1598005881-4f87b42cfc9e80ed51b9133d1cb84af4 (811238), страница 19
Текст из файла (страница 19)
Благодаря воздействию отдельных пульсаций фронт пламени в турбулентном потоке искривляется. Общее количество вещества, сгорающего в турбулентном пламени, увеличивается по сравнению с веществом, сгоралщим в ламинарном потоке,а следовательно, увеличивается и скорость перемещения фронта пламени по отношению к свежей смеси. Проводя аналогию с горением в ламинарном потоке, можно определить скорость распространения пламени в турбулентном (Ит) наи линейную скорость перемещения турбулентного фронта племени в направлении, перпендикулярном поверхности.
Плоскость фронта пламени представляется при атом как осредненнэя, без учета имешлкхся в действительносты искривлений. Естест- 134 лепно, что пля определения плоскости фронта пламени следует рассматривать достаточно большой участок его, во всяком случае больший, чем масштаб искривлений. В то же время, как и ранее, Ы т - это объем смеси, поглощаемой пламенем в единицу времени на единице поверхности такого осредненного плоского фронта пламени.
Определяемая таким образом скорость распространения пламени есть собственно скорость распространения фронта воспламенения. Благодаря искрявленности действительного фронта пламени, а при сильной турбулентности и вследствие проникновения отдельных молей свежей смеси за начальный фронт пламени, горение будет также происходить и на значительном расстоянии от начальной поверхности. Бремя, необходимое для развития и завершения процесса горения смеси после пересечения ею начального фронта пламени, называется временем горения или временем пребывания 1о . Расстояние от начальной осредненной поверхности воспламенения до места окончания горения, измеренное по направлению линый тока вещества в зоне, является протяженностью эоны горения турбулентного пламени Ь э .
Нередко размеры эоны горевш характеризуются ее шириной, измеренной в направлении, перпендикулярном плоскости фронта пламени. При прямолинейных линиях тока, перпендикулярных фронту пламени, зти веяичины совпадают. Б некоторзх случаях ширину зоны горения измеряют в направлении, не связанном ни с фронтом пламени, ни с линиями тока вещества в зоне. Например,ширину эоны горения стационарного факела иногда измеряют в.
поперечном направлении в плоскости, перпендикулярной оси потока. Термин "ширина зоны горения", как наиболее общий, применяется иногда и к протяженности зоны горения по линиям тока. Протяженность зоыы горения определяется как временем горения, так и скоростью движения вещества в ней. Зона горения в турбулентном потоке значительно больше эоны горения нормального пламени бл и соизмеРима с РазмеРами систеьщ. Скорость распространения пламени, время горения и протяженность зоны горения в турбулентном потока зависят не только от физико-химическнх свойств и параметров смеси, но и от 135 ш ='с~)' (у.
1) Отношение нульсационной скорости к средней скорости потока принято называть степенью или интенсивностью турбулентности: э/' 4-— (У.2) ~4ср азиной с точки зрения процесса горения характеристикой турбулентного потока являются масштабы турбулентности. Различают несколько основных масштабов. Эйлеров масштаб турбулентности 1, - средний э4фективный размер перемешкваюэихся объемов. Эйлеров масштаб турбулентности оппепеляется выражением: 4-Уй~(у у лу)йу (У. 3) ?36 гидродинамичесиих характщтщстик потока.
)(ля построения теории горения в турбулентном потоке необходимо располагать основными характеристиками его. Особенностью турбулентного течения является интенсивное перемешивание слоев, обмен веществом, количеством движения, теплом, обмен благодаря беспсряпочным вихревым дэикениям отпельных постаточно больсих объемоэ (молей),наклапываюлимся на основное, яаправленное движение. Этим турбулентный поток отличается от ламинарного, в котором обмен гроисхопит за счет молекулярного двииения.
Истинное значение скорости потока в икслрованной точке в какой-то момент времени можно рассматривать квк сумму средней за значительный интервал времени скорости потока в данной точке ю~сю и так называемой пульсационной скорости М Пульсационная скорость может иметь любую ориентацию в пространстве, и поэтому принято рассматривать ее в проекциях на оси координат х , у , х . Если ось к связать с направлением потока, то ь," букет называться продольной составля- Ф пщей пульсационной скорости, Ыэ, Мэ - поперечными. Мерой пульсащюнной скорости принято считать ее срепнеквэлратичную величину: где Йл - коэ44ицыент корреляции; (У.
4) Ысм -С~М (У. 5) Здесь ~, — характеристическое время турбулентности, время существования пульсации, время смешения.Характеристическое время в турбулентном потоке монет быть подсчитано по соотношению где Я.ъ — коэффициент корреляцяи по времени; (У. 7) Путь смешения играет в тес)ши турбулентности роль, подобную роли свободного пробега в молекулярно-кинетической теории вещества. В теории турбулентности доказывается, что масштабы в лагранкевом и эйлеровом представлениях связаны неллу собой 137 КоэФПлциент корреляции показывает связь меиду какими-либо явлениями или величинами, в данном случае макну пульсациями скорости для двух точек, находящыхся на расстоянии а ы друг от друга.
С изменением расстояния ау от нуля до бесконечности коэ4~нциент корреляции изменяется от единицы до нуля. Последнее значение свидетельствует об отсутствии всякой взаимообусловленности величин пульсаций. Лаграниев масштаб турбулентности - это путь, проходимый объемом при пульсационном двииении по отношению ко всей массе газа с сохранением его индивидуальных свойств. Иначе его называют путем смешения.
Путь смешения связан с пульсационной скоростью соотношением: постоянными соотношениями. На основе экспериментальных мате- риалов Тейлор рекомендует такое соотношение: (У.8) а,-Ю. м/' (У.9) Козффициент турбулентного обмена аналогичен соответствухщим коэффициентам кинетической теории. размерность его та же,что и размерность козффнцнентов температуропроводности,кинематической вязкости, диффузии. Для технически гладкой трубы коз44ициент турбулентного обмена по измерениям Прудникова, Гольденберга н других оценивается так: — = 0,009 —.' 0 0009 . Пт М~ (У.10) Интенсивность турбулентности равна: $ = 0,04 — ' 005, (У.
П) Масштаб турбулентности: ь = —,,~ = (00~ —: 00Е) Ы СУ.18) Пе Все зти характеристики начиная с чисел Йе = 10 + 10 ста- 4 5 новятся автомодельннмн по скорости потока. 138 Следует иметь в виду, что в турбулентном потоке при достаточно больших числах Йе и полностью сформировавшейся турбулентности существует непрерывный спектр масштабов и пульсационных скоростей. ))вижущийся по отношению ко всему потону обьем газа не является чем-то единым и застывшим во все время его существования.
Отдельные части его движутся по отноиенню к целому со своими относительными скоростямн. Перенос в турбулентном потоке может быть охарактеризован коэффициентом турбулентного обмена: В открытом по.оке турбулентность на некотором расстоянии от среза гладкой трубы сохраняется неизменной. Затем она начинает меняться так, что масштаб и интенсивность турбулентности возрастают. Интересно отметить, что ящ>о потока затопленной струи, определенное по турбулентности, существенно меньше ядра средних скоростей. Нередко для интенсификации горения п1абегают к принудительной турбулиэации потока постановкой решеток.
'1урбулентность потока приобретает в этом случае ряд особенностей по сравнению с турбулентностью руслового потока. Параметры турбулентности изменяются в зависимости от расстояния от решеток. Происхопят так называемое затухание турбулеытности - паценив интенсивности и рост масштаба. Затухание турбулентности является Функцией расстояния от решетки, отнесенного к характерному размеру решетки — толщине ее прутка. Турбулентность за решетками обычно в несколько раэ интенсивнее, чем в гладкой трубе, Масштаб турбулентности опрепеляется характерным размером решетки.
В процессе затухвнвя параметры турбулентности начиная с некоторого расстояния от решеток асимптотически стремятся к параметрам турбулентности в технически гладкой трубе. В настоящее время теория турбулентного горения представлена двумя основными направлениями - теорией поверхностного горения и тео1аей объемного горения. Основопололнвком теории поверхностного горения является К.ИИйелкин. Основные положения этой теории сформулированы в его работе "О сгорании в турбулентном потоке",опубликованной в 1943 гоцу. К.И.Шалкин, так же нак и Дамколер,различает два качественно отличных случая воздействия турбулеытыости .на горение в зависимости от масштаба турбулентности по сравнению с шириной зоны нормального ламинарного пламени: мелкомасштабное и крупномасштабное воздействие.
Основная роль принадлежит крупномасштабному воздействию. Считается, что горение происходит на поверхностях типа ламынарного пламени, однако сильно искривленных, вследствие воздействия турбулентности. увеличение скорости горения связывается с увеличением поверхности пламени за счет искривлений. 139 Модель турбулентного пламени, предложенная К.И.Шелкинвм, впоследствии была использована в ряде работ, основанных на этих представлениях.
Оставаясь в рамках поверхностной схемы, Я.Б.Зельдович и Д.А.Франк-Квменецкий предлагают определять Мт исходя не из развития поветщности пламени, а из скорости быстрейших подзигвшцкх точек.- Следует заметить, что оценки распространения пламени по скорости движения быстрейших точек и по увеличению поверхности леминарного пламени не исключают друг друга и различаются скорее не принципиально, а методически, давая одинаковые конечные результаты при одинаковых условиях.
Подобный подход к определению скорости распространения пламени позднее использовали многие авторы, в том числе Е.П.Вугров, Карловиц, Воль, Скарлок и Гровер,Лизок и др. Наиболее глубоко и полно роль ди4йузии в, процессе горения в турбулентном потоке рассматривается в работах А.Г.Прудникова, стоящего в основном также на позициях К.И. Шапкина. Существует иная точка зрения на механизм горения в турбулентном потоке, впервые высказанная Е.С.Щетинксвым и др. В отличие от препыдулегс, принимается, что горение отдельных молей происходит не на поверхности, а в объеме.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
