Горение в турбулентном потоке 10-1. Кинетическое горение

Кинетическое горение готовой горючей смеси в турбулентном потоке при стационарных процессах обычно связано с потерей устойчивости очага горения. В тех пределах, в которых устойчивость процесса все же оказывается осуществимой, горение начинает зависеть от факторов диффузионного порядка и может перейти в чисто диффузионную область, где скорость горения окажется зависящей только от скорости смещения горючих газов и продуктов сгорания, иначе говоря,— от характера турбулентности потока. [c.93]

Форсировка процесса при кинетическом горении в турбулентном потоке характеризуется следующей формулой [Л. 2-10] [c.92]

Кинетическое горение. Горение в ламинарном потоке в основном осуществляется в огневых осветительных или небольших нагревательных приборах. Для технических установок требуются значительно большие тепловые форсировки (тепловыделение в единицу времени на единицу площади поперечного сечения топки или горелки), осуществимые только при турбулентном движении газовоздушного потока. [c.93]

Введение гипотезы о том, что переработка жидкого ВВ, сорванного потоком завихренного газа, происходит в турбулентном высокотемпературном пламени, позволяет решить вопрос о величине скорости возмущенного горения. Дело в том, что в турбулентном пламени кинетические особенности ВВ отступают на второй план, скорость реагирования в пламени очень велика и не лимитирует переработку исходного вещества. Лимитирующей стадией становится нарастание возмущений, неровностей, которые срезаются вихревым потоком и уносятся на сжигание в пламя. Отсюда следует, что скорость сгорания на возмущенном режиме мт ограничена скоростью роста возмущений, т. е. [c.221]

Кинетическое горение в турбулентном потоке [c.119]

Устойчивость диффузионного горения объясняется тем, что нри любой концентрации в смеси одновременно имеются самые различные местные концентрации, в том числе и наиболее благоприятные для горения. Ускорение микродиффузионного горения под действием турбулентности не может быть беспредельным. При очень большой скорости потока и степени турбулентности микродиффузионное горение переходит в кинетическое. [c.166]

В топках агрегатов, в зависимости от условий смешения газа с воздухом в горелочном устройстве, происходит кинетическое или диффузионное горение, но, как правило, в турбулентном потоке. [c.260]

Понятие о диффузионном горении. Наиболее распространенным в промышленной практике случаем диффузионного горения является горение в турбулентном потоке прн одновременном смешении газообразных струй топлива и окислителя, т. е. турбулентное горение, происходящее по мере образования горючей смеси. Опыт показывает, что кинетическое горение (горение готовой горючей смеси) становится крайне неустойчивым при переходе на турбулентный режим даже в случае принятия искусственных мер в виде размещения в потоке твердых тел, создающих местные зоны торможения. В то же самое время эти же мероприятия при известных соотношениях оказываются вполне достаточными для стабилизации диффузионного горения (т. е. горения вновь образующейся горючей смеси) в турбулентном потоке. Опыт показывает, что длина дуффузионного факела (пламени) практически перестает зависеть от скорости турбулентного потока. Это свидетельствует о том, что скорость сгорания в рассматриваемом случае становится практически пропорциональной скорости потока (или, что то же, пульсационной скорости) и что явление действительно протекает в чисто диффузионной области. [c.96]

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]

При рассмотрении вопроса о скорости протекания процесса необходимо учитывать не только физико-химические факторы, определяющие кинетику реакции горения, к которым относятся концентрация окислителя и температура слоя, но и аэродинамические факторы — скорость потока, геометрическую форму и размеры кусков кокса на пути потоков воздуха и газов, интенсивность турбулентности, влияющие на диффузию окислителя к кускам топлива и на образование смесей. Горение топлива в каждом конкретном случае может лимитироваться либо скоростью диффузии, либо скоростью химической реакции. В первом случае горение протекает в диффузионной области. Наоборот, во втором случае, когда подача окислителя идет очень интенсивно и процесс в целом лимитируется кинетикой собственно реакции, горение протекает в кинетической области. [c.57]

При значительном увеличении степени турбулентности потока и ускорения смесеобразования процесс горения может перейти в кинетическую область (Тф < -Сх) и при дальнейшей форсировке приведет к срыву фронта воспламенения. Д. А. Франк-Каменецкий [50] считает, что горение происходит на поверхности раздробленных газовых частиц, окруженных воздухом, по мере образования горючей смеси, т. е. с помощью микродиффузии. [c.113]

Кинетическое горение. Различают два вида горения в ламинарном и турбулентном потоках. При ламинарном горении фронт пламени ограничивается правильной непрерывной поверхностью, перемещающейся по нормали со скоростью, называемой нормальной скоростью распространения пламени. При истечении горючей смеси против направления перемещения фронта [c.41]

Интенсивность перемешивания в потоке зависит от спектра масштабов турбулентности и от скорости турбулентных пульсаций. При вдувании газа в пористую среду (плотный слой) непосредственно в месте ввода кинетическая энергия превращается в потенциальную, скорость падает и резко возрастает статическое давление. Поток раздробляется на мельчайшие струйки с низкими скоростями пульсаций и мелкими масштабами турбулентности или даже движение становится ламинарным. Струйки движутся в слое по линиям наименьшего сопротивления, слабо перемешиваясь между собой. Поэтому, если газ и воздух подводятся в слой раздельно, горение получается растянутым и несовершенным. Углеводородные фракции топлива разлагаются с выделением сажистого углерода в порах слоя, засоряя его. Полученные в лабораторных условиях экспериментальные данные о распределении статических давлений в слое при сосредоточенной подаче газа в нижние горизонты слоя по его [c.120]

Поэтому основная цель книги — объединение механики сплошных сред с химической кинетикой, описывающей химические реакции при горении. Дополнительно будут рассмотрены некоторые специфические для горения вопросы химии горения (окисление углеводородов, большие кинетические схемы реакций, упрощение механизмов реакций) и механики сплошной среды (турбулентные потоки с изменяющейся за счет тепловыделения плотностью и создание турбулентности за счет тепловыделения). [c.5]

В настоящей главе подробно обсуждаются характерные свойства кинетических механизмов реакций, методы анализа механизмов реакций, основные принципы их упрощения и различные следствия математического моделирования кинетики сложных процессов. Эти аспекты представляют определенный интерес, поскольку в некоторых случаях необходимы механизмы реакций, включающие более 1000 различных химических компонентов, для описания процессов, протекающих в гомогенном реакторе (см. гл. 16). Такие огромные кинетические механизмы требуют и столь же грандиозных вычислительных затрат при моделировании процессов горения в двигателях и горелках из-за пространственно неоднородной структуры трехмерных турбулентных потоков с изменяющимися концентрациями и температурой, которые наблюдаются в них. [c.107]

К результатам исследований быстрых и очень быстрых химических реакций, протекающих, как правило, в условиях интенсивного турбулентного перемешивания, в последнее время наблюдается повышенный интерес в ряде областей науки и техники. Так, например, для ряда плазмохимических процессов, целевой продукт которых получается в так называемой кинетической области, крайне важно решение проблемы организации перемешивания плазмы и реагентов [1. Сходная с этой проблема имеет место также при расчете процессов горения в турбулентных потоках и определении параметров баллистических следов, остающихся за телами, летящими с большой скоростью в газах и жидкостях. [c.48]

Для ряда плазмохимических процессов, целевой продукт которых получается в так называемой кинетической области, крайне важно решение проблемы организации перемешивания плазмы и реагентов [124]. Сходная с этой проблема возникает также при расчете процессов горения в турбулентных потоках и при определении параметров баллистических следов тел, летящих с большой скоростью в газа.х и жидкостях. [c.280]

Из формулы (6-19) следует, что в объемной модели скорость горения зависит как от кинетических характеристик смеси, так и от турбулентности. В частности, при изменении скорости потока и при прочих равных условиях, учитывая, что [c.137]

На рис. 11 приведена схема кинетического факела при турбулентном движении потока. В факеле можно различить следующие зоны холодное ядро — конус 1, где движется еще не воспламенившаяся газо-воздушная смесь зона воспламенения, или видимый фронт, турбулентного пламени 2, в которой сгорает до 90% горючей смеси, и зона догорания 3. В последней зоне происходит завершение горения или достигается равновесие между газообразными продуктами сгорания (при наличии диссоциации). [c.39]

Если пульсационная составляющая скорости п) [см. уравнение (103)] значителыно иревооходит нормальную скорость горения н, то это означает, что горение существенно зависит от скорости потока и поэтому даже при использовании в качестве топлива готовой горючей смеси процесс сжигания ее переходит из кинетической области в диффузионную. По указанной причине кинетическое горение готовой горючей смеси в турбулентном потоке характер-изуется малой устойчивостью очага горения. [c.156]

Таким образом, имеется такая область протекания процесса горения—ее принято называть диффузионной, — в которой существенными и решающими для скорости процесса становятся физические факторы, как, например, характер течения газо-воздушного потока, распределение скоростей, концентраций и температур в этом потоке, форма и размеры обтекаемых тел (камеры, горелки и т. п.), характер общей и местной турбулентности потока, соотношения между молекулярной и молярной (турбулентной) диффузией, перераспределение тепла внутри потока (особенно в зоне горения), а также между потоком и внешней средой (теплообмен, вызванный неадиабатич-ностью системы). Не говоря о некотором, еще возможном воздействии кинетических факторов, чисто физическая картина процесса становится столь сложной, что задача не может получить общего решения либо не удается составить замкнутую систему дифференциальных уравнений с четким определением граничных условий, либо при наличии такой системы уравнений их не удается проинтегрировать без грубых упрощений, не отвечающих истинному ходу процесса. [c.65]

Таким образом, при возникновении мелкомасштабной турбулентности все характеристики горения начинают зависеть не только от кинетических факторов, иначе говоря, от скорости (М орлг)> 0 И ОТ ПуЛЬСЭЦИОННОЙ СКОРОСТИ (да ), иначе говоря, от скорости потока Кот)- [c.95]

Как и при кинетическом горении, для стабилизации фронта горения турбулентного диффузионного факела устойчивое поджигание может быть достигнуто с помощью постоянно действующего постороннего источника тепловой энергии ( дежурные огни в заторможенной части потока и т. п.). Однако опыт показывает, что в подавляющем большинстве случаев, при не слишком чрезмерных форсировках горелки, применение посторонних (источников поджигания не вызывается необходимостью. Они предусматриваются только для целей р Озжига, т. е. применяются в период стабилизации [c.232]

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]

Факел (диффузионный или кинетический) развивается в ламинарном или турбулентном потоке. В топках промышленных котло-агрегатов, в зависимости от условий смешения газа с воздухом в горелочном устройстве, происходит кинетическое или диффузионное горение, но, как правило, в турбулентном потоке. [c.14]

Прп мелкомасштабной турбулентности потока все характеристики горения зависят как от кинетических факторов (м ), так п от пульсацион-ПОЙ скорости (Нпул) илп от скорости потока (г пoт) [c.121]

Кинетическому горению в ламинарном потоке отвечает подавляющее большинство тех закономерностей, которые нами описаны в гл. VIII. Горение в ламинарном потоке осуществляется в небольших осветительных и нагревательных приборах. При сжигании газовых смесей в промышленных печах приходится встречаться с наличием турбулентного режима. [c.114]

При мелкомасштабной турбулентности потока все характеристики горения зависят как от кинетических факторов (гг ), так и от пульсационной скорости (Мпул) или от скорости потока (Упот) Для крупномасштабной турбулентности поверхность фронта горения складывается из суммарной поверхности всех газовых частиц, сгорающих на пути, равном толщине слоя. [c.116]

В то же время теория процессов горения до настоящего времени развита недостаточно полно, отсутствуют методы расчета должной точности. В результате возникает необходимость длительной кропотливой опытной доводки почти всех устройств и агрегатов, в которых протекает процесс горения. Можно назвать причины существующего положения. Во-первых, главный участник процесса горения — топливо — является комплексом природных органических веществ очень сложного химического строения. Правда, при нагреве и взаимодействии с окислителем происходит распад этих комплексов на простые соединения и элементы, но при анализе процесса горения невозможно обойтись без учета поведения горючего в его исходной форме и промежуточных состояниях. А это крайне, затрудняет изучение процесса. Во-вторых, в процессе горения, так же, как и в других химических пронессах, обязательны два этапа создание молекулярного контакта между горючим и окислителем (физический этап) и само взаимодействие молекул с образованием продуктов реакции (химический этап). При этом второй этап протекает только у молекул, находящихся в особом энергетически или кинетически возбужденном состоянии. Возбуждаются же молекулы в результате начавшегося процесса. Поэтому при изучении процесса горения нельзя рассматривать участвующие в нем вещества как однородную массу одинаковых средних молекул. Даже при рассмотрении простейших реакций горения необходимо учитывать различия между отдельными молекулами, составляющими сложную полисистему. В-третьих, горение принципиально не является равновесным процессом. При горении обязательно возникают неоднородности состояния молекул, их концентраций, неравномерности полей температур и скоростей потоков. Из этого вытекает необходимость одновременного решения нестационарных задач массо- и тепло-переноса и химической кинетики в движущихся потоках, причем наиболее часто при турбулентности, вызванной самим процессом горения. [c.4]

Существование лиминарного течения возможно только при малых Ке. При Не > Кекр устойчивость течения нарушается, и движение отдельных малых объемов газа становится неупорядоченным, пульсирующим. Мгновенное значение вектора скорости в той или иной точке потока отличается от значения, осредненного по времени. Точно так же отличаются мгновенные и средние значения давления, плотности, концентрации реагирующих веществ и т. д. Турбулентное горение представляет собой нестационарный процесс турбулентного смешения продуктов сгорания и свежей смеси и реагирование последней вследствие повышения ее температуры. В этих условиях закономерности ламинарного распространения реакции теряют свою силу. Решающими факторами становятся турбулентные пульсации и связанная с ними интенсивность перемешивания продуктов сгорания со свежей смесью. Если в теории ламинарного горения основные трудности вызваны отсутствием точных кинетических параметров, которые должны быть подставлены в систему уравнений, то в теории турбулентного горения необходимая система уравнений даже и не составлена. В настоящее время не только отсутствует возможность создания замкнутого расчета, но нет и единого понимания механизма процесса. [c.134]

В дополнение к данным об аэродинамике факела с повы-шеЯным уровнем пульсаций приведем результаты исследования энергетических и макрокинетических характеристик. Не обсуждая деталей расчета тепловых потоков, удельного тепловыделения и других характеристик, укажем на целесообразность проведения его в рамках приближенной квазиодномерной (вдоль линий тока) схемы принципиально двумерного (плоского или осесимметричного) течения. Такой расчет сводится к определению (на основе данных о динамическом и тепловом полях) конвективного и кондуктивных потоков тепла при заимствовании эффективных значений теплопроводности из полуэмпирических теорий турбулентности. В результате может быть получена подробная информация о тепловой структуре факела. Последнее позволяет рассчитать изменение вдоль линий тока удельного тепловыделения, определить эффективные значения суммарных кинетических констант горения, сопоставить между собой кинетические характеристики ламинарного и турбулентного факелов, а также данные, соответствующие различным условиям проведения эксперимента (в частности при наложении пульсаций и без них). [c.200]

Как пламя отдельной капли, так и турбулентное диффузионное пламя, входят в группу процеосов Г01рения, определяемых (ограничиваемых) диффузией.. Это означает, что скорость горения почти не зависит от химико-кинетических свойств веществ присадки и изменения температуры не оказывают на нее никакого влияния. Рис. 1.7, иллюстрирует явление самовоспламенения, которое определенно не входит в эту группу процессов горения. На рисунке показана схема лаборато рного обор1удования, используемого для определения времени реакции топлива с движущимся горячим воздухом после быстрого их перемешивания [3]. В этом устройстве измеряют расстояние между форсункой и плоскостью, в которой появляется пламя. Затем делят это расстояние на скорость потока. [c.25]

Справочник химика 21

Химия и химическая технология