается следствием того, что развитие химического превращения не происходит независимо, а связано с различными физическими явлениями, которые развиваются по свойственным нм законам. Химическое преврашение при некоторых условиях, например при высокой температуре, может протекать с очень большими скоростями.
Вследствие этого протекание химических реакций при горении оказывается подчиненным более медленным физическим процессам, таким, как перенос тепла, диффузия и другие, и ими регулируется. Это означает, что химические превращения, обладая очень большими потенциальными возможностями в смысле быстротгя их протекания, во многих случаях подчиняются закономерностям того или иного из лимитируюШих физических процессов, протекаюШих с меньшими скоростями. Так, при горении неперемешанных систем, например, в случаях горения капель или частиц горючего в атмосфере газообразного окислителя, рассмотренных в гл.
П, скорость горения определяется не кинетической скоростью химической реакции между горючим и окислителем при данной температуре, а тем, с какой скоростью к частице будет поступать кислород из окружающей среды. Подача кислорода осушествляется посредством диффузии. Этот чисто физический процесс обладает сравнительно небольшими скоростями, н именно эти скорости в основном определяют скорость сгорания частицы топлива. В данной главе будут рассмотрены задачи горения предварительно перемешанных гомогенных смесей. Прн зажигании перемешанных холодных горючих смесей посредством, например, искры, обладаюшей достаточной мощностью, создается зона повышенной температуры, в которой начинается быстрое протекание химической реакции, т.
е. создается небольшой очаг газового пла- мени. Для того чтобы это пламя распространилось дальше по всему объему холодной смеси, необходимо, чтобы из области очага определенное количество тепла передалось в соседние слои газа и нагрело их до нужной температуры. В нормальных условиях передача тепла осуществляется путем теплопроводности, н в атом случае, естественно, скорость сгорания смеси будет характеризоваться величиной, характерной для скорости чисто физического процесса распространения тепла. Таким образом, основой процесса горения является химическое превращение (реакции), связанное с тепловыделением, Химическая реакция в процессе своего развития и распространения влечет за собой появление различных физических процессов, таких, как перенос тепла и перенос реагирующих веществ в результате диффузии, конвекции и теплопроводности, прогрев при помощи ударной волны, фазовые переходы и т.
д. Физические процессы на известной стадии горения из зависимых и второстепенных становятся ведущими и определяют условия и интенсивность химического превращения, послужившего причиной их возникновения. Возможны также случаи, когда на определенной стадии развития конечная скорость химических реакций начинает ограничивать (лимитировать) какой-либо физический процесс и качественно меняет характер его протекания. Этим вызвано появление спиновой детонации в некоторых смесях. Все зто означает, что процесс горения в общем случае необходимо рассматривать как сложный физико-химический процесс, скорость которого определяется интенсивностью физических и химических явлений и особенностями их взаимодействия. Основной характеристикой возможности зажигания горючих смесей являются концентрационные границы зажигания, т.
е. концентрации горючего в смеси горючее+окислитель, при которых возможно распространение пламени в самоподдерживающемся режиме (без дополнительных воздействий извне, исключая процесс зажигания). Обычно для смесей существуют две концентрационные границы. Граница, отвечающая меньшей концентрации горючего (большей концентрации окислителя), носит паз~ванне нижнего концентрационного предела распространения пламени, а граница, отвечающая большей концентрации горючего, — название веохнего концентрационного предела распространения пламени. Первое указание на наличис концентрационных пределов было дано в работах Малляра и Ле Шателье в !883 г.
(791. Знание концентрационных пределов распространения пламени имеет исключительно большое практическое значение (в технике сжигания топлив, технике безопасности:и др.). Основными факторами, влияющими на численное значение концентрационных пределов, являются давление и температура. По мере понижения парциального давления реагентов нижний и верхний концентрационные пределы прогрессивно сближаются и затем совпада1от друг с другом, Точка совпадения границ приходится на некоторый состав смеси, являющийся в отношении зажигания от 165 постороннего источника наиболее горючим. Таким образом, кривая зависимости предельных давлений (т.
е. наименьших давлений, при которых еще возможно самоподдерживающееся распростране- ние пламени) от предельных концентраций й ~ обладает минимумом (рис. 4.1). Это значит, что для каждой газовой смеси существует определенное минимальное давление, ниже которого при любом составе смеси )1 распространение пламени невозможно. При повышении давления верхний и нижний 1 ~ ~ пределы асимптотически стремятся к предельным значениям. Повышение температуры для смесей, близких к стехиометрии, мало изменяет величину критического предельного давления воспламенения. Однако для смесей, близких к верхнему концентрационному предеРие.
4.1 лу, повышение температуры приводит к сильному понижению предельного давления. Схематично расширение пределов распространения пламени при повышении температуры изображено на рис. 4.1 пунктирной кривой. Присутствие в смеси нейтральных газов сужает пределы распространения пламени. Научное исследование горения началось в 18 в. одновременно с быстрым развитием химии. М. В. Ломоносов впервые правильно истолковал горение как соединение горящего вещества с «тяжелыми частицами воздуха» (кислородом) 11).
Систематическое изучение скоростей и механизма горения гомогениых газовых смесей, начавшееся в 19 в. 12,3) и продолжающееся по настоящее время, связано с развитием теплоэнергетики и внутренней баллистики, появлением двигателей внутреннего и внешнего сгорания, воздушных и жидкостных реактивных двигателей. В 188! г., французские физики Малляр и Ле Шателье 14) и независимо от них Бертело и Вьей 15), произведя опыты над распространением пламени, обнаружили, что при обычных условиях пламя в трубе, заполненной гомогенной смесью, распространяется с небольшой скоростью порядка нескольких метро~в в секунду. Но при некоторых обстоятельствах медленный процесс горения внезапно переходит в очень быстрый процесс, распространяющийся со скоростью 2000 — 3000 м!с. Этот быстрый процесс горения был назван «фальшивым горением», или детонацией*>.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
