На ]Ик-. 5-:iG Шооражены аналогичные лависимости для случая, когда раднацпонные тепловые потери велннп. Вс€? линии теплового баланса имеют излом в точках, где температура равна температуре плавления. Кроме того, при сравнении с горением утерода (рис. 5-33) можно &идеть,- что в датпшм случае геометрическое место точек устойчивого горения (линия равновесия) короче. При по1тжеиии температуры плавления, например, в результате малых присадок элемента, образующего сплав с ме[аллом, .может оказаться, что температура плавления станет виже точки мини-мума линии равновесия. Для такого сплава при заданном уровне радиации в окружающую среду устойчивое горение псвозможпо. Конечно, если для того же сплава уменьшить тепловые потери, в том числе и потери вслелствие тепло-нроводиости, то горение может стать впо.тие усгойчпвы.м.

Срыв пламени при диффузионном гирепии

Сры.в пламени при диффузионном горении струй газообразного топлива и окисл.ителя .может происходить или вследствие того, что скорость пере.мешиваппя чрезмерно велика по сравнению со скоростью химической реакшги, или ното.му, что эта скорость слишком мала и в результате радиации понижается температура. Сравнительно с твердыми телами газы излучают относительно мало тепла, и поэтому-экспериментально не удается осуществить срыв пламени: последнего типа, в го время как сры-в пламени первого тина хорошо известен.

Впервые я-влеиис срыва диффузиопио! о пламени было теорегически предсказано Зельдовичем (1949) п позднее, независимо от него Сполдиигом (Spalding, 1951, с, 1954, с), который на основании аналогичных теоретических выводов обрабо-!ал экспериментальные данные по горению пленки жидкого топлива на шарах. Ниже приведено краткое изложение теории срыва пламени и ее приложений.

Теория срыва пламени. В разделах, посвященных вопросам массообмена с химической реакцией, уже указывалось, что на основании только физических соображений нельзя yciaiHjBHTb закономерностей протекания реакции в пламени. Однако eoin ширину зоны реакции считать бес-коиечио тонкой, то, используя теорию массообмена, можго найти расположение этой зоны, а также распределение температуры LI концентрации вблизи нее. Изменение температуры и концентрацин по нормали к бесконечно тонкой .оие реакции показано иа рнс. 5-37. Как н ранее, предиолагает-ся. 274

iro вне этой зоны [lo процсходт прсдиламспных реакций между топливом мли кислородом и продуктами сгораиия.

Идеализированная схема, представленная на рис. 5-37, конечно, не отражает полностью законОмериостей реакции в диффузионном Бламеии. Действительно, если в зоне реакции концентрации топлива и кислорода равны цулю, го молечулы реагентов не соударяются и химическая реакция пе может идти. Однако велшчины градиентов концентраций конечны, и следовательно, топливо и ислород диффуиди-р}-ют в зону реакции с конечной скоростью.

Если в какой-либо момент времени возннкнет распреде-.:еН1ие температур и концентраций, изображенное на

Расстояние по нормали н фронт!/ пламена

Рлч. 5-37. Мделлизнровапная схема ,юлей температур п коицеитра-4Hfi прп диффузионном горенки.

Рис. 5-3S. Дей,твите.:п.иые профили температуры и концентрации в диффузионном п/1г1мени.

рис. 5-37, то в результате поступления свежих реагентов эти распределение станет таким, как показаио [la рис. 5-38. R этом сл}чае концентрации топлива ц кисторода конечны, I! если температура высока, то может идти реакция. При стационарных условиях распределение концентрации такОВО, что в каждом элементарном объеме реагирует именно то количество топлива и кислорода, которое поступает в этот объем вследствие диффузии.

Рассмотрим точку, в которой концентрация кислорода изменилась таким образом от in до установивнгегося значения (индексом * отмечены значения, соответствующие ширине зоны реакции равной нулю). Так как общие условия перемешиван!ш не изменились, местное значение сохраняемого свойства т-~т\г остается неизменным. Поэтому новое значение .можно представить ч функции т, и т\ . Как видно на рис. 5-37, если ве-

is 275

дичина конечна, то равно нулю, н наоборот. .Аналогичным образом не изменяется также и свойство т.-Н/г -f-cT, и поэтому новое значение температуры можно представить в функции m , т и Т*. При увеличении величина также увеличивается, а Т уменьшается. Зона химической реакцяя в этом случае располагается между плоскостью, соответствующей Отц = 0 со стороны топлива, и плоскостью т = 0 со стороны кис.ао-рода. Профиль температуры в.место острого пика имеет теперь скругленную вершину.

Понижение температуры при уве.тичении ширины зоны имеет большое значение вследствие уже отмеченной ранее существенной зависимости скорости реакции от температуры. Предположим теперь, что в связи с изменением условий перемешивания, например в результате изменения относительной скорости движения топлива и кислорода, увеличиваются ррадяенты концентрации. В этом случае в зону реакции будут диффундировать большие количества топлива и кислорода, которые должны прореагировать. Это может произойти лишь вследствие уветичения ширины зоны реакции, что будет сопровождаться понижением матоамальной температуры. Можно показать, что уменьшение скорости сгорания прн снижении температуры до некоторого уровня уже ие будет компенсироваться увеличением этой скорости вследствие расширения зоны реакции. В этот момент скорость реакции в зоне максимальна. Дальнейшая интенсификация пронесся перемешнвапня приводит к срыву пламени.

Предельная скорость сгорания п скорость распространения и л а м е .а п. Максимально возможную скорость сгорания, выраженную в граммах топ.тива, сгорающего на единице поверхности пламени в единицу времени, назове.м предельной скоростью сгорания н обозначим т . Наличие такого предела скорости сгорания связано с тем, что лри дальнейшем увеличении яодачп топлива в зону реакции происходит срыв пла.меии. Зельдович и Сполдинг (см. выше) показали, что предельная скорскть сгорания по порядку величины равна скорости сгорания топлива в ламинарном пламени, распространяющемся в сте-

Автор применяе! ropMmi напряжеиносп, п.ишоня . (Р е ..j