а именно; желтым свечением и дынообразованием. Углеродные частицы образуются наиболее интенсивно при высокой температуре, большой концентрации топлива и значительном удалении зоны реакции от повер,чности топлива. Влияние температуры было исследовано автором (Spalding, 1950), снижавшим температуру путем уменьшения содержания кислорода в атмосфере; при этом в противоположность ожидаашемзся эффекту от уменьшения подвода кислорода пламя становилось менее желтым и

кал/г

Рис. 4-21. Температура гореипя углеволородов Я= 10 300 ко.)/г (Г, = 20°С).

снижалась склонность к дымообразованшо. Топливо, со-стояшее из компактных молекул, например молекул с бензольным кольцом, легче всего образует углеродные частицы. Если эти частицы теряют значительное количество тепла радиацией, то они настолько охлаждаются, что не могут догореть, когда, наконец, достигают содержащую кислород зону и покидают нламя в виде дыма. Таким образом, аро--матики образуют наибольшее, а парафины с прямой цепью - наименьшее количество дыма; это было установлено Кларком, Хантером и Гарнеро.м (Clarke, Hunter and Garner, 1946).

Методика расчета параметра переноса является совершенно общей и может с успехом применяться к окислителям, отличающимся от воздуха. Так, например, для паров 170

азотной кислоты член /-/т/гв уравнении (4-53) следует заменить количеством тепла, выделяющимся при сгорании (при постоянных температуре и давлении) стехиометриче-ского количества топлива с единицей массы паров азотной кислоты. Остальные члены в уравнении (4-53) остаются без изменения.

Пример 4-6. Определять параметр переноса при горении п-октана с парами перекиси водорода НОа в камере сгорания пря температуре 5оО°С и давлении 2Э а/па. Топливо подается в камеру сгорания в жидком вяде при 0°С.

Дано:

Теплота разложения паров НО. при средних температурах 730 /сал/г; продукты разложения-водяной пар и О.

Теплота сгорания паров CgHig при ср1;дних температурах 10 боа ка.п/г.

Температура кнпения CJdig пря 20 ата 281° С.

Разность энталышн жидко1 о СН, при 0°С и 281° С 192 кал/г.

Скрытая теплота испарения пря 20 ата 28 кал/г.

Средняя теплоемкость паров НоО, 0,5 лгал/г-°С (принято).

Решение. Исходя из теплот образования и сгорания, запишем уравнение химической реакции в вида

С,НиЧ-25НгОг-8СО,-Ь34НгО--2 153 кал/г ИА

Полагаем, что у поверхности топлива газ не содержит окиси углерода и температура поверхности равна температуре кипения при 20 ата. Тогда I г HOa при снижении температуры до 281 С и сгорании с октаном выделяет следуюл1ее количество тепла:

2 153 + 0,5 (500 - 281) = 2 263 кал/г.

которое может испарить:

2 263

192 28 топливе! Следовательно, параигтр пе реноса равен 10,3.

Горение капель топлива

Для очень мелких капель жидкого топлива как выиуж-де!1ная так и естествелпая конвекция становятся несущественными. Поэтому для расчета сгорания можно применить уравнение (4-33), которое уже использовалось нами при анализе горения твердого топлива. Однако в связи с тем, что параметр переноса рассчитывается из балэНса энтальпии, удобнее заменить коэффициент диффузии D коэффициентом темттературопроводности а. Это дает

8(1/с)1п{\-\~В)

Экспериментальные данные. Время торения капель определялось экспериментально Годсейвом (God* save, 1953), подвешивавшим капли на кварцевой нити и определявшим по фотографиям скорость уменьшения их диаметра. Аналогичные опыты были проведены Кумагаи и Кимура (Kumagai and Kimura, 1951) п Кумагаи и Изо-да (Kumagai and Isoda, 1952), Хотя естественная конвекция и нарушает сферическую форму пламени [для которой выведено уравнение (4-63)], но вызванное этим увеличение скорости массооб.меиа вряд ли превысит 100%. Следуя Проберту (Prober!, 1946), Годсейв выражает результаты своих опытов через константу испарения n=djti. Из уравнения (4-63) нетрудно найти зависимость х от свойств топлива и среды:

Ш/с)Ы1 + В) (4-64)

Так как на величину В влияют концентрация кислорода и температура окружающей среды, то я нельзя считать константой топлива.

В табл. 4-2 для ряда углеводородных топлив при горении в атмосферном воздухе дано сравнение экспериментальных и теоретических [из уравнения (4-64)] значений к. Величина Х/с принята такой же, как для воздуха при температуре 900° С, средней между атмосферной и 2 000° С. Произвольность выбора величины Х/с является наиболее слабым местом теоретического расчета. Однако учет изменения величины Х/с в зависимости от температуры путем чиелениого интегрирования в каждом конкретном случае представляется слишком с.аожным. Для одного случая такое интегрирование было вьшолнеио автором (Spalding, 1951, а)

Как видим, теория и экснери.меРЕТ нахо,1ятся в хорошем согласии. Правда, поскольку прн наличии естественной конвекции следует олидать, что экспериментальные значения X будут превосходить теоретические, то, вероятно, выбрана слишком большая величина отношения Х/с. Однако результаты экспериментов убедительно свидетельствуют о том, что значительное различие молекулярного строения применявшихся тонлив не оказывает влияния на скорость испарепня и что параметр переноса является определяющим кри1срие.м.

См. 1акже сноску на стр. 129 н работу Гольдсмнта и Пеннера (GoldsraltU and Penner,1S53).