Преобразуя апа/югичяым образом уравнение (5-24), iiaiUeM, как в,11ияст мелкомасштабная турбулентность на величину критического диаметра сферического объема продуктов сгораиия:

const. (6-34)

Таким образом, при п=2 критический диаметр обратно лролорционалеи ортно квадратному из давления. Д.чя минимальной энергии восп.чамепення согласно уравнениям (5-26) и (5-24) справедливо соотношение

Q - (5-35)

которое после соответствующей замены коэффициента тенлопроводносги ). преобразуется к виду

Q~~ P - \utjZ): (5-36)

Be.iHHJUia коэффициента ту])бу,-енти011 теплопроводности может более чем в 100 раз превосходить соответствующую величину при молекулярном обмене. Таким образом, в результате в.тияиия мелкомасштабной турбулентности скорости распространения пламени и критический размер объема газа могут увеличиться в 10 раз, а минимальная энергия воспламенения в 1 ООО раз. Измерения, проведеи-иые Светом (Swell, 1949), показывает, что для воспламенения движущейся смеси необходимы б6льщ]те величины энергий, однако его данных недостаточно для ко.чичествеи-ного подтверждения теории.

В рез} льтате кру-пно.масштабной турбулентности фронт пламени изгибается и его поверхность увеличивается. .Моли горючей смеси проникают в сгоревшую массу газа II сгорают; отдельные моля горящей смесн, наоборот, внедряются в горючую смесь и в зависимости от размера могут нли создать сливающиеся очаги пламени или погаснуть. Влияние крупно.масшгабной гурбулентиосгн чн скорость раснространения пламени трудно оценить теоретически. Разработать соответствующую теорию пытались Дамкёлер (Damkoehler, 1940), Щёлкин (1943), Карлович, Деинистон и Уэ.члс (Karlovitz, Denniston and Wells, 1951), a также Скарлок и Гровер (Scurlock and Grover, 19,53), Исходной предпосылкой этих теорий является то, что турбулентность в.чияет на скорость распространения пламени главным образом в результате искривления фронта пламени, причем движение каждого ма.чого \-частка фронта

l,V> 227

иирсделяегси величиной нормальной скорости раоиростра-иения пламени. Таким образом, для ретнения задачи оказывается необ.ходимым -тишь определить увеличение поверхностп фронта пламени. Од1!ако ранее было показано, что скорость распространения ,тамина1Н10го пламени достигает HOCTOSHHioro значения только через некоторое вре-.мя посзе его возникновения; скорость образования новерх-ностей контакта между объемами продуктов сгорания и i о-]тючей смеси в турбулентном п.тамени настолько велика, что на этих иоверхиостях ила.мя не успевает приобрести ту скорость, с которой оно распространяется в стацнонар-пых условиях. Поэтому, если даже и можно оп)еделить увеличение поверхности фронта итамепи, все же нельзя считать исчернывающен теорию турбулентного распространения пламени, базирующуюся на указанной предиосылке. Более того, принятое разделение турбулентности на крупно-и мелкомасштабную весьма условно, так как в качестве onpeflejTHromero размера принимается ширпиа фронта пламени, которая сама зависит от интенсивности турбулентности. При очень интигсивной турбулентности скорость расиространення пламени не должна зависеть от характеристик молекулярного обмена. Из соображении размерности следует, что и в этом случае далжны быть справедливы соотпощения типа (5-28). Обзор последних нсследовапщ ! в этой области приведен в работе Карловипа (Karlovitz, 1953).

Экспериментальное подтверждение теоретических выводов нельзя считать бесспорным главным образом вследствие трудностей по.тучепия однородной турбулентности п измерения ее интенсивности в экспериментальных устройствах для изучения скорости распространения пламени. Дамкёлер (Damkoehler, 1940), Боллингер и Вильяме (Bollinger ami Williams, 1949), Боудич (Bowditch, 1953), Вонь, Шор, Розенберг и Вейль (Wohl, Shore, von Rosenberg and Weil, 1953), a также Хоттель, Вильяме и Левин (HoUel, Williams and Levine, 1953) показал1г. что как крупномасштабная, так и мелкохтаснттабная турбулентности увеличивают скорость распространения пламени, тогда как в опытах Штаркх1ана, Хэксбая и Каттанео (Starkman, НахЬу and Cattaneo, 1953) \становлено, что турбулентность ухудшает характеристики воспламенения. Вывод Щёлкина (1943) о том, что при интенсивной турбулентности скорость расиространення пламени не зависит от свойств смесн, экспериментально не подтверждается,

Харашеристикп ту1)б}ленгност11 за фронтол! п.иа.мени uiBHCHT не только от характеристик турбулентности набегающего потока. Карловнц, Деннистон и Уэллс показали, что нарушения непрерывности и возмущения во фронте нламени, обусловленные влиянием турбулентности набе-.нощего потока, могут вызвать значительное увеличение 1Н1тенсивност11 турбулентности. Во фронте нламени, движущегося в трубе, возникают большие градиенты скорости (с\(. стр. 56), которые, как показали Ви.1ьямс, Хоттель н (жар.чок (WillianTS, Hottel and Scurlock, 1949), также мо-lyr вызвать увеличение интенсивности турбулентиосттг Ка.тдве.лл. Руег н Олссн (Caldwell, Ruegg and Olsen,

Горючая cmcb

Рис. 5-12. Линии лемиогп (

тока фоита

аолизи пскрнЕ-п.амен11.

1949) указывают, что скорость распространения пламени в этом случае может в 20 раз превосходить скорость движения ла.Минарного пламени. Воль, Шор, Розеп-берг н Венль (Wohl, Shore, von Rosenberg and Weil, 1953) отмечают, что турбулентная скорость распространения пламени может достигать восьмикратной величины скорости движения ламинарного лламетг

Как показали Ландау (19-44) и Маркшгспи (Markstein, 1951), с аэродиамической точки зрения плоский фронт пламени вообще неустойчив,

Действитепьио, если фронт пламени искривляется (рис. 5-12), то вследствие отклонения вектора скорости к нормали (стр, 53) линии тока в набегающем потоке должны быть рас.ходящт11МЦСЯ перед выпуклостью и сходящимися перед вогнутостью. Там, где ,тиаии тока расходятся, скорость потока уменьшается, что приводит к вытягиванию выступа навстречу потоку. Эти выступы видны на фотографин .таминарного и.гамени, приведеииой на