Помощничек
Главная | Обратная связь


Археология
Архитектура
Астрономия
Аудит
Биология
Ботаника
Бухгалтерский учёт
Войное дело
Генетика
География
Геология
Дизайн
Искусство
История
Кино
Кулинария
Культура
Литература
Математика
Медицина
Металлургия
Мифология
Музыка
Психология
Религия
Спорт
Строительство
Техника
Транспорт
Туризм
Усадьба
Физика
Фотография
Химия
Экология
Электричество
Электроника
Энергетика

Горение в движущемся газе



Для описания процессов горения используется термин «нормальна скорость пламени»[2]. Он характеризует скорость движения фронта пламени в неподвижной газовой смеси. Такое идеализированное состоянии можно создать лишь в лабораторном эксперименте. В реальных условия горения пламя всегда существует в движущихся потоках.

Поведение пламени в таких условиях подчиняется двум законам, установленным русским ученым В. А. Михельсоном.

Первый из них устанавливает, что составляющая скорости газового потока V по нормали к фронту пламени, распространяющегося по неподвижной смеси, равна нормальной скорости распространения пламени деленной на соs φ

ν = u / соs φ (1.1)

где φ - угол между нормалью к поверхности пламени и направление газового потока.

Величина охарактеризует количество газа, сгорающего в единицу времени в косом пламени. Ее принято называть действительно скоростью горения в потоке. Действительная скорость во всех случае равна или превышает нормальную.

Этот закон применим только к плоскому пламени. Обобщение его на реальные пламена с искривлением фронта пламени дает формулировку второго закона - закона площадей.

Предположим, что в газовом потоке, имеющем скорость ν и поперечное сечение ε стационарно расположен искривленный фронт пламени с общей поверхностью S. В каждой точке фронта пламени пламя распространяется по нормали к его поверхности со скоростью u. Тогда объем горючей смеси, сгорающей в единицу времени ω составит:

ω =uНS (1.2)

В соответствии с балансом исходного газа этот же объем равен:

ω = ν ε (1.3)

'

Приравнивая левые части (1.2) и (1.3) получаем:

ν =uН (1.4)

В системе отсчета, в которой фронт пламени перемещается по не­подвижной газовой смеси, соотношение (1.4) означает, что пламя распро­страняется относительно газа со скоростью ν. Формула (1.4) является ма­тематическим выражением закона площадей, из которого следует важный вывод: при искривлении фронта пламени скорость горения вырастает пропорционально увеличению его поверхности. Поэтому неоднородное движение газа всегда интенсифицирует горение.

Турбулентное горение

Из закона площадей следует, что турбулентность увеличивает ско­рость горения. На пожарах это выражается сильной интенсификацией процесса распространения пламени.

Различают (рис. 1.2) два вида турбулентного горения: горение одно­родной газовой смеси и микродиффузионное турбулентное горение.

При горении однородной смеси в режиме турбулентного горения возможны два случая: возникновение мелкомасштабной и крупномасштабной турбулентности. Такое разделение производится в зависимости от соотношения масштаба турбулентности и толщины фронта пламени При масштабе турбулентности меньшем толщины фронта пламени ее от­носят к мелкомасштабной, при большем - к крупномасштабной. Меха­низм действия мелкомасштабной турбулентности обусловлен интенсифи­кацией процессов горения за счет ускорения процессов тепломассопереноса в зоне пламени. При описании мелкомасштабной турбулентности формулах для скорости распространения пламени коэффициенты диффу­зии и температуропроводности заменяются на коэффициент турбулентно­го обмена.

Наибольшие скорости горения наблюдаются при крупномасштабной турбулентности. В этом случае возможны два механизма ускорения горе­ния: поверхностный и объемный.

Поверхностный механизм состоит в искривлении фронта пламени турбулентными пульсациями. В этом случае скорость горения возрастает пропорционально увеличению поверхности фронта. Однако это справед­ливо лишь для условий, когда химические превращения в пламени завер­шаются быстрее, чем успеет произойти турбулентное смешение. В этом случае, когда турбулентное смешение обгоняет химическую реакцию, зо­на реакции размывается турбулентными пульсациями. Такие процессы описываются закономерностями объемного турбулентного горения.

Время турбулентного смешения τсм равно отношению масштаба турбулентности l к пульсационной скорости uпульс- Поэтому ускорение пламени за счет турбулентных пульсаций происходит по поверхностному механизму, если выполняется условие:

> τхим (1.5)

где τхим - время протекания химической реакции при температуре горе­ния Тгор.

Если условие (1.5) не выполняется, то имеет место механизм объем­ного турбулентного горения.

Время химической реакции может быть выражено через макроско­пические величины: нормальную скорость пламени и толщину фронта пламени δ

τхим= (1.6)

Тогда критерий поверхностного ускорения принимает вид:

> (1.7)

Для оценки скорости ν распространения турбулентного пламени при поверхностном ускорении К. И. Щелкиным предложена формула:

ν = ω (1.8)

где В - слабо меняющееся число, не превышающее единицу. В пределе при сильной турбулентности турбулентная скорость пламени стремится к пульсационной скорости, т. е. В - к единице.

 




Поиск по сайту:

©2015-2020 studopedya.ru Все права принадлежат авторам размещенных материалов.