эффнциеша диффузии кислорода (или коэффициента

диффузии топлива), то температура в передней зоне фронта пламени будет выше температуры, соответствуюшей уменьшению концентрацин кислорода. Следовательно, эн-альп1Ия слоя газа в переднеп зоне фронта пламени будет больше, чем энтальпия исходной смеси и энтальпия продуктов сгорания, которые согласно первому закону термодинамики обязательно должны быть равны. Если, наоборот,

>й, то энтальпия слоя газа в передней зоне фронта и.тамени будет меньше.

Вследствие тру-дностен измерения температуры и состава газа в тонком слое фронта пламени еще нет иеносред-ственных подтверждений такого характе)а изменения энтальпии. Подробное исследование требует полного анализа состава газа, так как в зоне горения находится много различных продуктов реакции. Льюис и Эльбе (Lewis and von Eibe, 1951) полагают, что иаличие во фронте пламени зоны, где энтальпия газа имеет максимальное значение, подтверждается тем, что теория, базирующаяся иа этом предположении, успешно объясняет некоторые характеристики процессов воспламенения и потухания пламен. Однако, как будет показано ниже, эти характеристики можно проще объяснить, не пользуясь указанным предположением.

Измерения профилей температ\-) во фронте ламинарных пла.меи были проведены Кла}кепсом н Вольфхардо.м (Klaukens and WolflTard, 1948), Фридманом (Friedman, 1953), Диксон-Льюисом (Dixon-Lewis, 1953), Фристромом, Прескоттон, Нейманом и Эверн (Fristrom, Prescott, Neumann and Avery, 1953), Ли и Карпентером (Leah and Carpenter, 1953), Джпльбертом и Лобде.члом (Gilbert and Lobdell, 1953), Бургойном и Вайнбертюм (Burgoyne and Weinberg, 1953). Только измерения Фристрома показали, что во 4)ронте пламени существуют температуры, превышающие адиабатическую температуру сгорания.

2. ГОРЕНИЕ ГОМОГЕННЫХ СМЕСЕЙ

В газовых турбинах и других камерах сгорания топливо и воздух обычно подаются порознь и лишь затем происходит их смешение. В некоторых камерах сгорания может существовать настояитее диффузиошюе пламя, так как топливо и кислород поступают к зоне реакции с противоположных сторон; в других типах камер перемешивание 200

чавершастся до начала реакции, Д.тя просто!ы сначала полиостью пренебрежем нроцессо.м смешения и рассмот-[)им распространение н.чаменн в гомогенной смеси постоянного состава, В реальных условиях к этому крайнему сручаю приближается процесс сгорания в форсажных камерах воздушно-реактивных двигателей.

Стационарное распространение пламени

Мы ие будем подробно излагать здесь математические теории распространения пламени, разработанные, например, .Чиршфельдером с сотрудниками (Hirsclifelder and Curtiss; Henkel, Spaulding and Hirsclifelder; Henkel, Hummel and Spaulding, 1949; Hirsclifelder, Curtiss and Campbell, 1953) или Зельдовичем (1948), Ограничимся лишь использованием некоторых математических соотношений д.,тя выяснения закономерностей рассматриваемого HB,iieiniH.

Дифференциальное уравнение. Для того чтобы проследить за изменением параметров горящего га-о, можно исследовать изменение концентрации реагентов н,ти продуктов сгорания .либо исследовать изменение температуры. Примем температуру в качестве параметра, характеризующего состояние газа; очевидно, высокая температура имеет место в про.луктах сгорания, низкая температура-в горючей смеси и промежуточная температура-в частично прореагировавшей смеси. Выбор температуры имеет преимущество также потому, что в некоторых выражениях для скорости реакции она оказывается единственной неременной.

Дифференциальным уравнением, описывающим изменение температуры, служит уравнение энергетического ба-laHca с учетом теплопроводности, выделения тепла в ре-:;ультате химической реакции и изменения энтальпии:

от ,

ЧТ . дТ . гТТ д.ч Т Яу- +

-Нт . (5-10)

где температура;

( - время; X, у, г -прямоугольные координаты;

е- теплоемкость газа прн постоянном давлении (принимается одинаковой для продуктов сгорания и горючей смеси);

Тер.мии горючая смесь- иримеияется д.1я обоаиапенин саежеи смеси перед началом горении. (Р е д.)

р - плотность газа (постоянная);

X -коэффициент теплопровадности газа (постоянный); Я - теплотаор1[ая способность топлива, кал/г топлива;

irij - скорость выгорания топлива, отнесенная к единице объема и единице времени.

Это уравнение нестационарного процесса для случая, когда газ неподвижен относительно принятой системы координат. Решение его воз.можно, если скорость реакции т выражена в функции Г, например в форме уравнения (5-9), Даже в том случае, если реакция не относится к реакциям рассматриваемого типа и коэффициенты диффузии различных химических веществ не равны коэффициентам температуропроводности, все же сохраняется возможность представить ni как функцию Т и Г, так как для заданной горючей смеси каждой температуре соогветствует определенная скорость реакции.

Если ограничиться анализом одпо.черного случая, уравнение (5-10) можно записать в следующем общем виде;

% = a: + Zp~f(n (5-11)

где а = Цср - коэффициент температуропроводносгн газовой смеси;

р - давление газовой смеси (постоянное); /г -константа, характеризующая порядок реакции; для мономолекулярион реакции п = 1, для бимолекулярной п = 2 и т. л,; Z - константа, зависящая от свойств исходной смеси; /(?) -функция температуры, зависящая также от свойств исходной смеси. Второй член в правой части уравнения (5-11) получен следующим образом. Скорость реакции, отнесенную к единице времени и единице объема, mj можно представить

в впде р Ь(Т). Эгу зависимость можно рассматривать как обобщение уравнения (5-9) на реакции, не являющиеся

Марб.ть и Адэмсон (Marble and .*\damson, 1954) разработала .метод аепользовання преобразования Ховарта (Howarth, 1943) при исспедованни подобных проблем, пригодный для учета зависн.чости % и fi пт темперагуры. Этот метод полезен тогда, когда требуете повышенная точность. Здесь для упрощения анализа л и р предпо-лагаюич носгояниымн. 202