З.З. Ламинарно разпространение на пламъка
Разпространението на екзотермични реакции в газови смеси при реални условия протича при наличието на температурни и концентрационни градиенти и предизвиканите от тях потоци на топлина и вещество. Ако студена горима смес се нагрее в точка от локален източник на топлина до висока температура, тогава, в съответствие със закона на Арениус, скоростта на реакцията ще се увеличи експоненциално в тази точка. Освободената топлина поради топлопроводимост ще загрее нови слоеве от прясната смес, в която също ще започне запалване. Едновременно с това ще се извърши взаимна дифузия на продуктите от горенето и свежата смес в зоната на нагряване и реакция. В резултат на това свежата смес бързо ще изгори и ще се превърне в продукти на горенето. Този процес се нарича ламинарно (слоесто) горене.
Геометричната повърхност, върху която в момента се извършва запалването и която разделя продуктите на горенето от прясната смес, се нарича фронт на пламъка.
Фронтът на пламъка има дебелина около 1 mm и при тази дебелина температурата се повишава от началната T0 до температурата на горене на TG.
Ако фронтът на пламъка е плосък или има голям радиус на кривина, тогава дебелината на фронта на пламъка може да бъде пренебрегната и реакционната вълна може да се разглежда като топлинен скок, при който температурата се повишава моментално до TH.
Скоростта на пламъка спрямо студената смес по посока на нормалата се нарича нормална скорост на горене Un.
Скоростта Un няма да се промени, ако свежата смес се движи в тръбата. В този случай ламинарното движение не трябва да се нарушава ( Re ≤ Recr ), но привидната скорост на горене в този случай ще се различава от Un.
Температурната разлика TG - Т0 и нормалната скорост на горене са основните характеристики на горенето във фронта на пламъка.
защотоТъй като движението на фронта на пламъка се определя от дифузия и топлопроводимост, тогава векторът на скоростта ще бъде насочен по нормалата към повърхността на пламъка и Un = , следователно Un се нарича нормална скорост на горене.
Нормалната скорост на горене е физикохимична константа за дадена горима смес (състав, T0, p0).
В повечето промишлени горивни устройства за изгаряне на гориво, горенето се организира отпред, което в реални условия се усложнява от турбулентност и процеси на смесване на гориво и окислител. Когато сместа се запали в тръбата в отворения край, пламъкът се разпространява равномерно в нея в началния участък, равен приблизително на (1/5 ÷ 1/4) от дължината на тръбата. Продуктите от горенето в началото на тръбата имат възможност да излязат навън и разпространението на пламъка става при постоянно налягане, което е показано от Mallard и Chatelier. Тогава движението на пламъка губи своята равномерност, възникват трептения, рязко увеличаване на скоростта до няколкостотин метра в секунда и резки удари на налягането. Този режим се нарича вибрационно горене. Ако пламъкът не изгасне, тогава процесът може да премине към третия етап. На този етап в сместа възниква компресионна вълна, която носи фронта на пламъка в тръбата със скорост няколко километра в секунда. Режимът на третия етап е стабилен, но качествено се различава от режима на първия етап и се нарича детонационен.
Фиг.3.3. Разпространение на фронта на пламъка в тръба
Последователни снимки на пламъка, разпространяващ се в цилиндрична тръба, показаха, че фронтът на пламъка има криволинейна форма, която се определя от параболичния профил на скоростта, охлаждащия ефект на стените и, ако тръбата е хоризонтална, също и от гравитационни течения (фиг. 3.3). Това обстоятелство беше причината за провала на многосе опитва да измери нормалната скорост на горене Un чрез наблюдение на скоростта на разпространение на пламъка в тръби, отворени в единия край. Ако повърхността на неподвижния фронт на пламъка е наклонена към оста на тръбата, тогава общата или привидната скорост на разпространение на такъв пламък по тръбата е толкова пъти по-голяма от Un, колкото пъти повърхността на пламъка Fpl е по-голяма от напречното сечение на тръбата Ftr.
Vav.pl. = Un.
Едва откриването на закона на Майкелсън (1890) направи възможно да се даде правилна дефиниция на нормалната скорост на горене и да се разработят методи за недвусмислено измерване на Un, за да се покаже експериментално, че нормалната скорост на горене наистина е физикохимична константа на дадена горима смес.