Воспламенение в турбулентности

Кинетические и диффузионные пламена. Сжигание жидких углеводородов осуществляется с обязательным предшествующим испарением и, следовательно, с образованием диффузионного пламени, которое по своему характеру может быть турбулентным и светящимся, а сжигание газообразных углеводородов может осуществляться в двух совершенно отличных друг от друга типах горелочных устройств. При сжигании с предварительным смешением в устройствах осуществляется предварительная (до воспламенения) подготовка смеси первичного воздуха с топливным газом. Степень перемешивания различна от нескольких процентов до 100 % сте-хиометрической смеси. Диффузионное горение возникает при взаимодействии струи газа с окружающей атмосферой, когда весь необходимый воздух поступает непосредственно во фронт горения пламени до перемешивания с газом. Горючие газы и кислород должны диффундировать в противоположных направлениях из зоны горения и в нее. Вполне понятно, что устойчивость такого пламени будет тем выше, чем дольше сохраняется неизменным соотношение газ—окислитель, а сжигание в нем тем полнее, чем больше в топливе легких углеводородов (в этом случае необходимое соотношение газ—воздух достигается быстрее и легче, чем при сжигании углеводородов с более сложными и тяжелыми молекулами). На практике в атмосферном воздухе по этой схеме могут сжигаться только водород и метан. Во всех других случаях, если не осуществлять предварительной подготовки, будут наблюдаться интенсивная турбулентность в пламени, шум и неполное горение с образованием углерода. [c.100]

Уже при рассмотрении кинетического горения в ламинарном потоке мы убедились, что форсировка горения связана с увет1ичением поверхности фронта воспламенения, что и является средством одновременного введения в процесс большего количества горючей смеси. Однако в ламинарном потоке это достигалось, например, на бунзеновской горелке за счет удлинения конуса горения. При турбулизации потока возникающая пульсационная скорость начинает волновать поверхность фронта, если имеет место мелкомасштабная турбулентность, т. е. если масштаб турбулентности [c.93]

Фиг. 21-2. Схемы стабилизирующих участков воспламенения при ламинарном (й) и турбулентном (б) течении горючей смеси.

При измерении содержания ацетилена по длине поперечного сечения пламени на экспериментальной установке было показано, что ацетилен образуется очень быстро и в узкой зоне. В дальнейшем пытались установить соотношение между изменением этого содержания по длине пламени (включая зоны воспламенения, собственно горения и окончания горени/1), диаметром газовых потоков, характером (ламинарным или турбулентным) потока и, естественно, соотношением кислорода и углеводородов. [c.112]

Следует отметить, что пределы воспламеняемости топливо-воз-душных смесей в двигателе зависят не только и не столько от химического состава топлива, сколько от условий воспламенения и сгорания. Сюда относятся в первую очередь интенсивность воспламенения, температура смеси в момент воспламенения, турбулентность смеси и т. д. [c.58]

В книге подробно излагаются методы расчета скорости распространения ламинарного пламени, современное состояние теории турбулентного горения, теория газовой детонации, теория горения отдельных частиц и потока распыленного топлива, теория воспламенения, теория горения твердого ракетного топлива, горение в пограничном слое и другие вопросы. [c.13]

Скорость распространения пламени зависит также от состояния смеси перед воспламенением. Если смесь неподвижна или течет ламинарно, то процессы переноса во фронте пламени осуществляются за счет молекулярной диффузии и теплопроводности. Такое распространение пламени называют ламинарным. Если горючая смесь находится в турбулентном движении, то молекулярная диффузия начинает играть второстепенную роль — ведущее значение в распространении пламени приобретают процессы турбулентного смешения свежей смеси с продуктами сгорания [18]. Подобное горение называют турбулентным. [c.56]

Сгорание бензино-воздушных смесей в двигателях представляет собой крайне сложную совокупность физико-химических процессов, развивающихся в условиях быстро изменяющихся температур, давлений и концентраций реагирующих веществ. Начинается процесс с воспламенения рабочей смеси электрической искрой. Небольшой очаг сгорания, возникающий между электродами свечи, постепенно превращается в развитый фронт турбулентного пламени. С увеличением турбулизации смеси скорость сгорания растет, фронт пламени продвигается по камере сгорания. В завершающей стадии скорость сгорания замедляется, фронт пламени приближается к стенкам камеры сгорания и смесь догорает в пристеночных слоях. Скорость распространения фронта пламени при нормальном процессе сгорания изменяется от 15—25 до 50—60 м/с. [c.9]

Воспламенение турбулентной струи газовоздушной смесп определяется законами распространения пламени. Характеристиками этого процесса являются средняя скорость распространения турбулентного пламени от периферии к центру струи 7т и длина зоны воспламенения [Ь ], между которыми существует непосредственная связь. Поскольку холодное ядро горящей струи располагается в ее начальном участке, где скорость равна скорости истечения при профиле, близком к плоскому, можно записать, что [c.202]

Содержание остальных глав книги в меньшей степени определяется педагогическими соображениями. В главе 7 рассматриваются турбулентные пламена, что связано с их большим практическим значением. В главе 8 проводится краткий анализ классической задачи о воспламенении, использующий понятие о тепловых потерях. В главе 9 излагаются основы теории стабильного и нестабильного горения в ракетных двигателях твердого и жидкого топлива. В главе 10 приводится пример подробного теоретического анализа одной частной задачи горения (горения капли унитарного топлива), результаты сравниваются с экспериментом. Полученные в главах 3 и 10 результаты применяются в главе 2, где излагается теория горения распыленного топлива. Изложение ведется применительно к за- [c.36]

Степень полноты окисления отходов зависит в основном от воспламеняемости отходов, времени нахождения их в печи, температуры пламени и турбулентности в реакционной зоне. Процесс сжигания применим в основном к органическим отходам, но его можно использовать и для разложения некоторых неорганических отходов. Воспламеняемость отходов характеризуется пределами воспламеняемости, температурой вспышки и температурами воспламенения и самовоспламенения. Чем ниже эти величины, тем меньше требуемая температура процесса сжигания и избыток кислорода. [c.137]

Вопрос интенсификации процесса горения важен для различных отраслей техники. Решить его можно путем подогрева топлива и окислителя, увеличением содержания кислорода в воздухе, переходом с ламинарного режима горения на турбулентный, предварительным перемешиванием горючего и окислителя. Перспективным способом следует считать метод воздействия электрического поля на пламя. Еще в 1910 г. Томсон высказал предположение о том, что образующиеся в пламени ионы и электроны должны влиять на процесс распространения пламени. Первым, кто оценил практическую значимость эффектов, наблюдаемых в пламенах при наложении электрического поля, был Бранд [1]. В дальнейшем были проведены многочисленные исследования влияния электрического поля на процесс горения. Изучались условия воспламенения, стабилизации горения, изменения формы пламени в электрическом поле и др. [c.76]

На концентрационные пределы воспламенения существенно влияют следующие факторы содержание кислорода, инертных и горючих примесей молекулярная масса и структура вещества начальная температура и давление смеси мощность источника зажигания турбулентность потока размеры сосуда и др. [c.195]

Закрученные турбулентные струи. Закрученные струйные течения широко применяются в различных технических устройствах. В топочной технике, где они получили особенно большое распространение, закрученные струи применяются для повышения устойчивости воспламенения и интенсификации горения. [c.35]

Определялись поправочные множители, учитывающие влияние естественной конвекции на скорость горения [ ]. Исследовалось влияние испарения и горения на сопротивление сферы (например, в работах [ ] и [ ]). Разные авторы исследовали влияние полимеризации, крекинга и фракционной перегонки в каплях многокомпонентного жидкого горючего, учитывали радиационный перенос тепла от пламени к кайле, теплопроводность (неоднородность температуры), движение жидкости внутри капли, интенсивную мелкомасштабную турбулентность в газе, близость других горящих капель, находящихся в окисляющей атмосфере, рассматривали явления воспламенения и погасания. Тем пе менее простых надежных и полезных поправок к формуле (58), учитывающих какой-либо из этих эффектов, не было получено. [c.89]

Существующие приближенные методы расчета профиля скоростей в турбулентных закрученных струях дают удовлетворительные решения для основного участка, но не позволяют получить возвратного течения в приосевой зоне начального участка. Вместе с тем тепловой поток рециркулирующих газов является основным источником тепла, обеспечивающим воспламенение топлива при факельном сжигании. [c.38]

Видимо, всегда можно подобрать такие условия, при которых будет осуществляться та или иная модель горения. Задача теории заключается в количественном определении этих условий и в расчете характеристик горения скорости распространения, ширины зоны реакции, пределов воспламенения и т. д. В практически интересных случаях (камеры сгорания, топки и т. д.) в пламени одновременно могут наблюдаться признаки различных моделей. В теории турбулентного горения большую роль играют молекулярно-турбулентная диффузия и смешение. [c.138]

Такое положение не будет, однако, продолжаться беспредельно. По мере увеличения степени турбулентности потока будет ускоряться смесеобразование, т. е. уменьшаться, пока, наконец, скорость смесеобразования значительно не превзойдет скорости самой химической реакции и процесс начнет протекать в кинетической области (т <-т ). Если принять, что процесс протекает при неизменной температуре, такое увеличение турбулентности потока равносильно перемещению процесса вверх по вертикали (фиг. 10-3). Переход процесса в кинетическую область будет характеризоваться потерей устойчивости, и дальнейшая форсировка процесса приведет к срыву фронта воспламенения. [c.96]

Для применения к процессам воспламенения и погасания необходимо иметь некоторые дифференциальные уравнения, которые позволяли бы раздельно учитывать химизм, различные граничные условия, различные условия турбулизации. При выполнении этих условий станет возможным помимо скоростей горения получать сведения о структуре турбулентного фронта пламени и т. п. параметрах, экспериментальное определение которых чрезвычайно сложно. Мы сможем ставить так называемые численные эксперименты, и анализируя их результаты, подтверждать или опровергать различные гипотезы. [c.9]

Турбулентные и центробежные форсунки лучше прямоструйных обеспечивают стабилизацию фронта воспламенения, однако слишком большое рассеяние частиц может создать холодную внутреннюю зону с недостаточной зажигательной способностью. [c.47]

Учитывая, что масштаб дробления является величиной одного порядка с начальным масштабом турбулентности и что пульсационная скорость а пропорциональна скорости потока легко прийти к условию потери устойчивости процесса воспламенения (срыва пламени) [c.98]

Воздействие чисто гидравлических приемов стабилизация воспламенения горючей смеси должно иметь также различный характер при ламинарном и при турбулентном режимах. [c.227]

В результате прогрева топлива и начавшегося интенсивного испарения вокруг капли образуется облако пара. Пары топлива, образовавшиеся на поверхности капли, вследствие диффузии и турбулентных пульсаций будут удаляться от капли в окружающую среду. При этом из-за перемешивания паров топлива с воздухом их концентрация по мере удаления от поверхности капли понижается, а температура образующейся топливо-воздушной смеси повышается в связи с дальнейшим прогревом паров топлива. Таким образом, на некотором расстоянии от капли могут создаться местные очаги смеси, концентрация топлива в которых соответствует нижнему (концентрационному) пределу воспламенения.-Согласно теории горения гомогенных топливо-воздушных смесей [6, 7 ], воспламенение их возможно лишь по истечении не- [c.19]

Составы рабочей смеси, богатой и бедной, соответствуюдцие прекращению сгорания, длительное время принимались за пределы воспламенения рабочей смеси, связанные с химическим составом топлива. Однако еще в 1922 г. нами было высказано соображение о неправильности такого понимания пределов воспламенения рабочей смеси в двигателях внутреннего сгорания и было показано, что состав рабочей смеси, иере-обедненной или переобогащенпой, при котором прекращается распространение пламени по камере горения, обусловливается не только и не столько химическим составом топлива, сколько условиями воспламенения и горения сюда относятся в первую очередь интенсивность воспламенения, температура смеси в момент воспламенения, турбулентность смеси. 1 [c.15]

В процессе горения топливо-воздущной смеси в двигателях с воспламенением от искры могут быть выделены три фазы начальная, в течение которой небольшой очаг горения, возникающий в зоне высоких температур (примерно 10 ООО К) между электродами свечи, постепенно превращается в развитый фронт турбулентного пламени основная фаза — быстрое распространение турбулентного пламени по основной части камеры сгорания при практически неизменном ее объеме, так как порщень находится вблизи верхней мертвой точки (в.м.т.) завершающая фаза— догорание смеси за фронтом пламени и в пристеночных слоях [163]. [c.149]

Для иллюстрации принципиальных особенностей теоретических исследований две задачи будут рассмотрены несколько более подробно. Сначала в 3 ) будет рассмотрена задача Эммонса — задача о горении плоской поверхности топлива, имеющего заданную температуру, в потоке окислителя. Метод Шваба — Зельдовича здесь оказывается весьма удобным, поскольку рассматривается течение предварительно неперемешанных горючего и окислителя. Затем в 4 будет рассмотрена задача Марбла — Адамсона [ ] — задача о воспламенении потока предварительно перемешанной горючей смеси в зоне смешения с текущим параллельно потоком нагретого негорючего газа. Помимо других результатов, в этой задаче из уравнений пограничного слоя с химическими реакциями будет получено уравнение для определения собственного значения скорости ламинарного пламени (пункт ж 4). Будет дан также очень краткий обзор других работ, в которых рассматривается вопрос о пограничном слое с химическими реакциями, например, о пограничном слое у критической точки, о пограничном слое с абляцией и более сложными поверхностными процессами, о турбулентном пограничном слое, о стабилизации пламени плохо обтекаемыми телами и т. д. (пункт е, 3 нункт и, 4 пункт к, 4). [c.383]

Механизм явления в настоящее время известен. Он заключается в том, что относительно слабый взрыв метана может вызвать турбулентность воздушных потоков, достаточную для того, чтобы образовать облако угольной пыли в штольне. Воспламенение пыли, в свою очередь, генерирует ударную волну, поднимающую еще большее количество угольной пыли, что в конце концов приводит к разрушительном взрыву. В работе [Galloway,1898] определено, что большинство из 645 аналогичных случаев аварий на угольных шахтах, происшедших только в [c.260]

Возрастающая турбулизация зоны горения в трубе приводит к тому, что конус сильно вытянутого пламени перестает быть гладким. Он заменяется размытой турбулентной зоной, в которой малые объемы исходной горючей среды и продуктов сгорания хаотически перемешаны между собой. При такой возрастающей турбулизации зоны горения возникает все усиливающаяся ударная волна перед фронтом пламени. Воспламенение Б ней при достижении критического режима и переход к детонации происходят скачкообразно. Б силу изложенного детонация в реальных технологических объектах обычно возникает при сгоратии в длинных трубах. [c.37]

Численный метод расчета распространения пламени приводится в работе Д. Сполдинга. Этот метод используется также для расчета нестационарных режимов ламинарного пламени. Автор без особых оговорок применяет его и для турбулентного горения. А. С. Соколик и другие рассматривают модель, которую они называют моделью пульсирующего воспламенения. Она по существу не отличается от микрообъемной. В работах авторы показывают, что если горение происходит в условиях, когда лимитирующим процессом является смешение, а не кинетика, то [c.138]

Исследования искривленных ламинарных пламен, по-видимому, связаны с исследованием пределов воспламенения, которое составляет содержание следующей главы. В пользу этого предположения свидетельствует, например, тот факт, что ячеистые пламена наблюдаются только вблизи предела воспламенения ). Многие из упомянутых выше теорий (нанример, теории, развитые в работах [95-99]) фактически-были разработаны специально для предсказания пределов воспламенения. Например, Розен [ з-э ] предполагал, что неустойчивость приводит к тому, что пламя гаспет вместо того, чтобы образовать новую, неплоскую, возможно турбулентную, устойчивую конфигурацию. Хотя трудно привести строгие доводы против этой точки зрения, тем не мепее это исследование не привело к объяснению наблюдаемых пределов воспламенения. Гораздо более плодотворной оказалась теория, излагаемая в следующей главе, согласно которой пределы воспламенения связаны с тепловыми потерями. [c.247]

Когда местная турбулентность создается за счет набегания потока на плохо обтекаемое тело ( экраны , воротники , сетки, расположенные вблизи форсунки или горелки, или в отдельных случаях сама форсунка или горелка), масштаб дробления оказывается примерно одного порядка с начальным масштабом турбулентности. В этом случае горение осуществляется по второму механизму (турбулентное смесеобразование). Горение устойчиво держится в турбулентном следе, так как среди всех возможных, образующихся концентраций всегда находится и такая, которая необходима для воспламенения при данных условиях вновь образующейся и поступающей к месту горения рабочей смеси. По мере удаления потока от источника турбулизации (края плохо обтекаемого тела) масштаб турбулентности будет расти, а масштаб дробления останется примерно прежним или даже уменьшится за счет вторичного дробления. В конце концов на некотором расстоянии от стабилизатора воспламенения (источника турбулизации) масштаб дробления станет настолько меньше масштаба турбулентности, что горение начнет итти по первому механизму (микросмешение посредством молекулярной диффузии), что должно привести к ухудшению хода процесса выгорания. Такое положение вещей и наблюдается обычно в хвосте пламени диффузионного факела. Впрочем, этому должны способствовать и другие факторы уменьшение концентрации окислителя в потоке, охлаждение факела и пр. Для того чтобы микродиффузионное горение протекало в диффузионной области, необходимо соблюсти условие [c.97]

Встречная диффузия продуктов сгорания замедляет проник-вовение воздуха к центральным частям струи и тем самым уменьшает скорость распространения пламени. Если струя горючего газа движется турбулентно, то чем крупнее масштаб турбулентности, тем быстрее пульсирующие объемы воздуха проникнут к центральным частям струи, создадут очаги горения, каждый из которых будет иметь собственный фронт пламени. Горение в очагах может носить характер горения смеси, если перемешивание предшествует воспламенению или если оно происходит так, что горючий газ и воздух, поступая навстречу друг другу, образуют фронт пламени. Продукты сгорания в этом объеме, заполненном очагами горения, диффундируют внутри факела и в конце концов выносятся за его пределы. Если к горючему газу примешать часть воздуха (долю его количества, необходимого для горения), то вблизи сопла образуется фронт пламени, аналогичный фронту пламени при горении смеси, и далее горение носит очаговый характер. Из изложенного следует, что случай горения свободной турбулентной струи газа в воздухе приводит к более сложной структуре факела, чем при горении смеси. [c.145]

Таким образом, рассматриваемая схема стабилизированного воспламенения образующейся при диффузионном горении смеси предусматривает наличие начальной чисто кинетической зоны, которая сама должна возникать в заторможенной гидродинамическими средствами части турбулентного потока. В этом случае действительно становится возможной прямая стабилизация необходимой части фронта горения, обешечивающая поддержание в стабилизированном состоянии неустойчивого фронта диффузионного горения. При этом границы устойчивости могут быть раздвинуты расширением концентрационных пределов воспламеняемости И увеличением нормальной скорости воспламенения за счет предварительного регулируемого подогрева всей начальной смеси или ее отдельных компонентов. Обычно особенно существенным оказывается подогрев воздуха как компонента, количественно преобладающего, т. е. наиболее теплоемкого. [c.233]

Скорости сгорания и скорости распространения пламен — существенные характеристики процессов горения, которые необходимы для расчетов различных технических устройств. Однако состояние теории турбулентного горения не позволяет в настоящее время предсказывать величины скоростей сгорания иначе, как экстраполируя имеющиеся экспериментальные данные, В отличие от нормальной скорости распространения ламинарного пламени скорость турбулентного горения Ыт, как и скорость распространения Ытр турбулентного фронта пламени, зависит но только от химпче-ской природы смеси, но также от большого числа гидродинамических параметров, что очонь затрудняет получение адекватных экспериментальных данных, т. е. данных, которые могут быть использованы в условиях, существенно отличных от условий эксперимента. Иллюстрацией этого может служить рис. 1, на котором приведены данные работы [1], обработанные К. И. Власовым. Для кан дой кривой параметры турбулентности постоянны, тем не менее для одинаковых значения и р существенно неодинаковы, поэтому для описания недостаточно знать Ыа и параметры турбулентности, и в работе [2] предлагалось использовать кроме Мн температуру воспламенения. [c.7]

Однако этот поджигающий поясок оказывается достаточно теплопроизводительным лишь при глубоко ламинарных режимах потока и при повышении ф орсировки горелки начинает сокращаться в размерах, пока не станет ничтожно малым при переходе на турбулентные режимы потока. Именно в связи с этим горелка на известном пределе форсировки потеряет устойчивый фронт воспламенения, и горение начнет срываться (фиг. 21-3,а). [c.226]

Справочник химика 21

Химия и химическая технология