Cтраница 3
Турбулентное горение, встречающееся, по существу, в подавляющем большинстве случаев, изучено недостаточно и требует самого разностороннего обследования. Турбулентность должна быть охарактеризована более подробно, чем сейчас ( по корреляционному коэффициенту и интенсивности); следует развивать изучение спектра пульсаций. Взаимное влияние турбулентности и пламени должно изучаться с точки зрения механизма ускорения, структуры зоны, тепловой стороны явления. Развитие теории турбулентного горения тормозится не только недостаточностью общих идей, но также неопределенностью эмпирических знаний. Поэтому проведение широких экспериментов с обследованием особенностей турбулентного горения совершенно необходимо. [31]
Ее решение должно основываться на анализе распределений вероятностей различных гидродинамических параметров. Действительно, из геометрических соображений понятно, что плотность вероятностей температуры ( или концентрации) может быть связана с объемом, заключенным между двумя близкими изотермами, в частности, и между теми, где происходит основное превращение вещества. Последний объем пропорционален поверхности, вблизи которой локализованы химические реакции. Это обстоятельство обуславливает особую роль плотностей вероятностей в теории турбулентного горения. Формально она проявляется в том, что при решении уравнений, описывающих поведение реагирующего газа, приходится осреднять скорости химических реакций, нелинейно зависящие от температуры и концентрации. [32]
В данной главе обсуждаются основные представления о турбулентном движении при больших числах Рейнольдса, необходимые для анализа структуры турбулентных потоков и закономерностей протекания в них химических реакций. Масштабы дайны и скорости, определяющие число Рейнольдса Re, соответствуют крупномасштабным флуктуациям в потоке, т.е. Re qL / v, где q - среднеквадратическое значение пульсационной скорости, L - интегральный масштаб турбулентности, v - кинематическая молекулярная вязкость. В главе рассматривается перемежаемость и качественный вид плотностей распределений вероятностей в турбулентных потоках. Как указывалось во введении, эти характеристики имеют первостепенное значение для теории турбулентного горения и собственно теории турбулентности. В настоящее время благодаря обширным экспериментальным исследованиям стало ясно, что качественный вид плотностей распределений вероятностей существенно определяется перемежаемостью и локальной структурой турбулентности, вследствие чего эти вопросы невозможно рассматривать изолированно друг от друга. [33]
Предлагаемая монография ставит своей целью изложить с единой точки зрения основы этой теории, сформулированные к настоящему времени. Выбор круга проблем, на которых иллюстрируются основные понятия, идеи и методы теории, в значительной мере продиктован собственными исследованиями авторов. Как это часто случается, исследование указанных вопросов приобрело самостоятельное значение, и хочется надеяться, что полученные результаты повлияют на развитие теории турбулентности. Несмотря на определенную уязвимость и тенденциозность, такой подход, по-видимому, наилучшим образом позволяет выполнить поставленную задачу. Теория турбулентного горения находится в стадии становления. [34]
Пульсации скорости турбулентного потока газа при развитой турбулентности часто превышают нормальную скорость распространения пламени. Скорость выноса ведущих точек в горючий газ определяется, главным образом, пульсационными характеристиками потока. Нормальная скорость распространения пламени обеспечивает сокращение поверхности фронта для вогнутых участков пламени и тем самым не позволяет бесконечно увеличиваться поверхности горения. Если бы поверхность пламени не обладала способностью перемещаться по горючему газу, то по законам турбулентной диффузии она расползалась бы в пространстве и непрерывно со временем увеличивала свою поверхность. Съедание общей поверхности фронта по механизму нормального распространения пламени на вогнутых участках пламени не позволяет зоне горения разрастаться бесконечно, и она стремится к некоторой в среднем стационарной ширине с постоянной в среднем поверхностью искривленного фронта пламени. Поэтому в соотношениях теории турбулентного горения должна присутствовать в качестве одной из определяющих величин нормальная скорость распространения пламени. [35]
В исследованиях турбулентного горения наблюдается заметный разрыв между фундаментальными и прикладными разработками, что сдерживает развитие техники, поскольку устройства для сжигания топлива достигли высокого совершенства и дальнейшее увеличение их эффективности невозможно без тщательного анализа гидродинамических особенностей камер сгорания, в частности характеристик турбулентности. Между тем в последнее время теория турбулентности значительно продвинулась вперед. Разумеется, удовлетворительное количественное описание всех турбулентных течений с единых позиций в настоящее время невозможно. Однако достигнуто качественное понимание многих особенностей турбулентности, а накопленный экспериментальный материал и соображения размерности позволяют достаточно точно оценивать характеристики турбулентности в широком классе течений. С другой стороны, сейчас ясны и многие особенности горения газов в ламинарном потоке. Поэтому возникают предпосылки создания теории турбулентного горения. [36]
Передний фронт газообразных продуктов горения, так же как и движущийся с меньшей скоростью фронт воспламенения, являются неровными и сильно искривленными. Зона горения имеет значительную протяженность и содержит большое количество объемов ВВ, размер которых уменьшается как в результате горения с поверхности, так и разрушения отдельных пористых кусочков ВВ избыточным давлением в порах. Развитая поверхность горения позволяет понять существование высоких скоростей распространения. Наличие газового потока, обдувающего частицы ВВ, приводит вследствие эрозии к увеличению скорости их горения, что в сочетании с высоким давлением способствует интенсивному сгоранию взвеси. Рассмотренная модель близка к модели крупномасштабного турбулентного горения газовых систем. Поэтому при разработке теории конвективного горения целесообразно использовать подходы, которые сложились в теории турбулентного горения. [37]