ПОИСК Статьи Рисунки Таблицы Стабилизация пламени плохо обтекаемыми телами из "Горение и массообмен" Что означает термин плохо обтекаемое тело . Плохо обтекаемое тело представляет собой твердый предмет, имеющий такую форМ у, что при погружении его в движущуюся среду возникает циркуляционное течение в следе за этим предметом. Примерами являются сфера, круглый цилиндр,.ось которого перпендикулярна -направлению потока, конус, ось которого параллельна направлению потока, У-образный желоб, щромки которого перпендикулярны направлению потока и т. д. (рис. 17.1). Если движущейся средой является газ, в котором может протекать экзотермическая реакция, и этот газ движется со скоростью, значительно превышающей скорость нормального распространения. пламени в смеси, то стационарное пламя может существовать только в там случае, если в потоке имеются уст ройства для стабилизации пламени. Наиболее распространенным устройством является плохо обтекаемое тело. Существенная особенность его заключается в циркуляции потока в ближнем следе тела это циркуляционное течение несет вверх по потоку продукты сгорания поданных ранее топлива и окислителя, которые -перемешиваются со овежим несгоревшим газом. [c.181] Области использования стабилизаторов пламени в виде плохо обтекаемых тел. Стабилизацию йламени плохо обтекаемыми телами используют в форсажных камерах сгорания авиационных газотурбинных двигателей. Подобные устройства применяются в прямоточных воздушно-реактивных двигателях (рис. 17.4). Иногда и в основной камере сгорания газотурбинного двигателя применяется стабилизация пламени плохо обтекаемым телом, однако в этом случае запромождаамая площадь гораздо больше, чем свободная площадь канала. [c.182] Некоторые экспериментальные данные. Дезюбей [4] использовал диски, установленные в стационарном потоке воздуха, перемешанного с газообразным углеводородным топливом. Оси дисков были параллельны оси канала диаметр дисков составлял 6,35 12,7 и 25,4 мм при диаметре канала 69,9 мм. Давление изменялось от 0,2 до 1 кг/см , а температура на входе соответствовала окружающей температуре. Измерялась скорость горючей смеси у кромки диска ср, при которой пламя переставало существовать (т. е. скорость при срыве или погасании пламени). Результаты показаны на рис. 17.5. [c.182] Баррер и Местр [1] провели подобные опыты с цилиндрическими стабилизаторами различного попереч1ного сечения и размера, которые устанавливались в канале прямоугольного сечения. Давление было атмосферны)м, топливом служил пропан, который смешивался с воздухом начальная температура смеси составляла 290 К. В экспериментах, результаты которых даны на рис. 17.6, высота стабилизатора равнялась 5 мм, а высота канала — 30 мм. [c.183] Стабилизатор 1 представлял собой полосу, широкая сторона которой была перпендикулярна направлению потока. Стабилизатор 2 был выполнен в виде желоба с угло1м 90°, обращенного вершиной к потоку. Стабилизатором 3 являлся круглый, цилиндр. Рис. 17.6 показывает, что стабилизатор 1 обеспечивает более высокие скорости при срыве пламени, чем стабилизатор 3. Различие между стабилизаторами / и 2 не является, видимо, существенным, если учесть имеющийся разброс экспериментальных данных. Этот рисунок показывает также, что в данном случае максимальные значения Мср лежат в области богатых смесей. Часто это явление присуще топливам с высоким молекулярным весом и стабилизаторам малой ширины объяснение дано ниже, в разд. 17.4. [c.183] Цель данной главы. Цель приведенного далее обсуждения следующая понять изложенные выше факты с точки зрения химической кинетики рассчитать значение Мср в других условиях рассмотреть пути значительного увеличения ср без существенных затрат. [c.183] Кинетика химических реакций. В данном случае применимы соображения, приведенные в гл. 14 и 15. [c.183] Термодинамика. Сказанное о кинетике химических реакций относится и к термодинамической стороне явления. [c.184] Механика среды. Структура течения за плохо обтекаемым телом. Приближенно линии тока показаны на рис. 17.7. Область возвратного течения обычно имеет длину в 2—5 раз большую 1 высоты тела. При скоростях, которые типичны для устройств, стабилизирующих пламя, среда внутри зоны, ограниченной замкнутыми линиями тока, сильно турбулизирована. [c.184] Описание. Предварительное замечание. Точная теория требует учета неоднородностей температуры и других параметров в зоне циркуляции, что влечет за собой необходимость решения уравнений в частнщх производных. Вместо этого, с целью облегчения задачи здесь будут выполнены расчеты только порядка величин. [c.185] Структура течения. Область, очерченная замкнутой линией тока, которая начинается от точки отрыва потока на плохо обтекаемом теле, будет рассматриваться как зона, в которой йнтенсив-ность, турбулентности настолько высока, что температура и концентрация однородны. Ее объем составляет приближенно 01 на единицу длины для плоского течения и я/ //4 для осесимметричного течения. Площадь поверхности этой зоны составляет 21 на единицу длины в первом случае и л01 — во втором. [c.185] Обмен между зоной циркуляции и основным потоком. Поток тепла через единицу площади составит а (Гг—Ти), где 7г —температура в зоне циркуляции Ти — температура окружающего него-рящего потока. Подобным образом скорость передачи топлива от основного потока к зоне циркуляции через единицу площади составит g(fn oпл,u—m o Iл,r) Предполагается, что передача тепла к стабилизатору и в окружающую среду излучением отсутствует. [c.185] Реакция. Предположим, что протекает та же одностадийная реакция, определяемая столкновениями молекул, которая принималась ранее следовательно, и в данном случае скорость реакции, может быть представлена функцией / (т). [c.185] уравнение (17.2.5) объединяет скорость подачи с Св, р, ы и т. д., а по уравнению (16.3.3) из гл. 16. [c.186] НОСТЬЮ. Одна из причин этого заключается в том, что касательные напряжения и скорости массообмена пр0п0 рци01нальны плотности газа, а она в зоне пламени резко (уменьшается. Однако данный анализ содержит ряд приближений разумно ожидать только, что значение 1ь,ср лежит в диапазоне, скажем, от 4 до 40. Более точные данные следует получать при эксперименте. [c.187] Влияние состава смеси. Из данных Лонгвелла и Вейсса следует, что скорости реакции и также скорости при погасании пламени очень малы, если эквивалентное отношение лежит вне диапазона 0,4 ф 2. Поскольку стехиометрическое отношение топливо — воздух выше 0,067, то это означает, что для отношений топливо- воздух выше 0,133 и ниже 0,0267 Ыср. будет очень мало. Данные Дезюбея подтверждают эти предсказания достаточно хорошо. [c.188] Вернуться к основной статье