Cтраница 3
При этом скорость макроскопического фронта пламени относительно невозмущенной среды резко возрастает до значений, равных примерно 60 см / с. Теория распространения пламени, соответствующая квазигомогенному режиму ( F. Williams, 1971), дает монотонно падающую зависимость у с ростом начального диаметра капель. Из представленных графиков следует, что толщина фронта пламени равна примерно 0 5 см. При этом сначала в некоторой области происходит разогрев капель за счет теплообмена с более горячим газом, который в свою очередь нагревается за счет теплоотдачи из зоны с более высокой температурой. Далее происходит воспламенение капель и их выгорание при высокой температуре в микропламени в парофазном диффузионном режиме. [31]
Сопоставление теории распространения пламени с опытом затрудняется тем, что кинетика и механизм сложных реакций при высоких температурах, осуществляющихся во фронте пламени, часто оказываются не такими, как при изучении предпламенной реакции в области более низких температур. Поэтому теория распространения пламени используется не столько для предвычис-ления скорости пламени по известной кинетике реакции, сколько для изучения высокотемпературной кинетики, трудно доступной для других методов исследования. [32]
Характерные черты современного развития теории распространения пламени наиболее отчетливо выступают при рассмотрении данных, относящихся к отдельным пламенам. [33]
Итак, рассматривается плоский фронт ламинарного пламени, распространяющегося в бесконечной ( очень длинной) трубе, заполненной горючей газовой смесью. Такая постановка задачи имеет принципиальное значение в теории распространения пламени, поскольку она соответствует ситуации в малой окрестности элемента поверхности пламени. [34]
В последующем развитии теории теплового распространения пламени температура воспламенения либо совсем исключается из рассмотрения, либо используется как вспомогательная величина, не входящая в конечные формулы. Крупным шагом вперед было также введение в теорию распространения пламени данных химической кинетики, выразившееся в замене средней скорости реакции ( или аналогичной ей величины) величиной, являющейся определенной функцией переменных концентраций и температуры. [35]
Дальнейшее развитие теории пламени пошло по пути развития работ 171, 72 ] применительно к конкретным химическим реакциям горения ( см., например, [78-80]), а также по пути ее математического обоснования, выяснения точности сделанных приближений. Были развиты также численные и асимптотические методы исследования задач теории распространения пламени. [36]
Излом температурного профиля возникает только в тех точках, в которых функция тепловыделения представима в виде 8-функции от пространственной координаты. Представление W ( а0 Т) в виде 8-функции от х применяется в теории распространения пламени при рассмотрении аппроксимационных соотношений в предельном случае бесконечно больших энергий активации химических реакций. [37]
Во-первых, температура, при которой происходит самовоспламенение смеси, при прочих постоянных физических условиях, зависит от состояния стенок, характера движения газа и других факторов, определяющих эффективность образования и гибели на стенках активных центров реакции, а также теплоотдачу от реагирующего газа к стенкам. Отметим, что в этом отношении такая же неопределенность свойственна и любым другим кинетическим параметрам, используемым в теории распространения пламени, например времени реакции тр. [38]
Подробный разбор и оценку этих исследований можно найти у Д. А. Франк-Каменецкого ( 1967), там же содержится подробная библиография по вопросам теории распространения пламени. Наибольшую ценность поэтому представляют те работы, которые позволяют ясно описать физическую картину распространения горения. [39]
Прежде чем рассматривать вопрос о кинетике и механизме образования углерода из газов, необходимо сделать обзор различных, так называемых теорий образования углерода. Действительно, в настоящее время нет точной математической теории, которая бы развивалась примерно в том же плане, как, например, развивается в последние годы теория распространения пламени. [40]
Одна из первых теорий распространения пламени была предложена Мал-ларом и Ле-Шателье еще в 1883 г. Она основана на следующих представлениях. Данные представления предполагают, что скорость распространения пламени определяется чисто физическими закономерностями - скоростью передачи тепла свежей смеси или температуропроводностью смеси. Теории распространения пламени, в основе которых лежит представление об определяющем влиянии скорости теплопередачи, получили название тепловых. [41]
Из этих расчетов также следует невыполнимость условия стационарности для концентрации атомов брома. Нужно, однако, отметить, что Гильберт и Альтман [677] также расчетным путем приходят к противоположному результату, а именно, к заключению об удовлетворительном выполнении условия стационарности. На основании этого заключения они утверждают, что теории распространения пламени, исходящие из допущения о ведущей роли атомов Н или атомов Вг, физически неприемлемы. [42]
Книга Льюиса и Эльбе-не руководство, а творческая монография, которая, не претендуя на полноту освещения всех затрагиваемых вопросов, излагает в основном то, что связано с собственными работами авторов. Так, критика понятия температуры воспламенения и его применения к теории распространения пламени, пользование цепной теорией, широкое внедрение современной методики термодинамических расчетов-все это соответствует основной линии развития современной теории горения. В книге Льюиса и Эльбе представляют определенный интерес разделы, посвященные целому ряду хотя и не центральных, но достаточно важных и актуальных вопросов. [43]
В инженерной практике происходит главным образом горение турбулентных потоков. Поэтому изучение скорости распространения пламени в них имеет большое прикладное значение. Несмотря на важность вопроса, исследования в этой области крайне ограничены и теория распространения пламени в турбулентных потоках находится еще только в стадии первоначальной разработки. [44]
На опыте скорость пламени во многих случаях несколько уменьшается с давлением, что описывается отрицательными значениями показателя v, лежащим между 0 и - 1 / s, что, согласно результату ( VIII, 69), отвечает порядку реакции между первым и вторым. Для реакции второго порядка скорость пламени не должна зависеть от давления. Этот результат сохраняет силу и для любой совокупности бимолекулярных реакций, в том числе и обратимых. К сожалению, в горячих пламенах, где существенна диссоциация продуктов горения, зависимость скорости пламени от давления существенно усложняется. Равновесия диссоциации определяются не только бимолекулярными реакциями, вследствие чего степень диссоциации сильно зависит от давления. Именно поэтому в горячих пламенах изменение давления может через степень диссоциации влиять на температуру пламени, которая сильно влияет на скорость распространения. Определение формально-кинетических характеристик реакций горения при помощи теории распространения пламени использовали Барский и Зельдович [27] для реакции окиси углерода с кислородом и Розловский [28] для реакции хлора с водородом. [45]