ПОИСК Статьи Рисунки Таблицы Форма диффузионного пламени из "Горение" До сих пор речь шла лишь о высоте диффузионного пламени, возникающего в струе горючего газа, вытекающего из горелки. Возникает вопрос, какую форму имеет диффузионное пламя Этот вопрос много лет тому назад был решен численно Бурке и Шуманом [7], которые получили результаты, позволившие объяснить качественно и даже количественно экспериментальные факты. Бурке и Шуман рассмотрели задачу о ламинарном диффузионном пламени следующим образом. На срезе вертикальной трубки радиусом L, по которой поступает горючий газ, устанавливается ламинарное диффузионное пламя. Эта трубка помещена по оси другой, более длинной внешней трубки, имеющей радиус Н. По зазору между внешней и внутренней трубками поступает воздух. Средние скорости течения горючего газа и воздуха одинаковы, т. е. объемные расходы горючего газа и воздуха поддерживаются в отношении (/ — 1)2. Для упрощения задачи вводятся следующие допущения скорости течения горючего газа и воздуха в зоне пламени постоянны коэффициент диффузии постоянен диффузия осуществляется только в радиальном направлении смешение горючего газа с окислителем осуществляется только за счет диффузии. Фактически химическая реакция локализуется в пределах очень узкой области, которую можно рассматривать как математическую поверхность. Она занимает положение, в котором скорости диффузии горючего газа и воздуха обеспечивают получение стехиометрической смеси. [c.180] Отрицательная величина — i/i имеет следующий смысл. Так как кислород н горючий газ, соединяясь, образуют продукты сгорания, то при математической записи концентрацию кислорода можно принять за отрицательную концентрацию горючего, т. е. концентрация кислорода С2, вырал енная как концентрация горючего газа, будет равна —Сг/i. Следовательно, на граничной поверхности пламени Сгу = 0. [c.181] Форма пламени, определенная в результате расчетов, очень хорошо согласуется с формой реальных пламен. Бурке и Шуман подтвердили достоверность теории, сопоставив теоретическое решение с экспери-ментом. [c.182] Формула (8.45) предсказывает, что если объемный расход газа поддерживать неизменным, то высота диффузионного пламени с избытком окислителя не зависит от размеров внешней и внутренней трубки (диаметры изменяются при постоянном коэффициенте пропорциональности). Этот вывод подтверждается результатами измерений. [c.182] Согласно формуле (8.45), если D увеличить в т раз, а у увеличить в /т раз, то уравнение останется без изменений. Другими словами, если прочие факторы не изменяются, то высота пламени должна быть обратно пропорциональной коэффициенту диффузии. Для пламен оксида углерода и водорода i = Д. Как показывают измерения, в первом случае высота пламени в 2,5 раза больше, чем во втором. Поскольку отношение коэффициентов диффузии этих газов при комнатной температуре равно 4, полученный результат свидетельствует о достаточно хорошем качественном согласии между расчетом и экспериментом. [c.182] Кроме того, уравнение (8.45), описывающее форму пламени, не изменяется и при одновременном увеличении в т раз параметров и и у, т. е. размер пламени в продольном направлении прямо пропорционален скорости течения. [c.183] Этот вывод уже обсуждался ранее, но рассмотрим дополнительно результаты экспериментов Бурке и Шумана, приведенные в табл. 8.1. Видно, что прямая пропорциональность между высотой пламени и расходом сохраняется лишь при сравнительно небольших высотах пламени, что уже упоминалось ранее.. [c.183] Если горючий газ частично заменить на инертный газ, например, на азот, то значение С уменьшится. Это должно вызвать уменьшение высоты пламени в случае недостатка кислорода. Так, пламя метана при случае избытка кислорода и увеличение высоты пламени в случае недостатка кислорода. Так, пламя метана при избытке кислорода имеет высоту 8,1 дюйма. При замене половины метана на азот высота пламени снижается до 3,5 дюймов. Согласно теории, длина пламени должна уменьшиться вдвое, что, по-видимому, следует расценивать как достаточно хорошее качественное совпадение. Если заменить часть горючего газа на кислород, то значение сх уменьшится, и можно ожидать такой же эффект, как и в случае инертного газа. Но если ввести в горючий газ слишком много кислорода, то возникнет пламя в предварительно перемешанной смеси типа бунзеновского пламени. Такие пламена были рассмотрены в предыдущей главе. [c.184] Согласно формуле (8.45), если увеличить , высота пламени с избытком кислорода должна увеличиться, а высота пламени с недостатком кислорода уменьшиться. Результаты эксперимента, подтверждающие этот эффект, приведены в табл. 8.2. Если учесть разницу в коэффициентах диффузии, то можно получить очень хорошее согласие рассчитанных и измеренных значений. [c.184] Была сделана попытка оценить с помощью этого метода коэффициент диффузии ири температуре пламени и было показано, что его значение почти не изменяется в различных точках вдоль оси горелки. Например, в случае оксида углерода )=0,104 (дюйм) /с-В табл. 8.3 приведены результаты расчета высоты пламени, в котором использовано это значение коэффициента диффузии. Видно, что расчет очень хорошо согласуется с экспериментом. [c.185] В заключение еще раз подчеркнем основной вывод этого раздела, который состоит в том, что в диффузионных пламенах рассмотренного типа определяющим фактором является диффузия, а химическая реакция играет вторичную роль. [c.185] Вернуться к основной статье