Пламени, т. е. слой, отделяющий несгоревшую смесь от продуктов сгорания,

Устанавливается в зоне стехиометрического состава смеси.

Для реакций, протекающих в пламени при ламинарном режиме горе-

Ния, в качестве основной характеристики принимают скорость нормального

Распространения пламени uн (м/с), представляющую собой линейную

Скорость перемещения фронта пламени по направлению, нормальному к

Поверхности фронта в данной точке. В свежей смеси, движущейся навстречу

пламени со скоростью w = ин, фронт пламени занимает стационарное

Положение. Выражение для расчета нормальной скорости при этом может

Быть получено из теплового баланса для стационарного фронта пламени как

равенство теплоты, воспринимаемой продуктами горения: uн ρоср (Тг _ T0)

И теплотой, передаваемой путем молекулярной теплопроводности, свежей

горючей смеси (Дж/м2ｷс):

q = uн ρоср(Тг _ Tо) =

()

λ δ г о T −Т

(4.11)

Считая δ равной толщине зоны горения δхим = ин txим (м), получим:

О хим хим

н ρ

λ

t

а

U с t

р

= =; ин =

Хим t

A, (4.12)

где То, ρо и ср – температура, плотность и теплоемкость свежей горючей

смеси; а = λ/срρо (м2/с) _ коэффициент температуропроводности;

uн ρо (кг/м2ｷс) – удельный массовый расход горючей смеси; txим (с) _ время

Химической реакции в зоне горения (время сгорания).

Из выражения (4.12) следует важный качественный вывод, что скорость

Распространения пламени зависит от теплофизических свойств горючей

Смеси и времени сгорания. Так как время сгорания txим пропорционально

Средней скорости химических превращений и зависит от температуры и

Состава смеси в зоне реакции, то ин также зависит от этих параметров.

Рис. 4.3. Структура ламинарного диффузионного факела

Таким образом, скорость распространения пламени в определяющей

Степени может характеризовать закономерности химических превращений,

Происходящих в зоне горения.

Особенностью ламинарного диффузионного горения является растяну-

тый характер факела (рис. 4.3).

Сжигание термически неустойчивых газов в этом случае сопряжено с

Большим химическим недожогом, поэтому такое сжигание в практике

Используется редко.

Диффузионное горение газа в турбулентном потоке характеризуется

Более сложным механизмом горения по сравнению с ламинарным. Сильное

Влияние на длину факела оказывает вихревое закручивание струи газа и

Воздуха и угол встречи этих струй. Меняя эти параметры, можно управлять

Длиной факела в широких пределах. Благодаря преимуществам вихревого

потока обеспечивается хорошее смесеобразование и интенсивное горение.

Как ранее отмечалось, переход ламинарного диффузионного горения в

Турбулентное для большинства газов происходит при числах Рейнольдса

Re > 2200.

Турбулентная скорость распространения пламени больше, чем ско-

Рость при ламинарном горении за счет интенсивного перемешивания слоев

Газа, а также за счет турбулентной составляющей температуропроводности и

Диффузии. Скорость химического взаимодействия (горения) при этом увели-

Чивается и tк сокращается. Турбулентная скорость распространения пламени

(ин

т) может быть определена зависимостью:

ин

т =

Хим

т

t

a + а

, (4.13)

где а _ коэффициент температуропроводности, характеризующий молеку-

лярный перенос тепла, м2/с; ат _ коэффициент турбулентной температуро-

Проводности, который пропорционален кинематическому коэффициенту

Турбулентной вязкости и характеризует перенос тепла за счет турбулентных

пульсаций, м2/с. При развитой турбулентности ат ｻ а:

ин

т ≈

Хим

т

t

а

. (4.14)

Так как кинематический коэффициент турбулентной вязкости растет с

увеличением числа Рейнольдса, окончательно получим:

ин

т ≈

Хим

Re

T. (4.15)

Таким образом, скорость турбулентного распространения пламени при

Мелкомасштабной турбулентности зависит от физико-химических свойств

Горючей смеси и от гидродинамики потока.

При крупномасштабной турбулентности, когда масштаб пульсаций

Больше ширины фронта пламени, горящие элементарные объемы смеси из

Фронта пламени переносятся турбулентными пульсациями в прилегающие

К нему зоны потока, в том числе и в свежую смесь. В свою очередь,

Элементарные объемы свежей смеси с помощью тех же пульсаций могут

Попасть непосредственно в зону химической реакции, минуя зону подогрева.

В связи с этим фронт пламени в этом случае сильно развит.

Величина химической неполноты сгорания в турбулентном потоке

Значительно ниже, так как при высокой интенсивности процесса тепломассо-