ПОИСК Статьи Рисунки Таблицы ЧАсЧь ТРЕТЬЯ СПЕЦИАЛЬНЫЕ ЗАДАЧИ ТЕОРИИ ФАКЕЛА Глава восьмая Диффузионное горение в высокоскоростном потоке из "Основы теории газового факела" Значение может быть заимствовано из экспериментальных данных по турбулентной скорости распространения пламени для аналогичных условий. Данные такого рода приведены в ряде работ [Л. 50 78 100]. Можно также выполнить расчет в более общей постановке, используя одну из теоретических формул для определения величины Обычно скорость турбулентного горения задается в виде функции пульсационной скорости и, нормальной скорости горения и др. Поэтому расчет местоположения, фронта пламени может быть выполнен путем совместного рассмотрения выражения для скорости горения и соотношений, определяющих аэродинамическую структуру факела. [c.138] В связи с некоторой неопределенностью в закономерностях гомогенного факела (учет поля давления, ускорение газа на фронте, о чем говорилось в предыдущем параграфе) отсутствует надежный критерий для выбора метода расчета профилей скорости, температуры и концентрации в гомогенном турбулентном факе (е. Только в результате подробного и тщательно выполненного экспериментального исследования могут быть получены данные, необходимые для уточнения расчетной схемы. При отсутствии таких данных целесообразно, как это сделано ниже, прибегнуть к наиболее простому расчету и с его помощью показать возможность построения подробной картины факела. Таким простейшим расчетным путем-является предположение о сохранении в начальном участке факела того же универсального профиля скорости, что и в струе несжимаемой жидкости. Проиллюстрируем сказанное здесь на примере расчета. [c.138] Обращаясь к схеме факела на рис. 7-1, легко прийти к выводу, что наиболее вероятным будет расположение турбулентного фронта пламени внутри пограничного слоя — в области смешения, так как среди спектра значений скорости от О до обязательно найдется значение Ыф, удовлетворяющее закону В. А. Михельсона. Такое предположение было высказано впервые Г. И. Абрамовичем [Л. 1]. [c.139] Уравнение (7-15) определяет местоположение фронта пламени в свободном турбулентном потоке. При заданном виде функции Р (ф) для определенных значений г я р можно из уравнения (7-15) найти соответствующее значение координаты фронта пламени фф-В предельном случае, когда г = 1, а / = О, т. е. когда турбулентная скорость распространения пламени пропорциональна пульсационной составляющей скорости турбулентного течения, зависит лишь от константы турбулентности а и не зависит от скорости нормального распространения пламени W и через нее от теплотворности смеси. [c.139] Таким образом, из выражений (7-16) и (7-17) следует, что зависимости (q) и Фф (q), полученные выше, качественно противоположны аналогичным выражениям, приведенным в предыдущем параграфе и отвечающим газодинамической схеме фронта теплового скачка. [c.141] В первом приближении (для случая крупномасштабной турбулентности) скорость турбулентного распространения пламени можно принять пропорциональной первой степени скорости истечения смеси. Однако в общем случае ввиду того, что значение координаты фронта пламени фф само зависит от величины скорости истечения смеси [см. выражение (7-17)1, скорость турбулентного распространения пламени можно представить в виде где показатель степени m 1. [c.141] В предыдущих параграфах задача о горении однородной газовой смеси в турбулентном факеле рассматривалась в одной из двух частных постановок. В первой из них газодинамический расчет фронта пламени — поверхности теплового скачка — дополняется предположением о максимальном отклонении потока. Во второй скорость турбулентного горения на фронте считалась заданной априори, Тем самым в неявном виде в основу расчета была положена квазигетерогенная схема. В обоих случаях введение дополнительного условия приводило к отбору единственного решения — для местоположения фронта и для всей задачи в целом. [c.141] Качественную картину горения турбулентного гомогенного факела представим в следующем виде. Допустим, что струя стехиометрической горючей смесн вытекает в неограниченное пространство, заполненное воздухом или инертным газом (рис. 7-7, а). Пусть турбулентный фронт пламени занимает некоторое среднее положение. Скорость реакции будем считать при этом конечной, но столь большой, что фронт пламени можно схематически рассматривать как поверхность. [c.142] Если же целью расчета является только построение профилей температуры, скорости и концентрации для интенсивного горения вдали от срыва, то достаточно определить местоположение фронта пламени. Его нельзя было бы, однако, найти (без специального допущения) в предположении о бесконечно большой скорости реакции. В этом случае все мыслимые положения фронта равноправны и всем им отвечает одно и то же значение температуры горения. При конечной скорости реакции только одному положению фронта отвечает максимум температуры и полноты сгорания это положение и является решением задачи. [c.143] Количественный расчет проведем на простейшем примере автомодельной задачи о горении стехиометрической смеси в свободном турбулентном плоскопараллельном пограничном слое (см. рис. 7-1). [c.143] Имея в виду главным образом качественную сторону, поступим проще — пренебрежем изменением плотности, т. е. будем решать систему уравнений (6-1) для случая р = onst. При заметном сокращении выкладок это н внесет существенного искажения в конечные результаты расчета. [c.143] Как и при рассмотрении плоского фронта пламени в задаче о диффузионном факеле (см. 6-1), из уравнений движения и неразрывности находится единое для всего поля течения решение динамической задачи профиль скорости). Уравнения энергии и диффузии интегрируются раздельно для областей по обе стороны фронта пламени (поверхности слабого разрыва), а затем полученные решения смыкаются на фронте. [c.143] Заметим, что расчет в квазигетерогенном приближении ограничен по физическим предпосылкам (интенсивное горение) областью вблизи максимальной температуры. В этой области различие между средней константой реакций и ее значением, рассчитанным по средней температуре, невелико. Поэтому в дальнейшем примем значение х 1 и в расчете в первом приближении пренебрежем эффектом, связанным с влиянием турбулентных пульсаций температуры. Роль его, как указано в 5-3, особенно велика при низких значениях температуры — вблизи области воспламенения (и, конечно, при высоких значениях интенсивности турбулентных пульсаций). [c.144] Для простоты решения примем = Т = Т , = onst, т. е. At = СрАГ, а также W (с) = рс. Последнее отвечает простой реакции первого (суммарного) порядка. Решение автомодельной задачи известно [см. формулы (6-12) — (6-17)]. [c.144] Для определения неизвестных из газодинамического расчета значений температуры и концентрации на фронте пламени используем условия (7-20) и (7-21) — уравнения материального и теплового баланса, которые легко привести к виду (6-21) и (6-22), обычному в теории теплового режима горения [Л. 21 ]. [c.144] В это уравнение входит неизвестная еще величина фф — координата фронта пламени. Задавая значения ф из соотношения (7-22), можно определить величину стационарной температуры горения для заданных условий (ы , и т. д.). [c.144] Следует отметить, что уравнение (7-25) имеет три корня. Два из них, как известно из теории теплового режима, определяют устойчивые режимы горение и медленное окисление. Третий корень, соответствующий промежуточному режиму, отвечает неустойчивому состоянию системы (рис. 7-8). В связи с этим при решении уравнения (7-20) необходимо выбирать корень, отвечающий верхнему режиму — горению. [c.145] ВИИ с известными положениями теории теплового режима 1Л. 211. Зависимость температуры горения от теплотворности смеси приведена на рис. 7-9, б. [c.146] Значительный интерес представляет вопрос о влиянии параметров процесса на полноту сгорания. На рис. 7-10 показана зависимость полноты сгорания от начальной скорости истечения газа и теплотворности смеси. Из этого графика видно, что увеличёние скорости или уменьшение теплотворности приводит к снижению полноты сгорания. [c.146] Приведенные выше качественные выводы проиллюстрируем следующим примером. [c.146] Вернуться к основной статье