i.iiiKH укалшнои з:\н1С,1\1)Сги группируются oko.;io прямой, омоющей тангенс нак.тшн!, равный 2; но прн 30>Ре() среднее значение Pq равно 46, Таким образом, это значе-пне является критерием погасания пламени в цилиидри-чсской трубе. Как указывалось ранее, для двух- или трехмерного объема продуктов сгорания находящегося в неограниченном объеме горючей смеси, критическое значение Ре равно приблизительно 12. Если же этот объем горючего газа ограничен холодными стенками, вследствие чего от него отводится тепло без соответствующего подвода реагентов, то, естественно, критическое значеине Ре боль-пс и достигает 46,

При уменьшении диаметра трубы пламя гаснет; соог-ветствующий минимальный размер называется гасящим ;)азмером.

Этот размер является важным показателем воспламеняемости смеси, тем более, что его определение не сложно. Лля смеси заданного состава зависимость гасящего размера от давления, по-видимому, такая же, как и зависи-.мость критического размера объема продуктов сгорания, т. е. обе эти величины пропорциональны р , где п - ио-рлдок реагсции. Поэтому для бимолекулярной реакции ( = 2) гасящий размер будет обратно пропорциоиалеи давлению. Данные Симон (Simon, 1954) для нропано-аоздуш-ных смесей показывают, чго показатель степени изменяется в пределах от -0,76 до -0,97, чему соответствует измене-ioie и от 1,5 до 2. Это согласуется с данными, полученными при измерении скорости распространения пламени, в также 1видетельсгвует о достоверности тех предпосылок, которые пспользовзлись при теоретическом анализе. В дальнейшем при рассмотрении связей между скоростью распространения пламени, гасящим размером и минимальной энергией воспламенения будет латучено еще одно подтверждение достоверности этих предпосылок.

Прямолинейная зависимость с наклоном 1:2 иа рис. o-iO, кроме того, согласуется с гипотезой, чго проскок пламени о,пределяется градиентом скорости газа иа стеике. 1первые большое значение градиента скорости для проскока и стабилизации пламен при сгорании струй однородных газовых смесей было отмечено Льюисом и Эльбе (Lewis and von Elbe, 1943). Здесь этот вопрос не будет рассматриваться, так как эти явления, очевидно, ие наблюдаются в газовых турбинах, где скорости движения газа весьма вели-

ки, и пламена етабнлизпруюгся различными способамп цир-кулянпн продуктов сгорания. Обзор исследований но погасанию, проскоку и срыву пламен содержится в работе Воля (Wohl, 1953).

Другим эффектом твердых, поверхностей является возможность воспламенения горячими телами холодного горючего газа. В данном случае донолпительной переменной оказывается температура тела, и поэтому невозможна такая же простая систематизация экспериментальных наблюдений. Опытные данные по воспламенению движущегося газа нагретыми стержнями приведены в работе Ма.тлена, Фенна и Ирби (Mullen, Fenn and Irby, 1949). Обобщая эти результаты, можно установить, что воспламенению способствуют: I) уменьшение скорости двилсения газа; 2) повышение температуры стерл;ня; 3) увеличение диаметра стержня; 4) повышение давления газа и 5) увеличение нормальной скорости распространенця пламени в смеси. Все эти закономерности согласуются с выводами изложенной теории.

Маллеи, Фенн, Ирби, так же как н другие исследователи [например, Сильвер (Silver, 1937)], отмечают, что твердые катализаторы, например платина, лри одной и той же температуре тела воспламеняют хуже, чем вещества, не обладающие каталитическим эффектом. На первый взгляд это кажется стратптым, однако объясняется тем, что тела-некатализаторы нагревают газ без расходования реагентов, в то время как на поверхности катализатора реагенты расходуются. При этом, так как температура твердого тела всегда бывает ниже температуры адиабатического сгорания, отвод химической энергии газа при сильном катализаторе не компенсируется соответствующим выделением тепла. В результате газ, отводящийся от поверхности тела, оказывается менее подготовленным к горению, чем в случае отсутствия реакции на поверхности тела. Конечно, если катализатор находится в газе достаточно долго и его температура возрастает в результате протекания реакции на-поверхности, причем сам катализатор при этом не расплавится, то он может стать эффективным средством воспламенения газа даже при начальной температуре более низкой, чем температура воспламенения телом, не дающим каталитического эффекта. Этот факт интересен в связи с концепцией Льюиса и Эльбе об избытке энтальпии, как необходимом предварительном условии распространения пламени, поскольку в данно\! случае пламя от поверчно-222

ciii катализатора распространяетоя, нео.мотря иа уменьшение энтальпии.

Воспламенение искрой. Обычно горючую смесь поджигают, пропуская через нее электрическую иск-,\. Можно ожидать, что воспламенение происходит в том стучае, если искра обладает энергией, достаточной для на-1рева шарового объема газа с диаметром, большим критического размера d, .40 темиературы, близкой к темнерату-00 адиабатического сгорания Гакн.м образо.м, минимально необходимое для восп.таменения количество энергии Q должно быть:

QCfi:-(T,-TJ. (5-26)

Для выяснения зависимости величины Q от давления И! уравнений (5-25) н (5-26) получим:

Q.. (5-27)

Д.ля бнлюлекулярнон реакции 5, пе зависит от давления, а р~\ Поэтому Q обратно пропорционально квадрату абсолютного давления. В общем случае, если порядок реакции равен п, Эту зависимость Следует иметь ь виду при разработке систем пуска камер сгорания га зовых турбин на больших высотах. Для обычных пределов изменения состава горючих смесей величины Я (Г,-TJ/S изменяются в узких пределах. Поэтому минимальная знер-гня воспламенения приблизительно пропорциональна квадрату dc и, следовательно, также квадрату гасящего размера dg. Этот вывод подтверждается исчерпывающими и имеющими большое значение исследованиями Бланка, Геста, Льюиса и Эльбе (Blanc, Guest, Lewis and von Elbe, 1947, 1949). Эти исследования показали, что в широком диапазоне состава смесей справедливо соотноптение

QO.OOlTrf;, (5-28)

где Q - в калориях, а d ~в сантиметрах. Кроме того, было установлено, что ни распределение энергии искры -Между ее емкостной и индуктивной составляющими, ни расстояние между электродами, если оно больше гасящего размера, не имеют существенного значения. Последнее обстоятельство объясняется тем, что электроды обычно бывают холодными и их действие аналогично действию стоков тепла.