с другой стороны, если оченн мало, то температура также должна быть весьма высокой, чтобы число эффективных столкновений было достаточно и обеспечивало быстрое протекание реакций. Поэтому левые ветви кривых также изогнуты вверх. Эти соображения, а также наличие экспоненциального члена в уравнении (5-54) объясняют форму кривых, изображенных иа рнс, 5-23, которые южHQ назвать кривыми материального баланса. Каждая кривая для заданной горючей смесн соответствует опреде

ленному зваченню параметра Usfvp . Произведение Us есть объемный расход смеси, поступающей в зону реакции, а Usjv--объемный расход смеси, отнесенный к единице объема зоны. Несмотря на то, что размерность этой величины сек~\ ее нельзя считать обратной .времени пребывания , так как последний термин определяет время прохождения зоны реакции отдельной частицей, В данном же случае рассматривается установившаяся го.могенная реакция и поэтому отдельные частицы выделить невозможно.

При устагювившемся состоянии температура и состав в зоне реактцтн должны одновременно удовлетворять условиям теплового и материа.чьного балансов. Состояние рав-[ювесия определяются точками пересечения соответствующих кривых. В общем случае данная кривая материального баланса может пересекать линию теплового баланса в трех точках. Нижняя из них и[гтереса не представляет, так как характеризует состояние, при котором реакция практически не и.дет и пламя отсутствует. Верхняя точка пересечения представляет состояние устойчивого горения, соответствующее данному расходу горючей смеси. Средняя точка дает состояние неустойчивого равновесия, так как при кратковременно.м уменьшении концентрации ffi соответствующее повышение температуры обусловливает увеличение скорости реакции и .дальнейшее уменьшение f, которое происходит до тех пор, пока не будет достигнуто состояние устойчивого горения. С другой стороны, небольшое уветнчение т- приводит к тако.му понижению температуры, что пламя погасает.

Однако ие все кривые материального баланса имеют точку пересечения, соответствующую устойчивому горению. При увеличении расхода илн, точнее, параметра Uslvp~ температура в зоне реакции понижается до тех пор, пока точка пересечения кривых материального и теп-

левого баланса не превратится в точку касания. В этот момент верхняя и средняя точки, определяюшие соответственно устойчивый и неустойчивый режимы горения, совпадают. Дальнейшее увеличение расхода приводит к срыву пламени.

Скорость реакции в точке касания определяет максимальную скорость тепловыделення, рассмотренную в предыдущем ра.вделе, и таким образом, полнота сгорания при этом предельном режиме горения равна приблизительно 80%. Полагая, что расход газа, поступающего в зону реакции, пропорционален скорости потока газа и что отношение объема зоны к ее поверхности пропорционально размеру стабн.тизатора d, Лонгвелл показал, что скорость потока, при которой происходит срыв пламени, пронорциональна rfpт. е. для бимолекулярной реакции пропор-циональиа dp.

Уравнение (5-52) позволяет найти связь между уело. ВИЯМИ срыва пламени в гомогенной зоне реакции и нормальной скоростью распространения п.тамени в горючей смеси. Если максимальная скорость реакции в 2 раза больше средней скорости реакции в ламинарном пламени, то пламя будет сорвано, когда расход топлива, поступающего в зону реакции, определяется соотношением

т p,}.ls = ВС -- т, , (5-55)

т. е. когда

(5-56)

Для трехмерного стабилизатора, например диска, отношение объема и ирк7лян ионной зоны к ее пгвепхности равно четверти диаметра диска. Сопоставляя уравнение (5-56) после подстановки этого соотношения с эмпирической зависимостью

М4(Му, (5-57)

справедливой согласно рис. 5-22 при болтщтих значениях критерия Пекле, получим, что в момент срыва пламени

С/.t. Уд/16. (5-58)

Таким образом, как это и стедовало ожидать, средняя скорость, с которой смесь в результате турбулентного пе-252

ремешивания поступает в циркуляционную зону, на одни порядок меньше, чем скорость набегаюшего потока.

Конечно, отношение 0/1/, характеризующее процесс перемешивания на границе циркуляционной зоны, можио считать постоянным лишь прн очень больших значениях критерия Рейнольдеа. По-видимому, при возрастании критерия Рейнольдеа в диапазоне, соответствующем пере.теду от ламинарного к турбулентному режиму перемешивания, отношение UjV несколько возрастает. Если положить в этом случае У/1/~ Re, где р-малая положительная величи-[та, то из уравнения (5-57) следует

(5-59)

Этим, пэ-впднмэму, о5/слзвлснэ уменьшЭ1щг наклона кривых, приведенных иа p.ic. 5-22, с у,меиьшеинем кр.1терия Пекле, Для нак,:10на 1,5, кого,то.му соответствует зависн-,мость V-d, велич;нта jj = U,33. Аналогичным образом можно показать, что при уменьшении кр,1терия Рейнольдеа (Пекле) в обласгн ч,1Сто ламинарного реж,ма перемешивания показатель степени параметра S /v в уравнении (5-59) становится бэльше 2.

Влияние лучеиспускания газа. Графический анализ процесса в гомогенной зоне реакции, показанный па рис. 5-23, можно также использовать для исследования неадиабатического процесса. Такой анализ выполнен Спо.тдингом и Толлом (Spalding and Tall, 1954) с учетом только радиационных тепловых потерь, так как их влияние можно представить в более обшей с[)орме, чем влияние тепловых потерь, обусловленных конвекцией. При сравнительно малых размерах зоны реакции, как это имеет место в действительности, можно Считать, что почти все излучаемое газом тепло теряется безвозвратно. Поэтому радиационные тепловые потери из зоны объема v в холодную окружающую среду пропорциональны pvR{T), где R(T) - быстро возрастающая функция температуры, вид которой зависит от состава из.тучающего газа. Такп.м образом, уравнение теплового баланса можио записать в виде

с (Г-Г.) = (/ , -т,) . (5-60)

Вместо одной линии теплового баланса следует провести семейство линий для различных значений параметра Usiv.