ПОИСК Статьи Рисунки Таблицы О расчете турбулентного факела из "Аэродинамика факела" Явления, происходящие в турбулентном потоке горящего газа, описываются сложной системой уравнений. В состав ее входят уравнения движения и неразрывности для течения вязкого сжимаемого газа, а также уравнения энергии и диффузии для компонент горючей смеси и продуктов реакции, содержащие нелинейные источники тепла и вещества. Интенсивность этих источников определяется уравнениями химической кинетики. В общую систему уравнений входят также уравнение состояния и выражения, определяющие зависимость физических констант (коэффициенты вязкости, теплопроводности, диффузии и др.) от температуры и давления, а в принципе и от состава смеси. В общем случае учету подлежат также изменение молекулярной массы в ходе реакции, отличие теплоемкости исходных реагентов от теплоемкости продуктов сгорания, потери теплоты при излучении пламени, явления диссоциации, ионизации и рекомбинации, эффекты термо- и бародиффузии и диффузионной теплопроводности, обусловленные наличием резких градиентов температуры и концентраций и др. [c.14] В такой ситуации неизбежны далеко идущие упрощения как физической, так и математической постановки задачи. Практически дело сводится прежде всего к замене полных уравнений Навье—Стокса приближенными уравнениями теории пограничного слоя и к отказу от учета влияния ряда второстепенных факторов. Содержание и характер упрощений, вводимых в расчет, в значительной мере определяются его назначением, степенью общности и прикладной направленностью, выбором конкретных задач. [c.15] С развитием вычислительной техники и все более широким применением ЭВМ характер допущений заметно меняется. Сравнительно недавно среди них преобладали упрощения чисто математического характера, иногда вплоть до отбрасывания мешающих решению членов уравнений, оценка влияния которых на конечные результаты расчета обычно весьма затруднительна. [c.15] В последнее время получили развитие численные методы расчета на ЭВМ, позволяющие в принципе учесть почти все многообразие физическйх условий, свойственных реальной обстановке. В качестве примера заслуживают упоминания многочисленные работы Сполдинга с сотрудниками [35], содержащие небезуспешные попытки возможно более полного приближения к действительным условиям протекания процесса, например попытки учета сложной конфигурации камер сгорания, реальных граничных условий, распределения потоков топлива и окислителя и т. п. При этом, однако, еще резче выявляется недостаток сведений по макрокинетике турбулентного горения, да и по самому механизму турбулентности. В результате (и в этом своеобразная диалектика развития) вновь возрастает значение простых приближенных методов расчета, основанных на физически ясных допущениях, приводящих к легко обозримым конечным результатам. [c.15] Ценность такого рода методов, разработке которых в значительной мере посвящена эта книга, двоякая. Во-первых, они в известной степени удовлетворяют уже сейчас запросам инженерной практики. Во-вторых, они служат наглядными моделями развитого процесса, отражающими если не все, то основные присущие ему тенденции. [c.16] Второе, т. е. модельный характер рещений, оправдывает сохранение в задаче только наиболее существенных, определяющих факторов и отбрасывание всех остальных, учет которых, если он необходим (и отвечает точности опыта), переносится в детальный численный расчет с помощью ЭВМ для конкретных условий. [c.16] Разумеется, в конечном счете эффективность метода расчета и справедливость полученных результатов, а также границы применения выясняются при сопоставлении с экспериментом. Последнему, впрочем, принадлежит решающая роль и при выборе исходной расчетной схемы. [c.16] При исследовании и построении расчета горения газового факела для условий, характерных для многих энергетических топок, можно на основании анализа обширного экспериментального материала пренебречь влиянием диссоциации и изменения молекулярной массы и теплоемкости в ходе реакции, теплотой трения и термо- и бародиффузией, потерями на излучение. Можно также в первом приближении (соответствующем, как правило, инженерным задачам) не учитывать изменения давле--ния во всем поле течения свободного факела. Последнее нуждается в некотором разъяснении. [c.16] Наряду с пульсациями температуры на скорость турбулентного горения определенное влияние оказывают пульсации концентрации. Однако влияние их на макрокинетику, как правило, невелико. [c.19] Естественно, что приведенные выше оценки нелинейного эффекта условны, так как относятся к выбранному диапазону значений параметров и, что более важно, ограничены нульмерной (точечной) схемой расчета. И для нее, впрочем, могут быть получены различные кривые т Т ), в том числе кривая с двумя максимумами, как в одномерной теоруи [11]. Действительно, характер зависимости скорости горения от средней температуры сушественным образом зависит в турбулентном потоке от того, как изменяется интенсивность температурных пульсаций. Последние, в свою очередь, зависят от пульсаций скорости и градиента Т , т. е. от пространственного распределения переменных. Однако достаточно полные опытные данные или результаты детального расчета с учетом поля пульсаций для двух- или трехмерной задачи в настоящее время неизвестны. Поэтому выявление влияния нелинейной зависимости скорости реакции от температуры и концентрации в турбулентном факеле при переходе от актуальных переменных к осредненным является одной из важных задач исследования. [c.19] В конечном счете под понятием аэродинамической теории и метода расчета факела будем, как и ранее, подразумевать такую схематизацию явления, при которой на первый план ставится учет явлений переноса. Более того, предположение о бесконечной скорости реакций делает возможным обобщенный расчет факела на основе- полученных в теории струй соотношений. Конечно, такая аэродинамика факела не дает ответа на многие вопросы (прежде всего о кинетике реакций). В сочетании с теорией теплового режима горения аэродинамическая теория дает разумное объяснение вопросам устойчивости горения, явлениям стабилизации и срыва пламени и т. п. Наконец, детальный эксперимент и соответствующая обработка данных позволяют (для факела однородной смеси) оценить макрокинетические константы реакций. [c.20] Вернуться к основной статье