Распространение пламени в ламинарном потоке.

Для осуществления стабильного процесса горения в потоке необходимо создать такие условия, чтобы фронт пламени был оставлен в пространстве. Выполнение этого условия обеспечивает газогорелочное устройство. Возникший фронт пламени, распространяющийся навстречу потоку газовоздушной смеси, стабилизируется в той области, где скорость потока равна скорости фронта пламени. Если поток газовоздушной смеси двигался бы в трубе с равномерным полем скоростей и его скорость была бы равна скорости распространения пламени, то возникший поперечный фронт пламени был бы остановлен в пространстве. Фронт пламени расположился бы перпендикулярно оси потока, а скорость его полностью уравновесила бы скорость пламени. В результате установился бы стационарный процесс горения. Следовательно, условием стабилизации горения является прямая компенсация скорости пламени скоростью потока.

Вместе с тем, если бы даже удалось осуществить прямую компенсацию плоского фронта пламени, то такая горелка могла бы работать только на одном режиме, соответствующем стабильности фронта пламени. При увеличении скорости потока она превосходила бы скорость распространения пламени и пламя отрывалось бы от горелки. В противоположном случае пламя проскакивало бы внутрь горелки. В обоих случаях терялась бы устойчивость процесса горения. В действительности поток смеси имеет неравномерное поле скоростей. В центральной части потока скорость максимальная, а у стенки равна нулю. Вследствие этого возникает косой фронт пламени. Составляющая Wr будет сносить фронт пламени по поверхности конуса вверх, к его вершине.

44. Распространение пламени в турбулентном потоке

В промышленных газогорелочных и топочных устройствах осуществляют сжигание газа в турбулентном потоке, в результате чего существенно интенсифицируются тепловые процессы, протекающие при его горении. Значительно возрастает и скорость распространения пламени. Распространение пламени в турбулентном потоке можно наблюдать при выходе готовой смеси из горелки, когда скорость потока соответствует турбулентному движению. В этом случае возникший фронт пламени имеет размытые контуры и значительную толщину. Пламя неустойчивое, легко отрывается от горелки, и для его поддержания необходимо организовать непрерывное зажигание струи с периферии.
Процесс распространения пламени определяется турбулентными характеристиками потока, турбулентной теплопроводностью, турбулентной диффузией и процессом химического превращения в зоне горения. Этими же характеристиками определяется и турбулентная скорость распространения пламени UT. Так как турбулентные характеристики потока зависят от его скорости, следовательно, турбулентная скорость распространения пламени также будет зависеть от скорости потока. В этом состоит одно из существенных отличий процесса турбулентного распространения пламени от нормального распространения в ламинарном потоке.

45. Процесс возгорания и воспламенения

Тепловая теория воспламенения — теория протекания экзотермической реакции в условиях прогрессивного самоускорения, обусловленного накоплением выделяющегося в ходе реакции тепла. Экзотермическая реакция в зависимости от условий осуществляется двояким образом. Она может протекать с малой скоростью и с небольшим разогревом (до нескольких десятков градусов). В этом режиме наблюдается тепловое равновесие между реагирующей системой и окружающей средой. Такой режим называется стационарным, так как теплоприток от реакции компенсируется теплоотводом в окружающую среду. Однако при изменении условий возможен переход к другому режиму — нестационарному, когда теплоприток от реакции превышает теплоотвод в окружающую среду. Скорость реакции в этом случае возрастает по экспоненциальному закону, температура системы также возрастает, и при определенных условиях происходит тепловое воспламенение (тепловой взрыв). Резкий переход от одного режима к другому может происходить при малом изменении внешних условий. Условия, при которых происходит переход к режиму воспламенения при незначительном изменении внешних воздействий, называются критическими.

При исследовании процессов теплового воспламенения различают реакции нулевого, первого и второго порядка. Для реакций нулевого порядка считают, что их скорость не зависит от степени превращения вещества (от числа прореагировавших молекул), а зависит только от температуры. Математическая постановка задачи в этом случае включает уравнение теплопроводности с нелинейным источником теплоты. В случае реакций первого и второго порядка, когда учитывается изменение скорости реакции от степени превращения вещества, к уравнению теплопроводности добавляется еще уравнение химической кинетики. Математическая постановка задачи в этом случае значительно усложняется, так как интегрированию подлежит система нелинейных дифференциальных уравнений в частных производных.

Знание процессов теплового воспламенения твёрдых топлив, порохов и взрывчатых веществ имеет важное значение для безопасного изготовления, хранения и применения изделий, содержащих указанные вещества. В процессе снаряжения изделий могут возникать неоднородности сплошной структуры, приводящие в некоторых случаях к преждевременному тепловому воспламенению (тепловому взрыву).

Поиск по сайту: