Для углеводородных топлив при горении в воздухе (ntgjr ~ Y,J расстояние до поверхности стехиометрического состава составляет 64 эффективных диаметра (если L = 4),

Бремя, за которое капля проходит некоторое расстояние, можно рассчитать на основании выражения для осевой скорости и, а именно:

= прн xld>L, (4-78J.

-=1 пра xld4L,

где У1, - начальная скорость топлива.

Расстояние, проходимое частицей за время можно по лучить интегрированием; приближенно

Время горения изолированной капли определяется из уравнепня (4-63), которое остается в силе и для капель в факеле топлива, если время горения столь велико, что капля большую часть своего с. шествования оказывается окрул,:ениой почти чистым воздухом. Тогда ДЛ1Ша пламени х определяется уравнением

О том, что определяет длину пламени-горение капель или смешение, можно, следовательно, судить по величине критерия, полученного делением уравиеиия (4-80) аа (4-77):

Когда этот критерии значительно больше единицы, то длина пламени определяется горением капель и приближенно может быть вычислена по уравнению (4-80). хотя последнее обычно дает несколько заниженную величину. Эти 182

условия соответствуют очень высокой иенолпоте смешения в результате наличия топлива в жидкой и газовой фазах.

Если критерии (4-81) значительно меньше единицы, то длина пламени приближенно дается уравнением (4-77) и неполнота смешения незначительно превышает неполноту смешения в обычных турбулентных пламенах.

Как показывает приближенный расчет, в камерах сгораиия газотурбинных двигателей критерий (4-81) имеет порядок единицы, т. е. прн определении длины пламаш необходимо учитывать как смешение струй, так и горение капень. Следовательно, каждое из уравнений (4-77) и (4-80) дает заниженное значение длины пламени. С другой стороны, в промышленных топках величина критерия (4-81) мала, что указывает на преимущественное влияние сментенИЯ струй. Это было установлено Триигом и Ньюбаем (Thring and Newby, 1953). Таким образом, горение капель является определяющим в случае малых размеров факела, его больших скоростей и крупных капель; наоборот, в случае больших размеров факела, малых его скоростей и мелких капель определяющим является смешение.

Как в области горения, так и массообмена, вообще, отсутствуют экспериментальные данные, которые можно было бы использовать для проверки правильности приведенных теоретических соображений. Данные по оросительным устройствам, применяемым в химической технологии, очень ограничены и не могут быть непосредственно использованы при рассмотрении интересующего нас вопроса; результаты исследования этих устройств обычно не содержат данных о скорости уменьшения размеров и времени существования капель; кроме того, часто в таких устройствах большое значение имеет теп.по- или массообмеи в жидкости. Вейнберг (Weinberg, 19.52) установил следующее интересное обстоятельство: подвод тепла от газа к факелу центробежной форсунки происходит значительно более ин-. теисивно вблизи сопла, где пелена жидкости еще не распалась, чем далее вниз по потоку, где струя уже распалась на капли.

Интересно отмстить, что при горении жидкого топлива интенсявттость массообмена невелика сравнительно с его интенсивностью в других технологических процессах. Так, для углеводородных топлнв начальное значение параметра переноса составляет около четырех. Окончательно, после того как образуется стехиометрическая смесь топлива и воздуха, масса топлива, приходящаяся на единицу массы

воздуха, равна о/, т. е. около Vis. Используя п. е (стр. 105), найдем локальный параметр переноса:

15 1+В,-

Отсюда В, = 3,69.

Число единиц переноса, необходимое для того, чтобы изменить значение локального параметра переноса от 4 до 3,69, равно

т. е. всего 0,04. Для сравнения напомним, что при сгорании твердого углерода требуется 0,71 единицы переноса(см. стр. 148 и далее). Если, как это имеет место в камерах сгорания газотурбинных двигателей, используегся только око. .10 одной четверти наличного кислорода, то осуществить горение еще проще, так как необходимо всего 0,01 единицы переноса. Следовательно, из аналогии Рейнольдса вытекает, что неизбежные потери давления в камере сгорания составляют всего около 0,02 скоростного напора. В действительности, конечно, потери давления в камере более чем в 1 ООО раз превышают указанное значение. Это связано прежде всего с тем, что в прямолинейном потоке легко происходит срыв пламени. Поэтому в камерах сгорания поток организуется так, что потери давления определяются в основном сопротивлением формы.

Если очеиь мелкие капли распределены в газе так, что осредиенный состав смеси близок к стехиометрпческому, то пламя распространяется примерно так же, как в газообразной горючей смеси (Wolfhard and Parker, 1949). В этом случае пламя не связано с отдельными каплями; капли испаряются, по крайней мере частично, до охвата пламенем, которое, по существу, становится разновидностью гомогенных пламен. При атмосферных условиях по данным Бургойиа (Burgoyne, 1954) такое пламя образуется, если диаметр капель не превышает 10 мк.

4. ПОВЕРХНОСТНОЕ ГОРЕНИЕ

Теория массообмена может быть применена также к случаю горения гомогенных смесей па твердых раскаленных или каталитических поверхностях. Это явление носит название поверхностного горения ; его использование 184