Cтраница 2
Истинная разность температур, обусловленная этим явлением, которое называется Махе зффектом, заметно меньше, вследствие зависимости состава продуктов сгорания и их эффективных теплоемкостей от температуры и давления. Тем не менее Махе-эффект приводит к возникновению градиента температуры в несколько сот градусов. Если заменить жесткую бомбу свободно расширяющейся оболочкой, горение происходит при постоянном давлении, и температура продуктов реакции во всех точках до начала охлаждения одинакова. [16]
Появление ячеек на пламени увеличивает площадь поверхности горения п, следовательно, суммарную массовую скорость горения. Это обстоятельство увеличивает проявление Махе-эффекта на заключительном этапе процесса горения. [17]
В реальных условиях различие температур в центре и на периферии оказывается значительно меньшим, так как теплоемкости обеих газовых сред различны и зависят от температуры и степени диссоциации продуктов реакции ( см. гл. Все же это явление, называемое Махе-эффектом, связано с возникновением градиента температур в несколько сот градусов, что существенно для некоторых технических процессов. Поскольку интенсивность теплового излучения сильно зависит от температуры, яркость свечения продуктов сгорания гораздо выше в центре камеры сгорания, где оно появляется уже после завершения процесса горения. [18]
В реальных условиях различие температур в центре и на периферии оказывается значительно меньшим, так как теплоемкости обеих газовых сред различны и зависят от температуры и степени диссоциации продуктов реакции ( см. гл. Все же это явление, называемое Махе-эффектом, связано с возникновением градиента температур в несколько сот градусов, что существенно для некоторых технических процессов. Поскольку интенсивность теплового излучения сильно зависит от температуры, яркость свечения продуктов сгорания гораздо выше в центре камеры сгорания, где оно появляется уже после завершения процесса горения. [19]
Тепловые потери излучением возникают к концу горения от наиболее нагретой части газа и поэтому влияют на явление Махе-эффекта на его заключительной стадии. В зависимости от состава горючей смеси и соответствующей ей температуры горения величина тепловых потерь излучением может меняться в широких пределах, однако, как правило, они не столь велики, чтобы существенно изменить проявление Махе-эффекта. [20]
Если же давление при горении в сосуде превысит критическое значение ( - 20 атм), то возможно протекание экзотермической реакции в режиме теплового взрыва по всему объему сосуда одновременно. Наконец, при еще более высоком давлении реакция N0 с горючим происходит в зоне, непосредственно примыкающей к поверхности пороха. Приведенный пример показывает, что к экспериментальным проявлениям Махе-эффекта надо подходить с известной осторожностью, учитывая конкретные особенности изучаемой системы. [21]
Теорию Махе-эффекта легко можно обобщить на случай, когда горючая смесь и продукты горения, будучи совершенными газами, имеют различные постоянные показатели адиабаты ( Тгт Тз) - Однако расчет с постоянными Y. Диссоциация существенно зависит от давления; увеличение давления в сосуде по мере выгорания горючей смеси подавляет диссоциацию в продуктах горения непосредственно вблизи фронта горения и способствует тем самым увеличению эффективной теплоты горения. В областях газа, сгоревших первыми, рост температуры с повышением давления вследствие Махе-эффекта, напротив, приводит к более сильной диссоциации: тепло идет на разрыв химических связей. Таким образом, диссоциация по объему сосуда происходит неравномерно. [22]
Обратим внимание еще на одно обстоятельство. Хотя увеличение свечения в центральной части сосуда к концу горения в ранних работах по горению кислородных смесей ошибочно приписывалось эффекту догорания продуктов горения при повышенных температурах, тем не менее можно представить реальную ситуацию в специфических химических системах, когда повышение давления, с одной стороны, и температуры в результате адиабатического поджатия, с другой, действительно приведут к продолжению химического процесса - продукты горения догорят. Подобная ситуация возникает, например, при горении баллиститного пороха - горючего конденсированного вещества, с которого мы начинали изложение Махе-эффекта. В этом можно убедиться, если продукты горения отвести по трубке и снова их поджечь - возникает бун-зеновский факел пламени. [23]
Оно справедливо, если время выравнивая давления в сосуде много меньше времени сгорания. Время сгорания ( подъема давления) также пропорционально линейному размеру сосуда и обратно пропорционально скорости фронта пламени; поскольку скорость пламени намного меньше скорости звука, условие постоянства давления по сосуду всегда выполняется с хорошей точностью. Но если сгорание происходит в детонационной волне, распространяющейся со сверхзвуковой скоростью ( или, например, при стуке в двигателе внутреннего сгорания), то давление по объему сосуда не успевает выравниваться и теория Махе-эффекта в обычном ее варианте неприменима. Кроме того, в задаче присутствует еще одно важное характерное время: время выравнивания температурных неоднородностей т - - г / х, пропорциональное квадрату линейного размера сосуда и обратно пропорциональное температуропроводности газа. При х 5 см2 / сек это время составляет т100 / 5 20 сек - намного больше времени сгорания. Приведенный анализ Махе-эффекта справедлив как промежуточная асимптотика в случае, если время выгорания горючей смеси много больше времени выравнивания давления по сосуду, а время выравнивания температурных неоднородностей много больше времени выгорания; о возможности реализации подобной ситуации свидетельствуют приведенные выше численные оценки. [24]
Торможение процессов раскисления связанного азота на одной из стадий наблюдается во многих случаях. Так, горение по-рохов, сопровождающееся в рабочем процессе образованием элементарного азота, может быть остановлено как на стадии образования окиси, так и двуокиси азота [254, 263], например, при быстром понижении давления. Взрывной распад парообразного метилнитрата при р 6 7 кПа [264] дает продукты сгорания примерно такого состава: CO 0 5H2 NO H2O с температурой 1320 К - Сгорание в замкнутом сосуде приводит к вторичному разогреву продуктов сгорания в результате Махе-эффекта ( см. гл. После этого смесь продуктов неполного сгорания самовоспламеняется, и по ней распространяется вторичное пламя, температура и интенсивность свечения которого гораздо выше, чем первого. Во втором пламени окись азота почти полностью раскисляется. [25]
Торможение процессов раскисления связанного азота на одной из стадий наблюдается во многих случаях. Так, горение по-рохов, сопровождающееся в рабочем процессе образованием элементарного азота, может быть остановлено как на стадии образования окиси, так и двуокиси аэота [254, 263], например, при быстром понижении давления. Взрывной распад парообразного метилнитрата при р 6 7 кПа [264] дает продукты сгорания примерно такого состава: CO 0 5H2 NO H2O с температурой 1320 К. Сгорание в замкнутом сосуде приводит к вторичному разогреву продуктов сгорания в результате Махе-эффекта ( см. гл. После этого смесь продуктов неполного сгорания самовоспламеняется, и по ней распространяется вторичное пламя, температура и интенсивность свечения которого гораздо выше, чем первого. Во втором пламени окись азота почти полностью раскисляется. [26]
Торможение процессов раскисления связанного азота на одной из стадий наблюдается во многих случаях. Так, горение по-рохов, сопровождающееся в рабочем процессе образованием элементарного азота, может быть остановлено как на стадии образования окиси, так и двуокиси азюта [254, 263], например, при быстром понижении давления. Взрывной распад парообразного метилнитрата при р 6 7 кПа [264] дает продукты сгорания примерно такого состава: CO 0 5H2 NO H2O с температурой 1320 К. Сгорание в замкнутом сосуде приводит к вторичному разогреву продуктов сгорания в результате Махе-эффекта ( см. гл. После этого смесь продуктов неполного сгорания самовоспламеняется, и по ней распространяется вторичное пламя, температура и интенсивность свечения которого гораздо выше, чем первого. Во втором пламени окись азота почти полностью раскисляется. [27]
При изучении горения в закрытых прозрачных сосудах с поджиганием горючей смеси в середине объема уже давно было замечено, что, когда пламя приближается к стенкам, свечение газов изменяется. В первый момент после поджигания свечение слабое и сосредоточено во фронте пламени, и только когда, казалось бы, процесс близок к завершению, наблюдается сильное увеличение яркости газа в середине сосуда. Это экспериментально наблюдавшееся явление привело исследователей к утверждению, что химическая реакция в пламени не доходит до конца и несгоревшая часть горючего вещества в последний момент внезапно вспыхивает. На самом деле, увеличение яркости не является следствием химического процесса, а есть результат Махе-эффекта. [28]
Оно справедливо, если время выравнивая давления в сосуде много меньше времени сгорания. Время сгорания ( подъема давления) также пропорционально линейному размеру сосуда и обратно пропорционально скорости фронта пламени; поскольку скорость пламени намного меньше скорости звука, условие постоянства давления по сосуду всегда выполняется с хорошей точностью. Но если сгорание происходит в детонационной волне, распространяющейся со сверхзвуковой скоростью ( или, например, при стуке в двигателе внутреннего сгорания), то давление по объему сосуда не успевает выравниваться и теория Махе-эффекта в обычном ее варианте неприменима. Кроме того, в задаче присутствует еще одно важное характерное время: время выравнивания температурных неоднородностей т - - г / х, пропорциональное квадрату линейного размера сосуда и обратно пропорциональное температуропроводности газа. При х 5 см2 / сек это время составляет т100 / 5 20 сек - намного больше времени сгорания. Приведенный анализ Махе-эффекта справедлив как промежуточная асимптотика в случае, если время выгорания горючей смеси много больше времени выравнивания давления по сосуду, а время выравнивания температурных неоднородностей много больше времени выгорания; о возможности реализации подобной ситуации свидетельствуют приведенные выше численные оценки. [29]