1598005881-4f87b42cfc9e80ed51b9133d1cb84af4 (811238), страница 25
Текст из файла (страница 25)
Следует заметить, что критерий механизма предлагается не впервые. Твк, в работах Г.К.Лып<онова по вопросам подобия Физико-химическнх превращений предлагается так называемый критерий контакта, по существу тождественный критерию механизма. Предложения по оценке механизма горения содержатся также в работах К.ИПйелкина, Б.Коважного, Б.Льюиса, Г.Эльбе и др. Вопрос о механизме горения тесно связан с вопросами гашения очагов пламени, выдвинутых турбулентными пульсациями в свежую смесь, с вопросами так называемого растяжения пламени.
С учетом полученного ранее выражения для времени пребывания ктатерий механизма может быть записан так: К - — - — — — — ! ~ю бл Ъ( (У.55) Ь 8. и. БЬъ~~+ ~-') ын Видно, что критерий механизма может быть предотавлен как Функция двух безразмерных комплексов - отношения ширины зоны пламени к масштабу турбулентности и отношения пульсационной скорости к нормальной. С увеличением шипины зоны ла- минарного пламени или с уменьшением масштаба турбулентности критерий Ке растет, что свидетельствует об измене~пи механизма от поверхностного к объемному. Рост ширины зоны пламени возможен при обеднении смеси и уменьшении давления или температуры. Уасштаб турбулентности сокращается с уменьшением размеров системы.
Увеличение К и , свидетельствующее об изменении характера процесса в направлении к объемному, происходит также с ростом отношения пульсационной скорости к нормальной. Это отношение растет с увеличением скорости потока, степени турбулентности при обеднении смеси и с уменьшением температуры. Механизм горения связан с введенным ранее делением горения на области — мелкомасштабного или крупномасштабного воздействия и сильной или слабой турбулентности. Так, мелкомасштабное возлействие и сильная турбулентность приближают процесс к объемному, а крупномасштабное воздействие и слабая турбулентность дают основание считать,что процесс идет по поверхностной схеме. Представляет интерес проанализировать процесс горения в турбулентном потоке однородной смеси (однородной как по 4азовым состояниям, так и по распределению концентраций) в свете представлений теории подобия $шзико-химических превращений.
Особенностью рассматриваемого случая является то, что смесь полностью перемешана, и, следовательно, обмен веществом на процесс не влияет. Из всех процессов обмена в данном случае имеет значение теплсобмен. Твори подобия «и~вико-химических превращений показывает, что в принципе возможяы два предельных случая. Первый случай - процесс превращения нестатический,а процесс теплообмена квазистатический.
Друглза словами,теплообмен происходит быстро, химические реакции - медленно. Зтот случай относится к так называемой кинетической областиЛонтролируют процесс химические реакции. Стадия химических реакций является наиболее медленной,а потому сдерживает процесс. Зто приводит к тому, что тепло более или менее равномерно успевает распределиться по обьему и реакции будут протекать во всем объеме турбулентного пламени.
Зона горения будет представлять собой гомогенный реактор с наложением 4луктуа- 176 ций под воздействием турбулентности. С точки зрения существующих в теории турбулентного горения представлений,зто случай объемного механизма горения, Второй случай - превращение квазистатическое, а процесс теплообмена - нестатический. Это так называемая ди4~узноннзя область. Кзаэистатичность процесса химического превращения приводит к тому, что химические реакции не будут сдерживать, определять процесс. Узким местом будет перенос тепла.Тем,куда благодаря турбулентному обмену подведено тепло, немедленно начннаотся быстрые химичесгле реакции, что приводит к вырожденное зоны химической реакцни в пределе в поверхность, искривленную вследствие турбулентности.
Процесс идет в диййузионной области, если пользоваться принятыми определениями. В отличие от случея горения неперемеивнной смеси, когда решахщее значение получает перенос вещества, в однородной смеси основную роль играет перенос тепла. С позиций представлений турбулентного горения, процесс в подобном случае идет по поверхностному механизму. В заключение следует отметить, что развиваемые представления позволяют внести некоторую ясность в продолжалщуюся много лет в советской и зарубежной науке дискуссию о механизме горения в турбулентном потоке однородной смеси.
Прннцилиапьно возможен иак объемный, так и поверхностный механизм горения. Поэтому неправомерны категорические высказывания в пользу какого-либо одного механизма горения без учета условий процесса. Тот или иной механизм реализуется в зависимости от конкретной обстеновки процесса. Суждение о механизме может быть составлено на основании оценки величины критерия Им.
Анализ накопленного к настоящему времени экспериментального материала позволяет наметить решение вопроса об условизх и области реалызации того или иного механизма горения. Глава У1 ЭКСПЕРИМЕПМЛЫИЕ ИССЛЕПОВЬНИЯ ГОРЕНИЯ В тУРНУЛжтПОМ ПОГОКЕ з 1. Методы экспериментальных исследований турбулентного горения Сложность процессов горения в потоке, определяемых как химической кинетиксй и термодинамикой, так и тепломассообменом и гидродинамикой, затрудняет создание объективной модели явления лале з таком сравнительно простом случае,как горение однородной смеси. Все зто привело к возникновению различных точек зрения.
Лискуссия о механизме горения распространилась и на вопросы определения основных характеристик процесса и методики эксцеримента.Недостаточная иэученность вопросов подобия при горении в потоке ысключала воэможность обобщения, выбора таьих условлй, где явление автомодельно, и затрудняла использование результатов лабораторного эксперимента на реальных объектах. Разногласия усугублялксь несходством результатов эксперимента, вызванным различием методик определения границ факела и аппаратурными условиями,а также нередко значительным ' неконтролируемым влиянием на процесс стабилизирующего устройства и уровня турбулеытности.
Одной из причин отсутствия единой методикы экспериментального определения скорости распространения плаксив в турбулентном потоке являются разногласия в физической трактовке этого параметра. Понятие скорости распространения пламени прикво в раздел турбулентного горения иэ теории леминарного пламени. Как и в слу те нормального распространения племени, 178 экспериментальные значения Цт подсчлтываются по форэуле,вытекакщей из принципа михельсона-1)~и: и-— ~Р. (У1.1) Но в применении к турбулентному горению это соотношение содержит некоторую неопределенность.
В ламинарном пламени процесс сгорания протекает в тонком слое (фронте пламени) порядка долей миллиметра, поэтому площадь поверхности горения определяется однозначно, а скорость распространения однозначно определяет'и скорость сгорания.В отличие от скорости нормального распространения пламени величина и, является функцией не только кинетических, но и гилродинаьшческих свойств потока смеси.
Поскольку эона горе~пот при турбулентном режиме„ определяемая положением перепней ж задней границ факела, значительна по размерам, возникает вопрос, по какой границе или характерной поверхности факела определять скорость распространения гламени. Чэщс всего Цт определяют по положению передней границы факела. Наряду с этим скорость турбулентного распространения определяют по поверхности максимальной светимости факела, по иэотерме половинного выгорания смеси ( ~ь = 0,5) и даже по задней границе.
Выбор той или иной характерной поверхности для подсчета ц, некоторые авторы обосновывают тем, что именно скорость распространен избранной нми изотермы факела определяет скорость турбулентного сгорания. Следует заметить, что соотношение (У1.1) дает только скорость распространения некоторой поверхности, что никак не определяет скорости горения в турбулентном потоке. Численно это соотношение определяется объемом вещества, проходящего в единицу времени через ацинипу рассмат1шваемой поверхности, или скоростью ее распространения в соответствующей смеси.
Поэтому при использовании атой формулы всегда следует учитывать изменение состояния вещества, связанное с теплоподводом в процессе горения. Формально можно рассматршвать скорость распространения любой изотермы факела,и трудно привести доводы в пользу какой-либо одной методики, шсключаюлей все иные.
По нашим представлениям, физически наиболее оправдано определение скорости распрострыения пламени по 179 передней начальной граяице зоны горения,т.е.по существу, по скорости распространения воспламенения; за атой начальной поверхностью расположена зона горения, где развивается процесс горения. Однако эта рекомендацпя не исключает других подходов. Лля сопоставления скорости распространения пламени был поставлен специальный экспе1шмент, с помощью которого,не отдавая предпочтения тому или иному методу, мы определяли величины )1т для трех поверхностей чшкела - передней, задней и линии максимальной светимостн (ЛМС). Эксперимент был выполнеи для гладкой трубы в широком диапазоне условий в камере сечением сОх50 (4иг.у1.1).
Подсчет выполнялся по соотношению, Фиг.У1.1. Схема факела вытекающему из (У1.1) для плоского случая. Результаты эксперимента приведены на 4иг.у1.2. Нетрудно видеть, что скорости раопространения пламени, определенные по границам Факела и по ЛМС, практически совпадают: Равенство этих скоростей подтверждается теорией турбулентного горения. По аналогии с процессом ламинарного горения характерная ширина эоны турбулентного племени прояорционельна отношению коэффициента лимузин к скорости распрсстрзн ения: (У1.2) йт )" 3 Ыт 180 Коа4фициент пропорциональности, очевилно,лоялен отразить зр- Фект расширения. Приближенно,с точностью ло отличия тангенса от синуса при малых углах, можно записать: (~ ((т, - Ме — и 2 (.+)ь Исключив ь к, получаем: и,~ м Только равенство ((т, и Ит, приводит к соотношению (У1.2).
Действительно, из прелыцу- щего нри ((т = ((т, (У1.З) ((ч, 2 )(ля турбулентности в трубе й~ -М 0,00~ (М Тогца из (У1.3) Фиг.у1.2. Снорость распространения пламени цля трех изотерм Факела в Фнкции состава смеси 5 (а — (О 3 ,е. ат ((т Следует иметь в вину, что все зти рассужцения справелливы лишь при условии постоянства козф2ициента турбулеытного обмена. В случае, если этот козфф~пдонт меняется по зоне, равенства нарушаются, и скорости распространения 181 пламени по различным изотермэм окажутся разнымн. Подобного рода эйфект наблюдается при искусственной турбулизации лотока постановкой решеток. Коэффициент турбулентного обмена будет в атом случае переменным из-за затухания турбулентности.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
