1598005881-4f87b42cfc9e80ed51b9133d1cb84af4 (811238), страница 22
Текст из файла (страница 22)
Последовательные теплеровские регистрации развивавшегося очага пламени приводятся на Фшг.у.7. Очевидно, характер воздействия турбулентности в этом случае попобен рассматриваемому нами, хотя явление развивается в обратном направлении. Принимая закон нзмекення Им в Функции с линейным,запишем: ~~м-Ыктй~ (У.18) е, 152 3 дальнейшем будет показано, что этот закон изменения ((м удовлетворительно подтверэдается экспериментально. ~иг.у.7. Развитие очага племени в турбулентном потоке Прэ этих предположениях не учитывается увеличение нормальной скорости при большой кривизне поверхности - малых размерах горэшего моля. Это может сказаться при размерах моля, релных ширине зоны ламкнарного пламени 8 э е.л .
Роль этого явления будет увеличиваться при малых размерах сыстемы и малой нормальной скорости. Время горения может быть найдено интегрированием уравнения сгорания моля: (У.19) Подставляя значение Йм из (У.18) и интегрируя, получим (У. 20) (У.21) (У.22) 153 Изменение с и ймв Функции времени дано на фиг.у.8. Полное время горения всего моля ( Ф~ ) определится из (У.20) при подстановке с = 0: (У.23) ( а 1с ~ь (( + ) (У.24) Следовательно, время горения в турбулентном потоке пропорционально времени смешения и зависит от отношения пульса- и Р 14» йу Фиг.у.8. Изменение размера горящего очага в Функции времени ционной скорости к нормальной. С увеличением скорости пото- ка время горения должно уменьшаться несколько медленнее,чем время смешения.
Увелачение нормальной скорости будет приво- дить к сокращению времени горения. $ 8. Распространение пламени при сильной турбулентности 154 В случае горения цри сильной турбулентности время существования пульсаций меньше времени, потребного пля распрострененяя пламени по молю с нормальной скоростью.В силу этого учасцок фронта пламени, который в какой-то момент време- ни подхвачен молем,движущымся вперед, совершит несколько различных произвольных движений, прежде чем пламя перебросится на новый моль газа для дальнейшего движения вперед, в сторону свекей смеси.
Скорость распространения пламени птш атом может быть найдена из рассмотрения турбулентной диффузии отдебьных участков 4ронта пламени. Без учета нормальной скорости среднеквапратичное перемещение за время С может быть оценено по уравнению Тейлора: х, ,2 — ~')'; -2( г') ~ ~ (й о (У.25) где йз — коэффициент коррелждхи по времени. Поскольку при — >1 интервал времени ь больше вре1А~ мени лизни пульсации х,, то интеграл в правой части равен: „т ~'й,и~ =т,.
в Перемещеыие запишется так: Ф')'-~х(ч)'Т~ ~1 но 1~ ~е = Ссм, тогда < (У ~ -(И. ъ'с) Скорость перемещения будет равна: (У. 26) ХЫ. В то же время пламя не теряет своей способностя распространяться вперед с нормальной скоростью по отношению к свежей смеси, так как в искривленном турбулентном пламени всегда имеются участки, перпендикулярные к направлению распространения. Скорость распространения пламени при этом можно оценять как сумму скоростей переноса и нормальной: В литературе встречается несколько выражений для эодсчета (Лт, основанных на подобном соотношении, но при различных предположениях о времени сгорания.
Е.П.Бугров время 1 полагает равным времени химической реакции в ламинарном пламени: ~» > ам »и>ч И» а коэффициент турбулентного обмена ц т определяется экспериментально по передаче тепла в турбулентном потоке: а,- а„— йе И$0 Подставляя зти величины г. соотношение (У.ьй), Б.П.Еугров приходит к такому выражении: (У.28) Представляется необоснованным отождествление времени сгорания в турбулентном пламени н времени реакции нормального горения, так как в зоне горения ламинарного пламени в тонком слое $ идет гомогеыная реакция в обьеме,а в зоне горения турбулентного пламени происходит сгорание молей смеси при нормальном горении их с поверхностк. Жала ли можно воспользоваться этой величиной времени химических реакщ~й даже н в случае объемного механизма горения, так как условия протекания реакции в турбулентном пламени существенно отличаются от условий в пламени ламинарном.
Иногда при — » ( принимается, что роль времени химической реакции играет время смешения — , в результате Н» е„ >,» ° чего скорость распространения пламени (У.29) Ит= Ы 156 В этом расчете предполае:ается, что скорость распространения пламени по турбулентному молю равна пульсационпой скорости , и нормальная скорость 'не учитывается. Пренебрежение нормальной скоростью в процессе горения моля представляется необоснованным, так как нормальнгя скорость является обязательной состаэляхшей процесса горения с поверхности вне зависимости от развития поверхности пламени. Особенно велика роль нормальной скорости на последней стадии горения моля, когда пламя распространяется по нему со скоростью, приблллахщейся к нормальной из-за малых размеров горяшего моля и соответственно крайне малых пульсзционных скоростей в спектре, действухщих на моль. Д.АЛранк-Каменецкий рассчитывает время горения, полагая, что внутри каждого отдельного моля турбулеытность не оказивает влияния на процесс горения и пламя распростреяяется по молю с но)лезльной скоростью.
Следовательно, время горения определяется сгоранием элементарного моля с поверхности со скоростью ((н .' е. Это предположение приводит к слелухшей величине Ит е. и,м — Ми. 8е (У. ЗО) 157 Подобное выражение имеется и у Карловица. Слелует отметить, что, анализируя сгорание моля за начальным Фронтом пламени при вполне развившейся турбулентности и достаточно большом числе йз потока, нельзя не учитывать локальной структуры турбулентности и в силу этого роли пульсацнонной скорости в сгорании моля.
Дза последних предположения относительно времени горения турбулентного моля определяют границы, между которыми и находится истинное время горения. Рассмотрев выражения (У.29) и (У.ЗО), можно сделать вывод, что зависимость скорости распространения пламени Ц~ от нормальной скорости должна лежать в пределах степени при 0н от О до ОД. Воспользуемся пля расчета Ит полученным нами соотношением для времени горения (У.23). Выраиение скорости распространения пламени ври этом запишется: (У.З1) где ЯА - постоянный безразмерный коэфйиьшент.
В безразмерном виде скорость Ит запишется: — '-(тЯ,— ~Ь(~ ° — Д~ Ин Ин Ие (У.32) или И,и~,м'!й ~„) '. (У. 34) Зта зависимость изобралена на 4иг.у.9. Там ле даны зависимости, которые подсчитаны по формулам, вытекахщим иэ представлений К.й.йелкина (1 — У.29), Л.Агйрзнк-йаменецкого (Л - У.ЗО) и А.В.Талантова ( — У.34) сь Фиг.у.9. Скорость распространения пламени в улентном потоке: А — по К.ИИйелкину; 2 — по А.В.Телантову; 3 — йо Л.АЛранк-Каменецкому 158 При — )) ( мошно, МГ и, ((т — И «Я» не делая большой ошибки, записать с ~'(е.-й„'-') ' (У.ЗЗ) Полученное намя соотношение позволяет сделать вывод о том, что скорость распространения пламени зависит от пульсационной и нормальной скоростей.
Зависимость от нормальной скорости' сохраняется и при больших величинах отношения пуль« сационной скорости к нормальной, т.е. и при сильной турбулентности. Полученные соотношения свидетельствуют также о том, что зависимость от нормальной скорости ослабевает с м~' увеличением отношения — . При сделанных попущениях в рамИл ках развиваемой теории масштаб турбулентности и размеры системы не влияют на величину скорости распространения пламени. $ 6. Роль автотурбулизацки в процессе распространения пламени При рассмотрении воздействия турбулентности потока на горение полагалось,что характеристики потока в процессе горения не меняются. Однако имеются указания на то, что в самом процесс горения мокет создазаться турбулентность.
Я.Д.Яаяпау в результате теоретического исследования этого вопроса пришел к выводу о неустойчивости плоского фронта нормального племени. Он показал, что малейшее случайное возмущение в процессе горения п1аводит к росту искривления ранее плоского пламени и его автотурбулизации. Вывод этот был сделан для идеального газа, и в реальных условиях он справедлив для тех случаев, когда числа йв для втекания вещества во фронт пламени или оттока от него достаточно велики. Я.К.Трошин экспериментально установил, что при сгорании бисов горящих смесей в бомбе постоянного давления скорость распространения пламени по достижении им некоторого радиуса начинает возрастать. Кзучение структуры такого фронта пламени по моментальным фотографиям показало, что сн искривляется, становясь похожим на фронт пламени в турбулентном потоке.Повидимому, при исследовании распространения пламени в потоке с заданными харектеристикаьш турбулентности необходимо учитывать и турбулентность, возникашдую в самом процессе горения.
В процессе распространения пламени нас интересует скорость движения отдельных объемов газа за счет автотурбули- 159 зации, способствующая переносу пламени вперед, в сторону свежей смеси. Как и ранее, при анализе будем полагать, что горение происходит по поверхностному механизму. Рассмотрим искривленный фронт пламени Циг.у.10).
При достаточно большой искривленности фронта на отдельных участках его продукты сгоСйежае амаеь рания будут казаться как бы Ц,й полуостровами в свежей смеси, окруженными поверхностью нори„е ц ш мального пламены. Горение на участке 1 будет аналогично горению очага после воспламенения свежей смеси в точке, например, электрической искрой. При этом скорость перемещения границ пламени бумшм тг вмял / дет больше нормальной скорос- ,МФФБ,ФФиг у 10 Схема искривление- Отношение температур после и го фронта пламени при силь- до горения.
Изменение числа ной турбулентности молей здесь и в дальнейшем не учытызается, так как для интересующих нас углеводородных топлив оно невелико. Скорость двикения смеси по отношенкю к его центру на этом участке в непосредственной близости к поверхности пламени будет равна: 'щ4. = (9-~) 0н (У. 35) Зту скорость можно рассматривать как пульсационную скорость, генерировеиную самим пламенем.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
