1598005868-03648c969f647e9d2289db563a03b78d (811236), страница 30
Текст из файла (страница 30)
Интегрируя (6-36) по всей поверхности пламени, получим иа8= У, откуда и,=У(о прн любых форме пламени и распределенйн скоростей в газе. Здесь У вЂ” расход газа сквозь все сечение горелки; 5 — площадь поверхности фронта пламени Некоторые погрешности в определении скорости распространения пламени этим методом связаны с отличием формы пламени от правильного конуса, переменностью и, нз-за перемешюй (и неопределенной) температуры смеси непосредственно перед фронтом. Более удобной для определения площади поверхности фронта является горелка плоского пламени, у которой выходное сопло сделано сужающимся прямоугольного сечения.
Перед выходом газовоздушной смеси внутри сопла установлена насадка из слоя бусинок 1 н гофрированной ленты 2 длп выравнивания скорости (рис, 6-!4). В некоторых случаях калориметрированнем определяется тепло, отводимое насадкой, и вносится поправка на теплоотвод от фронта горения. При плоском пламени и„= У/(аЬ), где а и Ь вЂ” размеры сопла Удобнымн методами для определения скорости распространения пламени являются бомбы постоянного давления и постоянного объема. В бомбе постоянного давления, представляющей собой Резиновый баллон, наполненный исходной смесью, регистрируют изменение объема при поджнгаиии смеси в центре.
Если с(, — начальный диаметр, б, — диаметр в конечный момент времени, а ю — видимая скорость перемещения стенок, то яв = ю (4>(йи)а. В бомбе постоянного давления, представляющей собой сферический толстостенный сосуд, смесь, находящаяся при определенном давлении н темпеРатуре, поджигается в центре, Через имеющуюся в сосуде прорезь производят кинорегнстрацию движеняя фронта пламени, а также записывают изменение давления в бомбе.
Расчет ию сопряженный с графическим дифференцированием кривой изменения давления, а также другие методы расчета пРиведены в книгах Льюиса и Эльбе, а также Иоста иых око о К настоящему времени накоплен большой опытный материал о нормаль- р стах Распространения пламени лля различных газовых смесей Рассмотрим нскоторыс характерные данные, показывающие порядок и„н иллю- 15! см/с 120 снус 80 106 ва ба гп 0 4 П . 12 Садерзхалие газа д Пзздухе,% Рис.
6 15. Нормальная скорость распространения пламеии углеводородных топлив прп атмосферном давлеиии 4 — этилеи; У вЂ” метви; а — пеитвв; 4 — вцетилеи сг 12 см, с 16 9 а 7 6 100 а 1ао уаа пап еаа доа доа уаа 'и ду Рпс 6-18 Обработка экспсрпмсптальпых дапиых определении скорости распростраисппя пламени в СгНв-поздушггых смесях ! — во светящемуся конусу буивеиовгива горелхи; у — ио виугреиие щ ивиуеу, 3 — ив горелке плев«ого влвиеии, 4 — ии ггглггрегг Чгигвгрефии, Б — ие геигвичг ичиГеу, — и б чие иегг илище леев иия Рис.
6-17 Влияние начальной температуры иа мзксггмальиую скорость распространении пламени в газовоздушиой смеси 1 — Нв У вЂ” СО 1вл ивв1; З вЂ” СНИ 4- СО (еухвв1 162 Рпс 6-14 Гор е л к а плос к о г о пламени (по Паулигггу и Эджер- тону) 10 16 76 40 Рпс 6-16 Влияние давления па скорость расггросураггсггггя пламени апсшглспо-воздушной смеси стрнрующие влияние Различных факторов. На рис. 6-16 представлеНы даНные для некоторых углеводородов в смеси с воздухом в зависимости от состава. 3цачсцця и„у нцх от 0,3 до 0,6 м(с Для любой смеси имеются верхний и ццжццй пределы распространения пламени по концентрации. Если коицентрацця горючего находится вне этих пределов, то пламя в смеси ие может распространяться. При приближении к концентрационному пределу скорость пламени стремится не к нулю, а к определенной граничной скорости.
Устацовлсцо, что на пределе распространения пламени практически для всех сме. сей граничная скорость близка к 0,05 м(с. С ростом давления скорость для воздушных смесей снижается, а концентрационные пределы несколько сужаются. В качестве примера на рис. 6-16 приведены данные для ацетилена-воздушной смеси. Повышение начальной температуры смесей приводит, как это вытекает цз рассмотренных выше теоретических выводов, к увеличению и„ (ряс. 6.17). б-б. ОПРЕДЕЛЕНИЕ КИНЕТИЧЕСКИХ КОНСТАНТ ГОРЕНИИ Расчет процессов горения требует знания суммаркых кинетических констант Е и йм В гл.
5 показана методика аналитического определения нх, од. пако она может быть использована только для простейших химических реакций. Поэтому чаще всего величины Е и йо рассчитываются по экспериментальным данным. Прямое определение нх основано на измерении концентраций реагирующих веществ и продуктов реакции н на определении времени реакции непосредственными замерами. Однако такой метод практически неприемлем для процессов, происходящих во фронте пламени Значительные по- Таблица 6-1 и, адж(амаль Горючее в сизов в воздухом а„!(о 7 05.
РОо 1,4 10тз 96 800 96 300 2,!4 1Ото 5,6. 10тз !29 000 103 800 155 000 146 000 61 500 4,2. 1От' ходимо иметь теоретические зависимости, содержащие в явном виде связь между параметром, измеРяемым в эксперименте, и кинетическими константами. Такими зависимостями могут быть формулы для расчета периода индукцкн (6-15) — (6-!7), скорости распространения пламени (6-32), крнтическке условия зажнгания (6-23а). Например, зависимость (6-32) можно представить в виде 7 3 д 10 -1,5 4 Ряс. 6-19. Обработка экспериментальных, данных зажигания топлнвцо-воздушных смесей ( — оеотао (3 ЕВ з — свотвльныа газ (то 51; з — волорол (эе Ы -3,0 грешцостц прямых измерений обьясняются тем, что зона реакции не превышает долей миллиметра, а скорость реакции во фронте пламени на несколько порядков превышает скорость реакции в слоях, нспосредствецно прилегающих к зоне реакции.
В связи с этны наибольшее значение приобретают косвенные методы определения кинетических констант. Для этого иеоб- Оксид углерода (сухой) Оксид углерода (влажный) Водород Метан Светильный гаэ Пентан Пропан з — "=Оз(га 5,35 10 а обозначив с=5,35 10 з Озз и прологарифчпровав ее, получим !п(ичз(а) = =(п (сйз) — 1,5Е((КТ.). В полулогарифмпческоп системе координат эта формула представляет собой уравнение прямой, тангенс угла наклона которой пропорционален эпершш активации Е, а длина отрезка примой, отсекаемой от осп ординат, пропорциональна предэкспоненцпальному множителю йз Аналогично можно воспользоваться формулой (6-23а).
Прологарифмировав ее, получим линейное уравнение, связывающее йз и Е Для примерз па рис. 6-18 прпведспы рсзультаты обработки экспериментальных даппыч по горспшо СзНз-воздушных смесей при различных способах измерения пч для расчета Е а йз по преобразованной формуле (6-32). На рис 6-!9 представчены результаты аналопшпой обработки экспериментальных данных по зажиганию смеси, необходимых для расчета Е н лз по прологарифмнрованной формуле (6-23а) Значения суммарных кинетических констант горения приведены в табл 6-!.
6-7. ТУРБУЛЕНТНОЕ РАСПРОСТРАНЕНИЕ ПЛАМЕНИ Ламинарное течение возможно только при малых йе. При Ре>йе,р устойчивость те~ения нарушается н движение малых объемов газа становится неупорядоченным, пульсирующим. Скорость в той нли иной точке потока отличается от значения, осредненного по времени. Точно так же отличаются друг от друга мгновенные и средние значении давления, плотности, конпентрапнп реагирующих веществ и т д Турбулентное горение представляет собой нестационарный процесс турбулентного смешения продуктов сгорания со свежей смесью и воспламенсние последней вследствие повышения ее температуры В этих условиях закономерности ламипариого распространенна пламени теряют свою силу, Решающими факторами становятся турбулентные пульсации и связанная с ними интенсивность перемешивания.
Если в теории ламинарного горения основные трудности связаны с отсутствием точных кинетических параметров, которые должны быть подставлены в систему уравпсний горения, то и теории турбулентного горении необходимая система уравнений еще пе составлена До сих пор у отдельных исследователей существует зиа пжельное различие точек зрения па тсоршо турбулентного пламени Для того чтобы представить себе картину развития турбулентного пламени, изложим основные гипотезы н результаты экспериментов Влияние турбулентности на распространение пламени легко проиллюстрировать на следующих примерах Известно, что по теории ламипарпого пламени увеличсние диаметра реакпионпой камеры до определенного размера приводит к повышению скорости распространения пламени, которая в пре. деле должна стремиться к нормальной скорости прп аднабатных условиях. Однако в каналах, диаметр которых больше некоторой определенной величины, возникают пульсации; при этом поверхность пламени становится волнистой, а скорость распространения пламени значительно возрастает.
На рнс 6-20 показана зависимость распространения пламени в метановоздушной смеси от диаметра трубы по измерениям Ховарда н Хартвелла. Можно предполагать, что увеличение скорости пламени обусловлено турбулентностью, которая вызывает пульсации и искривление поверхности пламени В качестве второго примера рассмотрим влияние турбулентности иа пламя бунзеновской горелки Прн ламинарном течении наблюдается гладкий н тонкий фронт пламени (рпс 6-21, а). После достижения критического значения йе набегающего потока пламя внезапно укорачиваетси, утолщается и выглядит сильно размытым (рис. 6-21, б). Укорочение пламени связано с увеличением кажущейся скорости распространения пламени, обусловленным турбулентностью, В настоящее время увеличение скорости распространения пламени прн турбулентном движении различные авторы объясняют по-разному.
Первая !54 хам Ьб П га Ьб О И см Рис, 6-20. Зависимость скорости распространения пламени от диаметра трубы Рис. 6-2!. Влияние режима течения на форму пламени: а — ламинарное пламя; б — мелкомасштабная турбулентность; а— масштаб турбулентности превышает толщину зоны горения; г — крупномасштабная турбулентность модель в поверхностная — основана на предположении, что плоский фронт ламинарного пламени под действием турбулентности сильно искривляется и превращается в тесно переплетенный клубок ламннарных фронтов (рнс, 6-22,а). Конфигурация н взаимное расположение фронтов постоянно меняются, ио нх среднестатистическая поверхность Рьл остается постоянной (турбулентность однородна). Предположив, что и» в каждом фронте постоянна, можно получить следующую зависимость для турбулентной око.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
