1598005868-03648c969f647e9d2289db563a03b78d (811236), страница 31
Текст из файла (страница 31)
рости. ит=ивр~л/г; где Р— площадь поперечного сечения камеры сгорания (трубы). Поверхность Рвл можно представить также как суммарную поверхность отдельных объемов горючего вещества, находящихся в данный момент в зоне турбулентного горения (рис. 6-22,б). Каждый такой объем свежей смеси н продуктов реакции, как пеленой, окружен ламннарным пламенем. Для такой моделя, считая, что поверхность искривлена в виде ряда конусов с осями, направленными по нормали к средней поверхности фронта, а турбулентность не слишком большая, Дамкелер получил, что скорость турбулентного пламени пропорциональна нормальной скорости н критерию )се. Однако в опытах было выявлено, что величина и, при малых Йе пропорцкоиальна у'ме, а при больших Ке — пропорциональна аЯе+Ь, где а и Ь вЂ” по.
стоянные. К И. Щелкин при рассмотрении влияния слабой турбулентности также следует предположениям Дамкелера, но находит площадь поверхности малых конусов более точно к предлагает формулу для расчета и, в виде и = и .~/1 + В (и„ /и„) (и и где  — коэффициент порядка единицы. Для сильной турбулентности н„ванн) эта формула упрощается н принимает внд и минь; здесь "„, — среднеквадратнческая скорость турбулентности. В Карловиц для умеренной турбулентности предлагает следующую за- внснмостгс Рис 6-22. Модели турбулентного пламени а и б — поверхностная, е — объ- емная, г — мпкрообъечпая ! — свежая смесь; Х вЂ” продукты реакции, 3 — снешенне ндн реакция Для сильной турбулентности средняя скорость отк.юисння пламени под действнсч турбулентного движения принимает вид ., = .н + ~/ .„,«„ Оснонныс выводы почти всех теорий по первой модели таковы влияние крупномасштабной турбулентности на распространение пламени ис должно зависеть от масштаба турбулснтностп, полная скорость распространения турбулентного пламени ит =па+опт должна увеличиватьси сначала линейно, а потом пропорционально корню квадратному из масштаба турбулентности Нормальная скорость распространения ламинарного пламени должна оставаться определяюшим фактором даже при очень интенсивной турбулентности.
Вторая модель основана на предположении, что турбулентное пламя по своей структуре ничем не отличается от ламинарного (рнс. 6.22, в) Для опенки влияния иа и, разных факторов в этой модели используются уравне- ния теплового баланса по крайним сечениям зоны горения Существенной особенностью объемной модели является наличие отдельной макрозопы подогрева исходной смеси н следующей за пей зоны реакции Для объемной модели полностью применима теория ламицарного пламени с заменой молекулярного коэффициента диффузии 0 на турбулентный О, и молекулярной температуропроводности а = ь((рс,) па турбулентную нт = )ьг1(рср).
Следоватсльно, мт 1 ( т т Учитывая, что 0 ии и„,, получим прп значительной интснсивности турбулентности н = ')1 и„ Одно нз существенных возражений против объемной модслн в обычном пламени вызвано отсутствием в ней значительной зоны подогрева, аналогичной зоне подогрева ламннарного пламени, Прямые экспериментальные наблюдения объемного горения в свободных потоках отсутствуют Объясняется это требованием мелкомасштабности турбулентности, предъявляемым объемной моделью, а также требованием быстрого смешения продуктов сгорания и исходной смеси Некоторым приближением к такого рода устройствам являетси так называемый реактор Лонгвелла.
Существует еше одна модель, объясняющая эффект увеличения скорости горения в турбулентном потоке В малых турбулентных объемах происходит быстрый процесс молекулярного перемешнвания исходной смеси с продуктами сгорания. В тех объемах, где после смешения температура превышает температуру самовоспламенения, смесь может сгореть по законам объемной рсакции значительно быстрее, чем по законам ламинарпого горения. Образующиеся при этом продукты реакции вновь смешиваются с исходной смесью, и таким образом происходит распространение пламени.
Такую модель можно назвать микрообъемной, так как здесь в отличие от объемной модели горение происходит не в растянутой зоне, подобной фронту ламииарного пламени, а в отдельных микрообъемах, неравномерно распределенных по всей зоне турбулентного горения (рис, 6-22,г). В отличие от поверхностной модели, здесь отсутствуют изогнутые ламинарные нли мелкомасштабные фронты, распространяющиеся по законам ламинарного пламени Предполагается, что эти фронты це успевают сформироваться на границах между объемами исходной смеси и продуктов реакции вследствие быстрого атносителыюго движения пх н конечного (к тому же малого) периода индукции Мнкрообъемная теория занямаст промежуточное положение между повсрхпостной н объемной, формально говоря, по турбулентности нижней границей применимости микрообъемной модели могло бы быть условие существования ламинарных фронтов в турбулентном потоке 1и Ьл «) > нкв ии где Ь вЂ” общая ширина ламннарного пламени, а 1в — Эйлеров масштаб турбулентности.
Теория турбулентного пламени еше далека от завершения Наши знания и области турбулентного пламени в настоящее время недостаточны; они, например, не дают возможности точно определить размеры и форму турбулентного пламени, если даже известны параметры набегающего потока и нормальная скорость распространения пламени Мы можем вычислить ожидаемую максимальную скорость распространения турбулентного пламени, но не Распределение скоростей в нижней части пламени Однако проводимые рядом исследователей в настоящее время теоретические н экспериментальные Работы позволяют надеяться на создание единой теории, которая обусловит надежное проектирование топочно-горелачных устройств, 6-8.
ДИФФУЗИОННОЕ ГОРЕНИЕ ГАЗА Характерной особсииосгыо диффуююниоэо горения н отличие от расслютренного выше горения предварительно перемешанной газовоздушной смеси (кинетического !прения) является раздстьпая подача газа н воздуха в объем, где происходит сгорание При атом процесс горения происходит по мере мотскулярного исрсчсшпвания газа с кислородом воздуха Следовательно, скорость горения опрсдслнстся двумя процессашг взаимной днффузней горючего и окисл!псла и хитииескичп рсакциялэн в образовавшейся газовоздуш.
иой снеси Обычно принимают, что скорость исрсмсшивания здесь значитсльио нитке скорости химических рсакпий, т с процесс определяется тол!.ко диэ)!фуэпс(! а) (йу Рис 6-2( Строснис лапидарно!о (а) и турбулентного (б) диффузионного фпкслп ! — гаэ; 2 — но!дух, 3 — продукты сгорания, 4 — аоадух н продукты сгорания, 3 — гяа н продунты сгорания 158 В соответствии с режимом движения потоков различают ламинарное и турбулентное диффузионное пламя.
При ламинарном диффузионном горении в зоне факела, кан видно нз рис, 6-2 г, а, можно обнаружить пять зон. топ- дива, оккслнтеля, смеси топлива с продуктамн сгорания, смеси окислителя с продуктамн сгорания и фронта пламени (зону горения). При этом зона горения располагается там, где за счет молекулярной диффузии получается смесь, близкая к стехиометрической Толщина этой зоны зависит от скоро- сти химических реакций и при чисто диффузионном горении принимается бесконечно малой, Диффузионное горение при турбулентном режиме, показанном на рис 6-23, б, характеризуется отсутствием четкого деления на зоны продуктов сгорания, смеси воздуха с продуктами сгорания и смеси газов с продук- тамн сгорания Все этн зоны сливаются с зоной продуктов сгорания, во всем объеме которой происходит горение отдельных микрообъемов.
В то жс время на начальном участке факела можно видеть зону интенсивного гореняя, вну- три которой имеется зона с преобладающим содержанием газа, а снаружи— с преобладающим содержанием воздуха. Четкой граннцы между зонами нет. По структуре турбулентное диффузионное пламя напоминает микрообъемную модель турбулентного горения перемешанной смеси на рнс. 6-22,г. Форма диффузионного факела может быть определена по закономерно- стям развития свободных турбулентных струй (см. гл. 2). В то же время А В Арсеевым отмечено, что, в отличие от профиля динамических напоров в поперечных сечениях свободной струи, в горящем факеле кривая динами- ческих напоров пересекает нулевую линию пад некоторым углом. Поэтому у границ факела скорости газов приближаются к нулю не асимптотическн, в связи с чем границы струи факела получаются криволинейн;,ми. Струя фа- кела имеет характерный профиль; с большим раскрытием вначале, замедле- нием раскрытия в средней части (почти да цилиндра) и с последующим расширением.
Кроме того, вследствие интенсивного перемешивания и расши- рения воспламенившейся смеси угол раскрытия в начале факела больше, чем прн сжигании предварительно перемешанной смеси. Длину диффузионного факела ье можно получить из совместного рас- смотрения законов сохранения массы и количества движения, а также урав- нения состояния. Результирующее выражение имеет вид где С вЂ” молярная концентрация газа; М вЂ” молекулярные массы; й— постоянный коэффициент; 6 — отношение числа молей газа к числу молей продуктов сгорания; индексы 0 и «ст» относятся к начальным условиям и к стехиометрическому соотношению газа с воздухом; Н вЂ” диаметр газового сопла. Формула (6-37) не учитывает скорости движения струй и свойств горю- чего газа.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
