Задача о диффузионном пламени

До сих пор речь шла лишь о высоте диффузионного пламени, возникающего в струе горючего газа, вытекающего из горелки. Возникает вопрос, какую форму имеет диффузионное пламя Этот вопрос много лет тому назад был решен численно Бурке и Шуманом [7], которые получили результаты, позволившие объяснить качественно и даже количественно экспериментальные факты. Бурке и Шуман рассмотрели задачу о ламинарном диффузионном пламени следующим образом. На срезе вертикальной трубки радиусом L, по которой поступает горючий газ, устанавливается ламинарное диффузионное пламя. Эта трубка помещена по оси другой, более длинной внешней трубки, имеющей радиус Н. По зазору между внешней и внутренней трубками поступает воздух. Средние скорости течения горючего газа и воздуха одинаковы, т. е. объемные расходы горючего газа и воздуха поддерживаются в отношении (/ — 1)2. Для упрощения задачи вводятся следующие допущения скорости течения горючего газа и воздуха в зоне пламени постоянны коэффициент диффузии постоянен диффузия осуществляется только в радиальном направлении смешение горючего газа с окислителем осуществляется только за счет диффузии. Фактически химическая реакция локализуется в пределах очень узкой области, которую можно рассматривать как математическую поверхность. Она занимает положение, в котором скорости диффузии горючего газа и воздуха обеспечивают получение стехиометрической смеси. [c.180]

Диффузионное пламя в узком смысле можно определить как квазистационарное, почти изобарическое пламя без предварительного перемешивания, в котором реакция протекает в основном в узкой зоне, которую можно приближенно считать поверхностью. В данной главе будут рассматриваться задачи, в которых оказывается справедливым такое определение диффузионного пламени. Метод Шваба — Зельдовича (глава 1, 4) дает удобную схему, в рамках которой могут быть рассмотрены эти задачи. Теория Шваба — Зельдовича обычно оказывается более пригодной для систем без предварительного перемешивания, чем для систем с предварительным перемешиванием, ввиду того, что, как будет показано, в случае диффузионных пламен знание скорости химической реакции часто оказывается несущественным. [c.62]

Другое интересное исследование было предпринято Пауэллом [30, стр. 154]. Несмешиваемость, имеюш ая место в турбулентных диффузионных пламенах (о ней упоминалось выше при рассмотрении структуры турбулентных диффузионных пламен), приводит к рассеиванию перемешанных между собой молей топлива и окислителя, однако не в достаточной для протекания реакции степени. Конечная стадия зависит от молекулярного смешения. Величина масштаба несмешиваемости часто, по-видимому, имеет тот же по])я-док, что и толщина зоны реакции (для диффузионных пламен с кислородом — около 2 мм, см. рис. 95 и [33]). Эти обстоятельства требуют знания скоростей процессов диффузии и химической реакции. Рассмотренная Пауэллом проблема имеет также важное практическое значение нри сжигании жидких топлив, так как капли с диаметром 100 жк попадают в зоны смешения с такими же по порядку значений размерами. С физической точки зрения изученный Пауэллом случай представлял собой ламинарное диффузионное пламя над слоистой горелкой , т, е. горелкой, состоящей из длинных и узких располо- .квнпых поочередно отверстий, через которые подавались горючий газ и воздух. Размеры каждого из отверстий были подобраны так, что при равных скоростях струй горючего газа и воздуха обеспечивалось стехиометрическое отношение расходов топлива и воздуха. Масштаб несмешиваемости характеризовался шириной одной пары отверстий для топлива и воздуха. Эта ширина выбиралась из условия, чтобы по величине она была того >ке порядка, что и ширина зоны реакции. Рассматриваемая задача представляет собой задачу В двух измерениях, причем определяющими для нее размерами являются высота над отверстиями и расстояние в направлении, перпендикулярном к плоскости слоев. В цитируемой работе представлено и математическое решение проблемы. Основной результат состоит в том, что значение высоты, на которой сгорает 90% топлива, равняется произведению начальных скоростей струй на сумму двух членов, которые пропорциональны соответственно характеристическому времени реакции tr и характеристическому времени смептения [c.338]

Постановка задачи.. В качестве идеального случая будет рассмотрено осесиммет ричное турбулентное диффузионное пламя для того, чтобы осветить общие свойства явлений, связанных с турбулентными диффузионными пламенами, при сохранении простого аналитического описадая. Основной целью является достижение понимания явления, хотя будут также сделаны и практические выводы. Принимаются упрощающие предположения, не приводящие к утрате существенных свойств пла1мени. [c.135]

Математические особенности. Будет показано, что математическая задача сводится к решению системы двух алгебраических уравнений, которые для предполагаемой зависимости от состава могут быть сведены к одному алгебраическому урав1нению. Поэтому решить его нетрудно. Для других функций скорости реакции может потребоваться метод проб и ошибок. С другой стороны, пламя, распространяющееся в однородной смеси, и диффузионное пламя требуют решения дифференциальных уравнений по этой причине онр исключены из данного исследования. [c.224]

Иной подход к решению рассматриваемой задачи применен в работе [144]. Эта работа пока единственная, где учитывается тот опытный факт, что вдоль поверхности контакта компонентов образуется клинообразная выемка, в которой и расположено пламя. Выражение для скорости пламени в [144] находится из условия, что на <шосике пламени (т. е, в точке пламени, наиболее близкой к свежему веществу) достигается критический поток вещества, который еще может переработать химическая реакция в диффузионном пламени. Выражение для скорости горения получено в явном виде. Хотя оно является громоздким, однако ясно, что скорость горения должна зависеть от давления. Это также соответствует опыту. [c.105]

Диффузионное распространение пламени в изотермических условиях. При невыполнении условия подобия поля температур и поля концентра-ци1 1, как и условия стационарности концентраций промежуточных веществ, при вычислении нормальной скорости пламени даже в тех случаях, когда механизм реакции известен, возникают большие трудности, связанные с кеобходимостью решения в достаточной мере сложной системы дифференциальных уравнений. И лишь в предельном случае изотермического распространения пламени, обусловленного чисто диффузионным механизмом, задача снова упрощается и в ее простейшем виде сводится к решению одного уравнения диффузии Единственный случай распространения пламени при постоянной температуре (практически совпадающей с температурой стенок реакционной трубки) был наблюден и изучен В. Г. Воронковым и Н. Н. Семеновым [49] на примере весьма бедной смеси паров сероуглерода СЗг с воздухом, содержащей 0,03% СЗг. Изотермичность процесса в данном случае обеспечивалась малым количеством выделяемого реакцией тепла (адиабатический разогрев указанной смеси составляет 15°), вследствие чего все выделяемое тепло отводилось к стенкам, и реакция шла при температуре стенок реакционной трубки. На рис. 198 показаны измеренные В. Г. Воронковым и Н. Н. Семеновым область самовоспламенения указанной смеси (кривая 1) и область распространения пламени (кривая 2). Как видно, в условиях опытов этих авторов пламя распространяется нри температурах 50—150°С, которые примерно на 100° ниже температур самовоспламенения смеси при соответствующих давлениях. Из этого следует, что термический фактор в данном случае [c.618]

В итоге следует признать, что использование понятия температуры воспламенения само по себе еще не делает порочным построенную на этой основе теорию распространения пламени. Этот вывод является для нас тем более существенным, что иногда высказываются надежды на радикальное усовершенствование чисто тепловой теории распространения пламени в результате рассмотрения процесса распространения пламени без применения температуры воспламенения, на основе непрерывного развития реакции. При этом ширина зоны реакции 8рили время реакции тр отсчитываются от температуры, при которой констатируется развитие заметной скорости реакции и которая, но существу, совпадает с понятием температуры воспламенения. Но и здесь в современном, наиболее строгом варианте тепловой теории распространения пламени Зельдовича [2] передача тепла от зоны горения в свежий газ рассматривается в результате одновре-м е н н о г о действия теплопроводности и диффузионного перемешивания продуктов сгорания со свежим газом. Задача решается для частного случая, когда коэффициенты диффузии и теплопроводности можно принять равными друг другу. Воспроизводится неизменным то представление, что реакция в свежем газе вызывается только в результате нагрева газа, и что само пламя является только источником тепла. Именно в этом основной недостаток чисто тепловых теорий распространения пламени, источник их несоответствия важнейшим проявлениям реального процесса горения. [c.40]

Справочник химика 21

Химия и химическая технология