1598005881-4f87b42cfc9e80ed51b9133d1cb84af4 (811238), страница 24
Текст из файла (страница 24)
Мгновенная регистрация Чикола шимвзв практики. Леле в том, что именно горение на оси определяет наиболее удаленные от места подзигания точки, а следовательно, и размеры факела в целом. Из-эа отсутствия стенок смесь прн горении в открытом потоке монет расширяться в стороны, продольный градиент давлежя отсутстнует, и потому прибликенно мозно полагать, что скорость смеси в зоне по оси потока не будет претерпевать существенных изменений.
Протякенность зови горения )- Ь эедииется: (.ь - Мь Ся . При известной величине времени горения (У.23) получим: (.л Мь — „,, ~ь((' ц„) й (У. 46) Плесь $ - степень турбулентности. 167 (. =в — й— Ь ы' $ Нн (У. 47) Удобно выразить протяженнооть зоны в безразмерном вице, приняв за едннипу измерения эйлеров масштаб турбулентности: (У.46) Иэ последнего выражения следует, что протяженность эоны горения в безразмерном виде является функцией безразмерных параметров - степени турбулентности и отношения пульсацпонной скорости к нормальной. Эависимость протяиенности эоны от этих параметров представлена на фиг.у.14.Юля сравнения таы хе даны (зависимости ( ь для случаев, когда время горения равно †' и †' .
Вц(но что каждая иэ величин времени горе- Ч' Це Ф ния дает характерную форму зависимости безразмерной протя~ф / женнооти зоны горения от отношения ц . )введенная нами зависимость временк горения дает логарифмические кривые Время горения, равное -~ —, приводит к незаюсимости протя- Ч' женности зоны горения от отыошения — (прямая 2 ).Предци ' 6 положение о равенстве времени горения величине — дает прямую линию, выходящую из начала координат (прнмея 3 ). Из рассмотрения полученных выше соотношений можно сделать следулщие выводы о зависимости протяженности зоны горения стационарного турбулентного факела на срезе трубы. Протяженность зоны горения пропорциональна масштабу турбулент- 166 С помощью постоянного безразмерного коэцфициента В порядка единицы оцениваем отличие скорости потока смеси в зоне горения от средней скорости холодного потока, а также отличие размера молей и величины пульсационной скорости, опрелеляшэих протяженность зоны горения, от средних характерных.
учет этого необходим, так как протяженность зоны в реальных условиях определяется наибольшими молями спектра, сгорахщнмн последними. При весьма больших величинах отношения пульсационной скорости к нормальной в выражении (5.46) можно пренебречь единицей в скобках н записать: но~ти. рля гладкой трубы в области автомодельности величину - ье- можно полагать постоянной. Следовательно, с изменением 40 Фиг.у.14. Протяженность зоны горения в турбулентном потоке, рассчитанны по Формулам: у- ~„пг 4 в,~+, М'~ е. э~Р~ 2-~з "пу — ' ' й — ~з-~4~ Ю~~~ > Ни диаметра трубы б.
эона горения будет претерпевать пропорциональное изменение в размерах. Установка турбулнзируюцих решеток с ячейками различных размеров приводит к измеыению масштаба турбулентности и, следовательно, дает возмолность воздействовать на размеры зоны горения. Увеличение нормальной скорости распространения пламени при прочих неизменных параметрах должно вызывать сокращение протяженности зоны горения. Увеличение скорости потока, сопровоидахщееся соответственным увеличением пульсационной скорости, при остальных неизменных параметрах обусловливает увеличение протяженности зоны горения.
Увеличение пульсационной скорости посредством турбулизирухщей решетки при неизменных скоростях потока и остальных параметрах повлечет сокращение зоны горения. Слепует учитывать, что при постановке турбулизатора одновременно изменяется масштаб турбулентности. 169 т 8. Ход выорвния смеси в турбулентном племени Ход выгорвния смеси в расчете на один моль может быть вычислен из дифреренциального уравнения сгорания.За малый промежуток времени ЙФ сгорает малый обьем а(У,который равен площади осредненной сглвженной поверхности горящего моля радиусом 8, умноженной на скорость распространения пламени по молю Им и на И: ЙУ- 4и~им Н (У.49) Поделив зто выражение на начальный обьем, равный 3 ч,- — хе,, з получим: Ы(Х) =~~~ и,~~ ч, Постав~ Ь ((~ в формулы (У.21) (У.22) б значвя долю сгоревшего вещества (глубину выгорвния) через Х, получим выражение: е т х ) (ымр е Им) ((ме 8 С~~ е,' ы" ~ где им,- и,+Ы Опуская промещуточные выкладки, получим в окончательном виде: 3 3 ЭС И а С М='""' 'Ю(~-Е ")- — '" ((-Е ~ — , "(',(-Е ")5 (УЛО) 13 Й й~~ Цм Нетрудно убедиться в том> что при ~ = О глубина выгорания '2 равна нулю, а при х,-хо она равна единице.
При достаточно 170 бОльших последнии членсы в кзздрйтннх скобка Выре?ения и. (У.50) молно пренебречь ввиду его малости; тогда соотношение лля Ъ запишется: ~0 с ) О (4 Р Я (У.51) Ход выгорения моля в функции беэразыерыого вренени —, рассчитанный по подобноыу соотношению, двн на 4нг.у.15 (кривея 1 ). Там ке изображен ход выгорения в предположении,что ((б йг Р Йй йе фЮ фе' е Фиг.у.15. Хоп выгорения ноля в зоне горняки турбулентного пламени $ и,,) ~'цй Т'Ий е е,' й,' (У,52) Следует отметить, что начальный участок выгорения из-за колебаний фронте племени не будет четким, на этом участке Ъ будет плавно нарастать, и кривая выгорения в действительноотн будет иметь 3-образный вид. Мозно ожидать,что скорость распространения пламени по нолю в конечные моменты горения очага станет увеличиваться нэ-аа роста нормельной скорости 171 моль сгорает с поверхности с нормальной скоростью Ин (кривая л ).
Аналитическое внреиевие лля этого случая,полученное интегрированием дифференциального уравнения сгорания при названном предположении, имеет вил: при большой кривизне, в силу чего выгоранне на конечном участке не будет таким вялым. Если предположить, что скорость потока по длине зоны горения факела неизменна, то эти кривые будут иллюстрировать ход выгореяия и по длине факела. Так как количество выделившегося тепла пропорционально количеству сгоревшего вещества, то кривые на градишке одновременно изображают и ход выделения тепла.При общепринятых допущениях эти ктшвые показывают и изменение средней температуры от начальной до конечной, а также изменение концентраций продуктов реакции в относительных величинах. Характерно, что выгорание более интенсивно в начале эоны горения и медленнее к концу ее.
К середине зоны по ее длине в турбулентном пламени должно выгорать более половины исходной смеси. Ход выгорания, изменение концентраций и повышение температуры показывают, что экспериментальное определение протяженности зоны горения по этим величинам не обеспечит большой точности из-за асимптотического прибликения их к конечныы значениям. Из соотношения (У.50) следует, что ход выгорания должен зависеть от отношения пульсациснной скорости к нормальной.Однако расчеты показывают, что зто влияние сравнительно невелико.
9 9. Критерий механизма горения в турбулентном потоке однородной смеси Вопрос о мехеявзме горения в т)цбулентном потоке однородной смеси является дискуссионным. Существует два направления, по-разному представлякщие горение в зоне турбулентного пламени. Теория искривленного леминарного фронта,или поверхно-тного горенка представляет горение в зоне как процесс, происходящий в тонком фронте пламени (типа ламинарного), но лишь сильно развитом, искривленном под воздействием турбулентных пульсаций.
Теория объемного горения предполагает, что процесс в зоне горения протекает в отдельных перемешивыщнхся объемах по законам химической кинетики. 172 Вопрос о механизме горения представляет не только теоретический, научный интерес, но имеет большое прзкледное значение. Перенос на реальные объекты результатов, полученных в экспериментах на модельных установках, использование полученных в лабораторных условиях закономерностей для расчета и проектирования камер сгорания двигателей возможны лишь при соблюдении необходимых условий подобия.
)(ля сравнения процессов горения, кроме общепринятых условий подобия, очевидно, необходимо учитывать специальное условие - механизм горения соотносимых явлений должен быть одинаков. Иехзнизм горения можно сопоставлять на основе так называемого крмтерия механизма. Он может быть выведен нз простых фиэическвх соображений. Очевидно, когда механизм горения поверхностный, искривленный ламинарный фронт пламени занимает с учетом его толщины меньшую часть зоны горения турбулентного пламени. Относительная доля вещества, находящегося в состоянии промежуточных реакций во фронте пламени, при этом сравнительно невалкка (фиг.у.16). Она будет пропорциональна произведению площади искрив- генной развитой поверхности пламени на толщнну зоны нормального пламени, отнесенного к объему факела.
Остальную О ~ часть составит сукна относительных долей исходного свежего вещества и конечных про- l луктов сгорания в зоне. При протеканлш процесса пс объем- . замаваааев Зоналеас ии ному механизму реагирухщее вещество в зоые должно со- Фж У.16. Схема зоны гоРениЯ турбулентного пламени прж поставлять основную часть верхностном механизме (фиг.у.17), Обозначив относительную долю реагирухщего вещества через Км , в соответствии с предыдущим запишем: Члл )( м Чф (У.63) где Улл н Чш — объем самого пламени,в котором клут химические превращения, и объем всего факела.
173 Величину Кк можно рассматривать в качестве критерия,характеризуящего механизм процесса горения. Действительно,в тех случаях, когда процесс идет по поверхностной схеме, объем, в котором непосредственно протекают реакции, по сравнению с объемом всей зоны невелик, и критерий КМ будет меньше еднницы.В случае объемного механизма, когда реакции идут во всем объеме зоны горения турбулентыого пламени,критерий Км яаки сксся Ь ~аеасядкяя я скякая яяяяккк становится равным единице.
Следовательно, критерий изменябиг.У.|т. Схема эоны горения ЕТСЯ От ЕДИНИЦЫ В СЛУЧаЕ ОбЪ- турбулентного пламени при емного механизма до значений, объемном механизме меньших единицы,в случае поверхностного механизма, приближаясь к нулю в предельном случае. К этому следует добавить, что существует переходная область, механизм горения в которой трудно однозначно отнести к тому или другому случаю.
В переходной осласти Км близок к единице (несколько менее ее). Возможно, что в различных участках Факела в зависимости от локальных условий реализуются обе модели явления. Формально к1лятерий механизма может оказаться и большим единицы. Зто будет означать,что процесс горения протекает в объемной области и определение крштерия с помощью прежних Формул лишено смысла, так как поверлыссти горения отсутствуют. Критерий механизма может быть преобразован с использованием известных соотношений теории горения: Члл Гяя Зя Э1 ч„г. )., ' где Гяя и Гк - действительная искривленная поверхность пламени и сечение камерч; и )„) - толщина ламинарного пламени и протяжен- ность зоны горения турбулентного.
Првнцвд михельсона для рассматриваемого случая: Г. И.-Г„ы Тогда Ял и/й, и. Ф,, ям й, )з й~ СУ.54) 175 Таким образом, выведенный на основе Физической модели явления критерий механизма есть не что иное, как известный критерий Камколера, одной из разыовидностей которого является соотношение времени химической реакции и времеыи всего процесса — времеыи пребывания смеси в Факеле турбулентного пламени для нашего случая. Следовательно, критерий механизма имеет достаточную общность, так как является частной конкретной Формой одного из критериев подобия Физико-химических превращений.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
