Квазигетерогенное горение

Как показывают расчеты, увеличение скорости истечения (или снижение калорийности топлива) приводит к уменьшению стационарных значений температуры горения и полноты сгорания. При некоторых критических значениях параметров происходит срыв горения — потухание. Этот процесс сопровождается резким, практически скачкообразным изменением температуры при переходе от одного устойчивого режима — режима горения — ко второму — режиму медленного окисления. Что касается влияния концентраций реагентов, то, как показывает решение, снижение концентрации топлива или окислителя приводит к уменьшению температуры горения. И наоборот, увеличение начальной концентрации реагирующих компонентов ведет к росту температуры факела и полноты сгорания и способствует улучшению условий стабилизации факела. Приведенные результаты, разумеется, не являются неожиданными. Они хорошо известны из повседневной практики сжигания топлива. Именно это — соответствие теоретического расчета и опыта- является убедительным подтверждением правомерности допущений, положенных в основу квазигетерогенной модели. [c.22]

Более точные результаты могут быть получены исходя из газодинамического расчета турбулентного факела, основанного на гипотезе об экстремуме угла отклонения линий тока в косом тепловом скачке, или из расчета по квазигетерогенной схе-,ме. В последнем случае решение задачи получается при прямом введении в расчетную схему кинетики химической реакции. Такой расчет, объединяющий аэродинамику и тепловой режим горения, приводит к наиболее содержательным результатам. [c.30]

В качестве примера, иллюстрирующего расчет факела в предположении конечной скорости реакции, будет приведен расчет ламинарного горения неперемешанных газов при допущении о конечной толщине реакционной зоны. Результаты его будут сопоставлены с предложенной в свое время авторами квазигетерогенной схемой (горение конечной скоростью на фронте пламени [27]). Развитая расчетная схема, в которой сочетаются аэродинамическая теория с теорией теплового режима горения, также может быть использована в качестве основы для соответствующего расчета турбулентного факела. [c.39]

Рис. 3-6. Распределение температуры и концентраций в поперечных сечениях пограничного слоя а — бесконечно большая скорость реакции, б — квазигетерогенная модель, в — модель реакционного слоя конечной толщины, г — горение в объеме факела

Заметим, что решение (численное) первой, гомогенной задачи для сильно экзотермической реакции дает два возможных режима протекания процесса — интенсивное горение с весьма узкой, близкой к математической поверхности, зоной реакции и малоинтенсивный процесс при широкой, размытой на весь факел реакционной зоне. Приближенная схема решения (будем называть ее квазигетерогенной ) позволяет указать пределы устойчивого диффузионного горения факела, т. е. условия воспламенения и потухания фронта пламени и влияние на них параметров процесса. [c.171]

Квазигетерогенный подход к горению факела должен дать ряд ценных выводов в отношении стабилизации факела и других практических задач. [c.172]

В обоих случаях при напряженном, высокоинтенсивном горении область, в которой происходит сгорание основной доли горючих компонентов, занимает сравнительно малую часть факела. В пределе зона горения столь узка, что ее можно заменить поверхностью онта пламени. Это представление, обычное для горения с бесконечно большой скоростью реакций, может быть с известным приближением сохранено и для реакций с конечной скоростью. В результате при квазигетерогенной схеме процесса горение считается локализованным на поверхности фронта пламени. Предположение об отсутствии химических реакций во всем объеме факела существенно упрощает математическое описание процесса. В ряде случаев становится возможным аналитическое решение задачи, конечные результаты которого правильно отражают все наиболее важные физические свойства явления. [c.4]

Глава пятая ТУРБУЛЕНТНОЕ ГОРЕНИЕ ГАЗА 5-1. Квазигетерогенная схема газового факела [c.99]

Как показывают численные решения задачи о ламинарном горении в пограничном слое [Л. 82], выполненные с учетом конечной скорости реакции, зона, в которой практически локализуются химические реакции горения, крайне узка. Тем самым (и это отвечает самым общим свойствам сильно экзотермической реакции) оказывается возможным сохранить для расчета с конечной скоростью реакций представление о локализации горения на фронте пламени. Такую схему — горение с конечной скоростью на поверхности фронта пламени — будем называть квазигетерогенной [Л. 6 27]. Столь необычная, на первый взгляд, постановка задачи о горении с конечной скоростью реакции (для диффузионного или гомогенного факела) нуждается в некоторых пояснениях. [c.101]

Рассмотрим условия, при которых возможно стационарное горение на фронте пламени в плоскопараллельном свободном пограничном слое при смешении турбулентной газовой струи (топлива) с неподвижным воздухом (окислителем). Схема факела представлена на рис. 6-1. В соответствии с квазигетерогенной схемой явления примем, что на поверхности бесконечно тонкого фронта пламени протекает химическая реакция с конечной скоростью. Будем считать также, что поверхность горения наклонена под малым углом к оси х, что характерно для горения газа в струйном пограничном слое. [c.109]

Из двух возможных устойчивых уровней в дальнейшем нас будет интересовать только верхний, отвечаюш,ий интенсивному процессу горения. Следует иметь в виду, что в рамках квазигетерогенной схемы анализ режима медленного окисления носит условный характер, так как в низкотемпературной области не выполняется основное допущение о наличии сравнительно узкой высокотемпературной зоны, положенное в основу расчета. [c.117]

Как и в других случаях [Л. 21 ], исследование уравнений теплового режима приводит к возможности существования двух типов процесса—гистерезисного (с воспламенением и потуханием) и плавного— бескризисного. Последний, однако, близок к кинетическому горению в объеме факела. Поэтому обсуждение его в рамках квазигетерогенной схемы нецелесообразно. [c.119]

Наконец, третий вариант расчета выполним, как и в случае диффузионного факела, путем наиболее полного сочетания представлений и методов расчета теории струй и теплового режима горения. Для этого будем исходить из квазигетерогенной схемы процесса и считать кинетику реакций конечной и заданной. Для отбора единственного решения и здесь потребуется дополнительное условие (оно было бы ненужным только в прямом расчете, учитывающем протекание реакций во всем объеме факела), которое будет простым и физически очевидным. [c.131]

В предыдущих параграфах задача о горении однородной газовой смеси в турбулентном факеле рассматривалась в одной из двух частных постановок. В первой из них газодинамический расчет фронта пламени — поверхности теплового скачка — дополняется предположением о максимальном отклонении потока. Во второй скорость турбулентного горения на фронте считалась заданной априори, Тем самым в неявном виде в основу расчета была положена квазигетерогенная схема. В обоих случаях введение дополнительного условия приводило к отбору единственного решения — для местоположения фронта и для всей задачи в целом. [c.141]

Заметим, что расчет в квазигетерогенном приближении ограничен по физическим предпосылкам (интенсивное горение) областью вблизи максимальной температуры. В этой области различие между средней константой реакций и ее значением, рассчитанным по средней температуре, невелико. Поэтому в дальнейшем примем значение х 1 и в расчете в первом приближении пренебрежем эффектом, связанным с влиянием турбулентных пульсаций температуры. Роль его, как указано в 5-3, особенно велика при низких значениях температуры — вблизи области воспламенения (и, конечно, при высоких значениях интенсивности турбулентных пульсаций). [c.144]

При горении взрывчатых веществ и порохов возможны различные сочетания процессов в конденсированной и газовой фазах. Простейшим в теоретическом отношении является случай, указанный Беляевым [22] и разработанный далее Зельдовичем [23], когда горение происходит в газовой фазе, а поток тепла, приходящий из зоны пламени, вызывает в конденсированной фазе эндотермические процессы испарения. Это пример квазигетерогенного горения, отличающийся от горения жидкого топлива только отсутствием диффузионных процессов. Важная особенность этого процесса, отмеченная Зельдовичем [23], заключается в тепловой инерции конденсированной фазы, обусловленной ее высокой теплоемкостью. При изменении давления режим горения в газовой фазе быстро меняется, а толщина зоны прогрева конденсированной фазы не успевает подстраиваться к этим изменениям. В этом может заключаться механизм пульсаций, наблюдающихся при горении конденсированных фаз в замкнутом объеме. [c.272]

Поэтому определенные методом теории теплового режима горения [Вулис, 1954] Л словия воспламенения и потухашш квазигетерогенного горения с достаточной точностью характеризуют устойчивость факела в целом. В частности, при срыве горения на фронте и обычном для потухания переходе к малоинтенсивному окислению не существенно, как н где (на поверхности или в объеме) осуществляется этот режим, поскольку горение практически отсутствует. [c.7]

Протекание магниетермического восстановления титана может быть отнесено к тепловому квазигетерогенному горению магния в парах TI I4. [c.328]

При таком спокойном горении вокруг капли образуется сферический фронт диффузионного пламени. Температура поверхности капли определяется равновесием между подводом тепла от пламени и расходованием его на испарение. Скорость испарения может быть найдена аналогично формулам главы 1П, с учетом сферичности. Роль толщины приведенной пленки играет при этом расстояние фронта пламени от поверхности капли, определяемое, в свою очередь, стехиометрией потоков. Процесс спокойного горения капли относится, таким образом, к квазигетерогенному диффузионному горению. Скорость этого процесса рассчитывал Варшавский [121 и измерял экспериментально Клячко с сотрудниками [131. Наблюдение спокойного горения требует специальных условий эксперимента. В технических условиях обычно приходится иметь дело с интенсивным горением капель. Капли, выброшенные из форсущси, движутся вначале по баллистическим траекториям. Силы трения тормозят относительное движение капель в газовом потоке постоянной скорости в пределе должен осуществляться случай спокойного горения. Однако в канале переменного сечения или при обтекании препятствий (стабилизаторы пламени) сам газовый поток движется с ускорением. В силу большого различия в плотности между каплей и газом, ускорение приводит к большим относительным скоростям и, следовательно, к интенсивному горению. При интенсивном горении индивидуальная зона пламени, окружающая каждую каплю, сдувается с нее. Процессы испарения капель и горения паров происходят после этого независимо. Процесс горения паров имеет в этом случае микродиффузионный характер [111. Скорость испарения капель описывается непосредственно формулами главы III. Время, требуемое для полного сгорания, складывается из времени испарения капель, времени смешения паров с воздухом и времени сгорания образовавшейся смеси. Общая скорость горения определяется наиболее медленной стадией. Фактически смешение пара с воздухом и горение смеси, как правило, совмещаются. Испарение капель часто также заканчивается уже в зоне горения. [c.267]

Приближенное исследование теплового режима факела неиеремешанных газов может быть выполнено на основе квазигетерогенной схемы, сочетающей в себе допущение о существовании бесконечно тонкого фронта пламени с предположением о конечной скорости реакции на фронте. Физической предпосылкой для такой схематизации процесса является то, что переход от поверхностного горения (диффузионная область) к объемному (кинетическая область) и наоборот осуществляется в весьма узком интервале температур и практически совпадает с критическими режимами воспламенения и потухания. [c.21]

Квазигетерогенной модели свойственна известная ограниченность, связанная с представлением зоны горения в виде математической поверхности. Тем самым предполагается, что процесс смешения компонентов является совершенным. При турбулентном горении могут реализоваться такие условия,, при которых в зону реакции поступают моли неперемещанных компонентов. В этом случае полнота сгорания (и соответственно температура горения) будет зависеть не только от кинетики реакций, но и от скорости смешения. Естественно, что в рамках квазигетерогенной модели исключается возможность анализа такого процесса. К недостаткам этой схемы следует отнести также необходимость введения в расчет эффективных значений кинетических констант для условной гетерогенной реакции. [c.22]

Расчет, выполненный на основе предположения о конечной толщине зоны реакции, позволяет определить характеристики процесса, соответствующие стационарным режимам горения и критическим условиям воспламенения и потухания. Отметим также, что, определив по (3-44) толщину зоны горения, можно установить связь между значением эффективной постоянной к о в квазигетерогенной модели и значением к для реакции в объеме зоны к о = ко8. Из этого соотношения и уравнения (3-44) видно, что в общем случае эффективное значение предэкспонен-циального множителя квазигетерогенной реакции к о зависит от ряда параметров, определяющих процесс горения. Возможность, использования в расчете допущения о постоянстве к о определяется слабым изменением температуры в зоне реакции при переходе от устойчивого горения к потуханию. [c.55]

Весьма важно, что только при учете конечнох скорости реакций можно определить расчетным путем полноту сгорания газа в факеле. Предельная схема (бесконечно большой скорости реакции) по самому существу (мгновенное сгорание) заставляет считать сгорание завершенным на фронте. Таким образом, в квазигетерогенном приближении удается полнее отразить обе принципиальные стороны турбулентного горения — эстафетный механизм распространения пламени и гашение его вследствие охлаждения при смешении горящих молей>> со свежей смесью. Заметим в связи с последним, что, как показывает опыт, при интенсивном турбулентном горении (так же, как при интенсивном турбулентном смешении инертных газов) можно пренебречь ролью молекулярного обмена. [c.7]

Результаты расчета, как и для горения ненеремешанных газов, позволяют определить в качественном согласии с опытом местоположение фронта, структуру факела, полноту сгорания на фронте и условия устойчивости факела (в квазигетерогенном приближении). Интересно, что расчет координаты фронта — угла между нормалью к фронту и вектором скорости набегающего потока — приводит (как и всегда в теории теплового режима горения) к трем значениям. Одно из них (угол максимален, направление фронта близко к линии тока) отвечает устойчивому интенсивному горению. Второе — промежуточное — неустойчивому. Наконец, третье (фронт почти перпендикулярен потоку) — малоинтенсивному режиму окисления , т. е. практическому отсутствию факела. Если по результатам расчета координаты фронта пламени (для основного, устойчивого значения) построить зависимость скорости турбулентного горения (численно равной нормальной к фронту компоненте вектора скорости движения газа), то она оказывается удовлетворяющей степенной формуле вида и , где и < 1 (га 0,75 0,8). Такой характер зависи- [c.18]

Следует отметить, что из нескольких значений энергии активации, приводимых в работе [ ], выбрано то, которое отвечает наименьшей порции Т1С14, поскольку в этом случае режим протекания восстановления можно считать стационарным. Полученные значения безразмерных параметров показывают правомерность подхода к изучению протекания взаимодействия Т1С14 с магнием как тепловому горению последнего в парах Т1С14. Горение может быть либо гомогенным, если взаимодействие реагентов осуществляется в газовой фазе, либо гетерогенным, если оно протекает на поверхности раздела фаз [ ]. Если горение протекает в газовой фазе за счет испарения реагентов из жидкой фазы, то такое горение классифицируется как диффузионное квазигетерогенное. [c.324]

Заметим, что взамен поверхности фронта пламени можно было бы ввести в расчет узкую зону реакции, представив ее в виде области малой, но конечной толщины. В общем виде такая схема обсуждалась в работе Я. Б. Зельдовича [Л. 47]. Применение ее для подобного расчета привело бы к весьма громоздким выкладкам, несмотря на то, что малые размеры зоны позволили бы упростить задачу — линеаризовать ход кривых внутри зоны и т. п. Как следует из численных оценок (например, порядка величины падения температуры при срыве диффузионного горения и др.), а также из отдельных расчетов, конечные результаты мало отличались бы от полученных по более простой и наглядной квазигетерогенной схеме. Вследствие этого и еще потому, что кинетические константы газовых реакций определены недостаточно точно, в последующем изложении принята везде квазигетерогенная схема с локализацией горения на поверхности фронта пламени. [c.102]