Нестационарное распространение пламени

Особенности распространения пламени вблизи грании воспламенения и потухания имеют большее практическое значение, чем закономерности стационарного распростра-;ения ламинарного пламени, так как именно эти явления накладывают существенные ограничения при конструировании камер сгорания. Графический метод, изложенный на стр. 205, с равным успехо.м можно использовать для анализа как стационарного, так и нестационарного процессов. Такой анализ дает возможность выявить некоторые существенные характеристики пламен при любом механизме ре-;кции. Используя частично методы изложения Йоста (Jost, 1946), а также Льюиса и Эльбе (LeAvis and von Elbe, 1951), мы не будем, однако, использовать представление об избыточной энтальпии .

Погасание очага п л а хМ е н и. Обычно ; орючая смесь воспламеняется вследствие возникновения реакции в небольшом объеме газа, от которого затем происходит распространение пламени. Реакция может быть вызвана, например, электрической искрой. Турбулентные пламена с 1!звилистым фронтом также распространяются вследствие проникновения в горючую смесь небольших объемов или выступов горячего газа. Выясним, используя графический метод, каким образом происходит распространение пламени от этих малых объемов продуктов сгораиия. В начальный момент примем поле температур в виде прямоугольни. ка. отмеченного цифрой О на рнс. 5-8. Такое распределите 1емпературы будет в некотором слое сгоревшей смеси, внесенном в неограниченное пространство, заполненное горючей смесью. Предположим, что протекание реакции задано кривой рис. 5-4,0. Будем считать систему одномерной, но аналогичные закономерности можно ожидать в двух- и трехмерных случаях.

Последовательные распределения те.мпературы отмечены на рис, 5-8 соответственно цифрами 1, 2, 3 и т. д.; задача симметрична, поэтому можно ограничиться изображением лишь одной из ветвей каждой кривой. Чтобы не затемнять чертеж, кривые для моментов времени 1-3 приведены на правой половине чертежа, а остальные - на

.ICBOH.

Как видно из рис. 5-8. в первые моменты времени температура внутри объема продуктов сгорания понижается вследствие подмешивания окружающего холодного газа. В результате реагенты диффундируют внутрь первоиачаль-

2b~i

flora объема горячего газа, где может начаться реакция с соответствующим выделением тепла. После четвертого интервала времени количество выделяющегося теша начинает превышать тепловые потери, обусловленные теплопро-, [ачальтя ширит слоя

прздднтов сгорания О

Риг. 5-8. Распространение пламеин от слоя продуктов сгорания.

водностью, и температура начннаег расти. Затем профиль температуры стабилиирустся и пламя стационарно распространяется в Г01)ючей смеси.

АналогичныГ! график для более тонкого слоя газа приведен на рнс, 5-9. В этом случае тепловые потери, обуслов-

ленные теплопроводностью, не компенсируются выделением тепла ракции. Поэтому реакция прекращается и пламя не может возникнуть. Для того чтобы пламя стало распространяться, щирииа слоя горячих продуктов сгорания

Pik-. 5-Р. Погасание горящего слоя.

должна быть больше некоторого критического размера. Фоторегистрации последовательного изменения малых объемов горящего газа, и в частности погасания недостаточно большого пламени, приведены в работах Арнольда и Шер-бурна (Arnold and Sherburne, 1953), а также Олсена, Гагг