Диссертация (1172924), страница 13
Текст из файла (страница 13)
Метод определения68Su по ∆р использовался в [102] для определения нормальной скорости горенияводородно- и ацетилено- кислородных пламен. Полученные значения скоростей вдва раза ниже определенных традиционным методом горелки. Причина этого, повидимому, в том, что метод использует одномерное приближение.
Для полученияболее точных значений Su необходимо учитывать расширение трубки тока [103].В заключение обзора по методам определения нормальной скоростираспространения пламени с применением горелок укажем их основной недостатокбольшие практические трудности применения метода при давлениях выше и нижеатмосферного. Снижая давление в газовых баллонах, удалось осуществитьизмерения Su с использованием горелки лишь до давлений на 20 мм рт.ст. нижеатмосферного [104, 105].
Говоря о перспективах развития метода горелки, авторы[80] указывают на необходимость использования уравнений для определения Suотносительно поверхности «холодного газа». Для определения этой поверхностипредлагается применять интерферометрические или термопарные методы, а такжепроводить расчеты уравнения количества движения к трубке тока, обнаруживаемой трассированием частицами.Метод бомбы постоянного давления [106-108].Метод, при котором распространение сферического пламени в условияхсвободного расширения продуктов сгорания осуществлялось при воспламенениигорючей смеси в оболочке мыльного пузыря, разработал и впервые использовалСтивенс [106].
Основным преимуществом метода мыльного пузыря являетсявозможность экспериментального определения отношения плотностей, исходя изсоображений сохранения массы газа внутри оболочки. Основным недостаткомметода является его низкая точность. Другой недостаток метода мыльного пузырясвязан с тем, что нельзя избежать влияния влажности, которая к тому же неконтролируется. Практически нельзя использовать метод для смесей, содержащихСО, чувствительных к ничтожным примесям воды и водосодержащих веществ.Существует также опасность влияния мыльной пленки на реакции в пламени.Состав смеси необходимо определять непосредственно перед экспериментом, таккак смесь диффундирует через мыльную пленку.69Избавиться от большинства указанных недостатков позволяет модификацияметода бомбы постоянного давления, предложенная Прайсом и Поттером [107].В ней мыльный пузырь заменен на эластичную резиновую оболочку.
Для оболочек малого размера (r ≤ 50 мм) необходимо учитывать толщину фронта пламени.В противном случае полученное значение Su будет меньше действительного(при радиусе ~25 мм на ~20 % [80]).Помещая эластичную оболочку в достаточно большой металлическийгерметичный кожух, измерения данным методом можно производить придавлениях меньше и больше атмосферного. Так, в работе [106] экспериментыпроводились в интервале давлений от 200 до 2530 мм рт.ст.С точки зрения изучения зависимости Su от давления метод бомбыпостоянного давления имеет некоторое преимущество по равнению с методомгорелки.
Однако он оказывается практически непригодным для изучениятемпературной зависимости скорости горения в широком диапазоне, особеннопри использовании в качестве оболочки мыльного пузыря.Метод бомбы постоянного объема: общие положения [80,87,104-105].Ниже описаны несколько методов определения нормальной скоростираспространения пламени, объединенные тем, что горючая смесь при ихиспользовании находится в жесткой оболочке с центральным источникомзажигания.
Близко к точке зажигания кривизна пламени вызывает уменьшениескорости горения [87], однако, если используется сосуд диаметром ≥ 25 см,то в процессе распространения от искры фронт пламени приближается к одномерной плоскости [80]. Характерными преимуществами метода бомбы постоянногообъема являются возможность устанавливать любые давления и температуры,а также использовать небольшие количества горючей смеси. Последнее приобретает особую важность при исследованиях с токсичными газами.Метод бомбы постоянного объема: метод начального участка [109-111].Данный метод основан на том, что при распространении пламенидо 0,25-0,30 радиуса бомбы состояние свежей смеси и продуктов сгорания70изменяется незначительно, а, следовательно, процесс горения можно считатьизобарическим.
При этом величину Su вычисляют по формуле:Su Ss,Ei(2.1)где Ei − коэффициент расширения продуктов сгорания при постоянном давлении,определяемый, например, из термодинамического расчета по нелинейным алгебраическим уравнениям термодинамического закона действующих масс и сохранения массы элементов; Ss – видимая скорость пламени. Метод начального участкаособенно перспективен при высоких давлениях, когда технические и принципиальные трудности ограничивают применение методов горелки и бомбы постоянного давления [109]. Характерной особенностью метода начального участкаявляется – возможность определения нормальной скорости пламени по экспериментальным данным – видимой скорости пламени Ss и конечному давлению pe.Метод бомбы постоянного объема: метод анемометрии [112-113].Нормальная скорость распространения пламени вычисляется по формуле:Su = Ss – Sg.
Видимая скорость пламени (Ss) определяется фотографированиемпламени. Использование калиброванной накаленной проволочки в качествеанемометра для измерения скорости газа перед фронтом пламени (Sg) описанов работе [113]. Основной недостаток метода анемометрии заключается в сложности калибровки, тем более что в каждом опыте проволока расплавляется отсоприкосновениясвысокотемпературнымипродуктамисгоранияиеенеобходимо менять.Метод бомбы постоянного объема: метод двух очагов [80,114-115].Принцип этого метода, впервые описанного в [114], заключается в том, чтопри сближении двух очагов пламени скорость газа в средней точке на линии,соединяющей центры очагов (источники зажигания), равна нулю, и видимая скорость пламени стремится к нормальной скорости при сближении очагов.
В [80]показано, что метод двух очагов, описанный в [115], является удобным и обладаетприемлемой точностью. Результаты слабо зависят от расстояния между источниками, если очаг полностью развился. Как обнаружено, наибольшее значение71имеют последние 5 мм распространения пламени. Неодновременность воспламенения является одним из основных недостатков данного метода, особенносказывающимся при больших скоростях распространения пламени. Это связанос тем, что точные измерения можно произвести лишь при одинаковых размерахочагов. Если же один очаг больше, чем другой, то больший охватывает меньший,что делает невозможным детальные измерения.
Такое явление приводит к аномально высоким значениям Su. Поэтому сделан вывод о целесообразностииспользования данного метода для определения нормальной скорости дозначений Su ~ 100 см/с при современном уровне синхронизации источниковзажигания. Ошибка метода двух очагов составляет ±5 % [112].Метод бомбы постоянного объема: метод ионизационных датчиков[116,117].В работе [116] методом постоянного объема изучалась барическая зависимость ламинарной скорости распространения пламени в диапазоне от 0,02 до 2,00МПа. Для определения видимой скорости пламени (Ss) использовались два ионизационных датчика.
Для воздушных смесей использовалась формула:Su Ss.Ei(2.2)Данный метод является модификацией метода начального участка. Системадвух одинаковых ионизационных датчиков, каждый из которых включен в идентичную цепь, построена так, что при прохождении пламенем первого ионизационного промежутка (зазор ~ 4,7 мм между молибденовыми электродами диаметром 1,5 мм, на которые подано постоянное напряжение 180 В) осциллограф фиксирует сигнал. При прохождении второго ионизационного зазора сигнал снимается.
Зная расстояние между датчиками временной интервал между их срабатываниями, нетрудно определить Ss.Метод обладает рядом недостатков. Наличие электродов искажаетодномерную газодинамику пламени. От этого можно частично избавиться,поместив датчик на одной линии с источником зажигания по разные от него72стороны. Однако несферичность распространения волны горения будет приводитьв этом случае к значительным ошибкам.Метод бомбы постоянного объема: метод отношения плотностей[118-120].Выше было показано, что нормальная скорость горения может бытьопределена методом начального участка.
Пренебрежение толщиной фронта можетприводить к значительному занижению Su, особенно при малых значенияхрадиуса сферы пламени. Это объясняется тем, что при относительно малойтолщине фронта в сравнении с радиусом пламени средняя плотность газаво фронте в несколько раз больше плотности продуктов сгорания.Метод обратной задачи: определение зависимости нормальной скоростигорения от состава свежей смеси, давления и температуры [121,122].Одной из основных целей работы [121] была оценка возможностей методабомбы постоянного объема при использовании для определения Su практическивсей записи изменения давления в процессе развития горения в бомбе. Для этогобыло необходимо, во-первых, получить надежные уравнения, описывающиеразвитие процесса, и, во-вторых, обеспечить точные измерения распространенияпламени и давления в процессе развития взрыва. Для получения барическойи температурной зависимости Su авторы [121] использовали метод, основанныйнапредположенииадиабатичностисжатиясвежейсмеси.Обнаруженонемонотонное изменение скорости горения с увеличением давления – барическийпоказатель принимает как положительные, так и отрицательные значения.Оцененная авторами [121] максимальная ошибка составляет ±6 %.Аналогичный подход был использован в работе [122], в которой описанополучение методом бомбы постоянного объема (диаметром 16,02 см, как и в [55])ламинарных скоростей горения стехиометрической метановоздушной смеси в широком диапазоне давлений и температур.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
