Разпространение - ламинарен пламък - Голямата енциклопедия на нефта и газа, статия, страница 1
Разпространение - ламинарен пламък
Разпространението на ламинарен пламък в потока на горима газова смес се дължи на пренос на топлина от вече изгорени обеми газ с високотемпературни режими на потока към по-студени свежи порции гориво, което предизвиква интензивна химическа реакция. Въпреки това, в редица съвременни технически устройства, горимата смес се подава в горивната камера при достатъчно висока температура, така че химическата реакция протича интензивно още в първоначалната смес. Например, в реактивни горивни камери, предварително загрятото гориво и окислител се впръскват от различни дюзи, разположени в края на горивната камера, бързо се смесват и реагират. Ако реакцията в смесения газ веднага протича достатъчно интензивно, проводимата топлопроводимост, поради която горимият газ се нагрява в обикновен пламък, става незначителна. Можем да предположим, че реагиращата смес просто се пренася с газовия поток и възпламеняването възниква в резултат на самонагряване. Тук разглеждаме този въпрос по-подробно. [1]
Разпространението на ламинарен пламък в § 8 - 3 беше представено като непрекъснат процес на прогресивно ускоряване на реакцията, когато газът преминава през тясна зона на пламъка при условия на паралелен топлопренос чрез топлопроводимост и дифузионен пренос на продукти от горенето, включително активни центрове, в прясната смес и прясна смес в зоната на горене. [2]
Проблемът за определяне на скоростта на разпространение на ламинарен пламък е изследван от Mallard и Le Chatelier [1], които смятат, че топлинните загуби са от първостепенно значение, докато скоростта на химичната реакция е от второстепенно значение. Последващите проучвания използват по-точна базова линияуравнения, в които е взето предвид влиянието на верижните реакции и други процеси. [3]
Обобщавайки горната информация за разпространението на ламинарен пламък, може да се отбележи, че нито една от съвременните теории не описва напълно този процес. Механизмът на разпространение на истинските пламъци трябва да се разглежда като смесен дифузионно-термичен. Създаването на обобщена теория, която отчита такъв комбиниран механизъм, е спешна задача. Съществуващите теории за ламинарното разпространение на пламъка обаче позволяват да се получат идеи за естеството на много характеристики на процесите на горене и да се установят закономерности, които позволяват да се предвиди влиянието на различни фактори върху развитието на горенето, включително при изучаване на кинетиката и механизма на процесите на горене и действието на пожарогасителни агенти. [4]
В табл. 5.3 показва границите на концентрация за разпространение на ламинарен пламък за някои отделни въглеводороди и алкохоли. Алкохолите имат малко по-голяма граница на възможно изчерпване. Границите, посочени в таблицата, се отнасят за разпространението на ламинарен пламък в тръби с голям диаметър (50 mm), когато относителната загуба на топлина към стените поради топлопроводимост е малка. [5]
В табл. 10 показва границите на концентрация на ламинарно разпространение на пламъка за някои отделни въглеводороди и алкохоли. Алкохолите имат малко по-голяма граница на възможно изчерпване. [7]
В теорията на Л. Д. Ландау нарастването на смущенията по време на разпространението на ламинарен пламък възниква в резултат на неедномерно движение на газа, свързано с разширяването на газа по време на реакция върху извита повърхност на пламъка. Представете си мислено такъв експеримент: нека изключим движението на газ пред фронта на пламъка - например, направете сместа много вискозна. Тогавахидродинамичното развитие на смущенията ще спре, извитият фронт на пламъка, който се разпространява през неподвижния газ с постоянна нормална скорост, ще започне да променя формата си: изпъкналите участъци на пламъка ще се увеличат, а вдлъбнатите ще намалят. В крайна сметка на мястото на вдлъбнатите секции ще се появят ъглови точки. Позиция 3 - 3 съответства на момента, в който се появяват ъглови точки върху пламъка. Поради затварянето на двете секции на предната част, скоростта на разпространение на получените ъглови точки ще бъде по-голяма от нормалната скорост на пламъка. [8]
Книгата подробно описва методите за изчисляване на скоростта на разпространение на ламинарен пламък, текущото състояние на теорията на турбулентното горене, теорията на газовата детонация, теорията на изгарянето на отделни частици и потока на атомизирано гориво, теорията на запалването, теорията на изгарянето на твърдото гориво, горенето в граничния слой и други въпроси. [9]
Както вече беше подчертано, когато се представя теорията на ламинарното разпространение на пламъка, уравненията на теорията на горенето и съответните гранични условия са инвариантни по отношение на изместване на пространствената координата. Именно това свойство на уравненията позволява да се определи нормалната скорост на разпространение на пламъка. Стабилизирането на пламъка означава, че фронтът на пламъка трябва да бъде свързан с определено място в пространството; в такава ситуация няма транслационна инвариантност на решението. [10]
Подчертаваме, че чисто термичните и чисто дифузионните механизми на ламинарно разпространение на пламъка са идеализирани ограничаващи случаи на реални ситуации. В действителност преносът на топлина винаги е придружен от дифузия на активни частици (и повечето реакции в пламъка са очевидно верижни реакции. В допълнение, скоростите на елементарните етапи на верижната трансформация имат значителни енергии на активиране и, следователно, силназависим от температурата. Изотермичността на верижните реакции се постига само в случай на силно разреждане на горимата смес с инертни газове. [единадесет]
Дадените граници на възпламенимост са много по-тесни от представените по-рано за ламинарно разпространение на пламък в тръби. [12]
Докладваните граници на запалимост са значително по-тесни от докладваните по-рано за ламинарно разпространение на пламък & тръби. [14]
Понастоящем се появиха допълнителни съображения, в светлината на които самата възможност за разпространение на ламинарни пламъци в областта на значителни градиенти на скоростта, подобни на тези, създадени при условия на силна турбулентност, изглежда съмнителна. [15]