4.2. Распространение фронта пламени в движущейся среде.

При горении движущейся смеси, результирующая скорость распространения пламени будет складываться из сумм.

Условие, что фронт пламени будет стационарным (т.е. неподвижным), это - результирующая скорость равняется нулю,.

В качестве модели рассмотрим горелку Бузена.

При подачи газа и воздуха в устье трубки со скоростью W, будет образовываться конус, при этом увеличение скорости поведет за собой увеличение высоты (поверхности) конуса, и уменьшение угла при вершине. Или также возможно обратное явление.

4.3. Процессы в плоском фронте пламени.

Рассмотрим фронт пламени. Он будет составлять узкую область, гдеh_ф – толщина фронта, аh_х – толщина химической зоны реакции. При этом его можно разбить на 2 зоны: зона подогрева и зона реакции.

В 1 зону поступает свежая смесь газа и воздуха, концентрация газа в воздухе остается постоянной т.к. химическая реакция еще не началась, а только идет подогрев за счет тепла выделяющегося в зоне реакции. Она начинается там, где теплоподвод становится равным теплоотводу, или на языке математики , что соответствует температуре воспламененияT_B. В зоне подогрева теплоподвод больше теплоотвода, а в зоне реакции. Транспорт тепла во фронте пламени осуществляется теплопроводностью. А максимум тепловыделения лежит в зоне реакции, и снижается до 0 в конце фронта.

На распространение фронта пламени влияет не только скорость химической реакции, но и транспорт веществ и продуктов сгорания.

4.4 Стабилизация ламинарного фронта пламени.

При подачи реально газа в горелку скорость распространения изменяется от максимума в центре, к своему минимальному значению на периферии. Фронт пламени при этом искривляется от конической формы. И нормальной скорости распространения пламени удается компенсировать только, а другая составляющаябудет сносить точку к вершине факела. На периферии за счет охлаждающей способности стенокU_nзначительно уменьшается по сравнению со своим средним значением, создается возможность прямой компенсации скорости потокаW скоростьюU_n. За счет этого фронт пламени на краю разворачивается в горизонтальную плоскость и образуется устойчивая зона горения – зажигательное кольцо. Эта область вполне может существовать самостоятельно.

Фронт пламени в общем случае определяется законом косинуса, а его устойчивость определяется стабилизацией зажигательного кольца. Поэтому определим основные зависимости стабильного факела.

Т.к. все горелки работают при переменных режимах, то возможны такие ситуации, когда скорость потока будет превышать U_n, или возможна обратная ситуация.

рис. 8

Отрыв пламени связан с существованием зажигательно кольца и его разрушением. Отрыв произойдет в том случае, если скорость потока превысит критическую скорость отрыва (зона IIна рисунке 8).

На величину скорости отрыва будет влиять несколько факторов. С увеличениемдиаметрагорелки его охлаждающая способностьуменьшается,ипредельная скорость отрыва пламенивозрастает (прямые 3,2,1 ). С обеднением смеси (увеличение первичного воздуха)снижаетсяпредельная скорость отрыва. А с уменьшением количества первичного воздуха (диффузионное пламя) предельные скорости будут возрастать.

Проскок возникает тогда, когда U_nпревышает скорость потока пламени( зона 3 на рис.8).

Проскок пламени связан с охлаждающей способностью стенок горелки. Условие отсутствия проскока . С увеличением диаметра возрастает нормальная скорость горения, тем при прочих равных условиях вероятность проскока увеличивается, тем больше должна быть скорость потока, предотвращающая проскок пламени (кривые 1,2,3 на рис. 8)¹. Максимальные скорости отсутствия проскока будут наблюдаться при значения избытка воздуха чуть меньших стехиометрических. Охлаждение устья горелки применяется для уменьшения вероятности проскока.

Также существуют методы по стабилизации пламени.

рис 9. Стабилизация с помощью рис. 10. Стабилизация пламени

поджигающего кольца телом V-ой формы.

На рис. 9 показано устройство осуществляющее стабилизацию за счет того, что газ через каналы 2 газ поступает в кольцевую щель 3. При этом создается стабильное зажигательное кольцо препятствующее отрыву пламени. На рис. 10 показана стабилизация потока теломV– образной формы. За счет завихрений создается подобие зажигательного кольца, и вероятность отрыва пламени уменьшается (повышается предельная скорость).

Туннельный стабилизатор изображен на рис. 11. Газовоздушная смесь выходит из горелки 1 в туннель 3, где образуется факел 2. К корню факела подсасываются продукты сгорания, создается зона возвратного их движения, образуя устойчивое кольцо зажигания. Т.к. если бы подсасывался холодный воздух, то это бы значительно ухудшало условия зажигания.