, у зв'язку з чим розрахунок променистих потоків необхідний як для визначення температури стінок, так і для розрахунку процесу горіння.
Топковий процес через складну аеродинаміки, Багатостадійний і багатоканальності хімічних реакцій, високих температур і швидкоплинності важко піддається експериментальному дослідженню.
Звичайно, значення для топкового процесу перерахованих особливостей і ступінь їх вивченості різні. Найважливішою, на наш погляд, і найскладнішим завданням у створенні математичного опису топкового процесу є пояснення механізму утворення горючої суміші і розрахунок часу горіння.
Найскладнішим завданням в області конструювання є створення топкового пристрою - реактора, який би оптимальним чином задовольняв вимогам, що пред'являються до хімічних реакторів, і перерахованим особливостям, які коротко зводяться до забезпечення:
а) можливості здійснення високотемпературного процесу;
б) повного вигоряння;
в) необхідних концентраційних меж пального;
г) нагрівання горючої суміші до температури займання;
д) стабілізації фронту горіння;
е) авторегулируемого коефіцієнта несмешеніе у вогневій зоні.
. 2 Визначення часу згоряння та середнього часу перебування продуктів горіння в топочном обсязі
Час макросмешенія. Так як нас цікавить повний час? змішання молей всіх розмірів, то для обчислення? слід прийняти найбільший масштаб турбулентності. Такий величиною є масштаб турбулентності Прандтля, який математично визначається як максимальна відстань між частинками, у яких ще зберігається кореляція:
Час мікросмешенія. Кореляційний аналіз пульсації в турбулентному потоці показує, що, починаючи з певного малого рас- стояння між двома частками (точками) і до самого їх зближення, коефіцієнт кореляції R стає рівним одиниці. На цій відстані зникають градієнти швидкості, а разом з ними і турбулентне перемішування. Всі процеси переносу в цих частках здійснюються в основному за механізмом молекулярної дифузії. Тейлор визначив цей розмір як мінімальний масштаб турбулентності, який обчислюється за формулою:
. 3 Визначення безрозмірного часу горіння
Таким чином, перемішування в топці здійснюється у два етапи: макросмешеніе турбулентної дифузією і мікросмешеніе молекулярної дифузією. Одночасно з останнім процесом протікає горіння. Швидкість нормального горіння прийнята в якості масштабу молекулярних процесів. Нею ж враховується і хімізм процесу. Обробка дослідних даних, про яку сказано нижче, показала, що нормальна швидкість є хорошим масштабом для узагальнення результатів випробувань. Можна стверджувати, що молі мінімальних масштабів вигорають з поверхні зі швидкістю нормального поширення полум'я або зі швидкістю, пропорційної їй. Сумарний час згоряння складається з часу макро- і мікросмешенія і визначається за формулою:
. 4 Характеристика дифузійного, кінетичного і дифузійно-кінетичного способів горіння газів
При дифузійному принципі спалювання (? 1=0) процеси горіння і змішання розвиваються паралельно. Так як процеси змішання протікають значно повільніше процесів горіння, то швидкість і повнота згоряння визначаються швидкістю і повнотою змішування газу і повітря. Змішання газу з повітрям при цьому принципі спалювання може протікати або шляхом повільної молекулярної дифузії, або шляхом турбулентної дифузії, що включає в себе і молекулярну як кінцеву стадію. Відповідно цьому розрізняються швидкості горіння і структура дифузійного полум'я (рис. 1.1) [2]
Рис 1.1
газ горіння займання вибух
На рис. 1.1, а наведена спрощена схема вільного ламінарного факела, що виникає за рахунок взаємної молекулярної дифузії газу і повітря. Усередині конусного ядра 1 знаходиться чистий газ, що випливає з трубки при ламінарному режимі течії. У зоні 2 утворюється суміш, що складається з газу та продуктів горіння, а в зоні 3 - суміш з продуктів згорання і навколишнього повітря. Кордон 4 між зонами 2 і 3 являє собою гладкий конусний фронт полум'я, до якого зовні дифундують молекули повітря, а зсередини - молекули газу. Утворилися у фронті полум'я продукти горіння дифундують назустріч газу, інтенсивно нагріваючи його в предпламенной зоні, і частково витісняються в навколишній факел повітря. Нагрівання газу розпеченими продуктами, що не містять кисню, призводить до часткового термічного розпаду вуглеводнів і утворення сажістих частинок, що додають полум'я яскраву світність. Достоїнствами такого спалювання є висока стабільність вогню при зміні теплових навантажень від нул...
