Форма пламени зависит от следующих факторов:
Фронт воспламенения - это граница между ядром и зоной воспламенения. Ядро - это область в которой сохраняются основные параметры воспламенения. Форма и размер определяются интенсивностью смешения горючего с окислителем. Рис.1. Простейшая схема факела. Внешне воспринимается как совокупность темного конуса и светящейся эллипсоидальной области. LВ
- зона воспламенения (до фронта воспламенения), ядро факела , форма ее конус; d - фронт воспламенения, его толщина много меньше LВ и LФ (в случае турбулентного горения толщина ее значительна) LД - зона догорания, имеет эллипсоидальную форму, LФ
– длина факела в целом , имеет эллипсоидальную форму. Эффективность горения определяет LФ
2. Диффузионный и кинетический режимы горения. Факел, который образуется при истечении топлива в среду окислителя (или окислителя в среду топлива, горючего). Его называют - диффузионным факелом - (диффузионное горение, диффузионное пламя). Факел, который образуется при истечение заранее подготовленной смеси топлива и окислителя в окружающую среду (она может быть тоже окислительной). Такой тип называют - кинетическим факелом - (кинетическое горение, кинетическое пламя). Для первого типа главную роль играет явление диффузии, смешения (молекулярной, турбулентной). Для второго типа главную роль играет кинетика химических реакций (тепловой и цепной механизмы распространения пламени).
Горение – это процесс преобразования смеси одних химических соединений в смесь других химических соединений (продуктов горения), текущий в режиме самоорганизации и сопровождающийся (обычно) выделением тепла и света. tпреобр = tсмеш + tнагрева+ t хим.р. При кинетическом режиме горения интенсивность горения (tпреобр) определяется концентрацией горючего (составом смеси), родом горючего и окислителя, температурой и давлением смеси, т.е. зависит от того же, чем определяется скорость химических реакций, – зависит только от кинетики самих химических реакций. Поэтому такой вид горения и называется - кинетическим. При диффузионном режиме горения tпреобр определяется гидродинамикой геометрической области преобразования, т.е. определяется интенсивностью процесса смешения, а также родом горючего и окислителя. 3.“Кинетическое”
ламинарное пламя. Кинетическое пламя – это горение однородной газовой смеси, которое происходит благодаря распространению пламени в горючей смеси, непрерывно поступающей в топочную камеру. Ламинарное “кинетическое” пламя – имеет место при ламинарном движении горючей смеси. Пусть в горелку, расположенную вертикально, во избежании искривления факела подаётся однородная смесь. При ламинарном движении смеси скорость её движения распределяется в горелке по параболе. Аналогичное распределение скорости сохраняется и на выходе из горелки: у стенок горелки скорость очень мала, далее она возрастает, достигая максимального значения на оси горелки. При зажигании в устье горелки вблизи её среза в точках, где скорость потока равна скорости нормального распространения пламени Uн, пламя держится устойчиво, образуя зажигающее кольцо, обеспечивающее непрерывное зажигание поступающей смеси по периферии струи. У стенок горелки, где скорость смеси менее, чем Uн, пламя не может проникнуть в горелку, так как вследствие теплоотдачи через стенки скорость распространения пламени уменьшается и становится меньше скорости струи в этом месте. Кольцевая зона зажигания образуется естественно в результате замедленного движения на периферии горелки и диффузии горючего газа из потока наружу. Пламя в процессе распространения от периферии к центру одновременно относится потоком, и в результате этого достигает оси струи на некотором расстоянии от устья горелки, образуя конусообразный факел. Тонкая зона горения, образующая фронт пламени, обычно имеет ярко-голубой цвет, благодаря чему в пространстве факел чётко выделяется. Время, необходимое для распространения пламени от периметра горелки до центра струи За это время центральные струи, двигаясь со скоростью W, проходят расстояние
которое соответствует длине факела. Получаем, что длина ламинарного факела равняется При данном диаметре горелки форма факела и его размеры зависят от скорости распространения пламени и скорости потока в отдельных точках струи. Чем больше скорость распространения пламени и меньше скорость потока, тем короче факел, и, наоборот, чем меньше Un и больше W, тем длиннее факел. При данной скорости выхода смеси из горелки длина факела зависит от скорости распространения пламени, т.е. от природы сжигаемого газа, его концентрации в смеси и температуры газо-воздушной смеси. С увеличением диаметра горелки длина факела увеличивается. Таким образом, горение протекает по поверхности конусообразного факела, причём глубина зоны горения составляет десятые доли миллиметра, основной же объём факела остаётся инертным. 4.Уравнение поверхности. Устойчивость пламени. Фронт пламени однородной смеси принимает устойчивое положение по конусообразной поверхности, в каждой точке которой нормальная к ней составляющая Wn скорости движения газа равняется нормальной скорости распространения пламени, т.е. ,где W – местная скорость потока. Кроме области вблизи горелки или кромки стабилизатора W намного больше нормальной скорости распространения пламени. Форма факела зависит от геометрической формы источника зажигания. При кольцевом источнике, располагаемом по периферии устья круглой горелки, получается факел конической формы; при точечном источнике, располагаемом в центре сечения круглой горелки, - в виде опрокинутого конуса ; при источнике по периметру прямоугольной горелки – в виде призмы и т.д. В открытом факеле при ламинарном горении однородной смеси с зажиганием по периферии устья круглой горелки фронт пламени принимает устойчивое положение по конусообразной поверхности. Метод сжигания однородной газо-воздушной смеси в ламинарном потоке не имеет промышленного распространения и применяется лишь в небольших нагревательных приборах. 5.Проскок и отрыв пламени. Риc.3 Распределения скорости пламени и потока (по абсол.величине, без учета направления) в случае отрыва (а) и проскока (б). КРИТЕРИЙ УСТОЙЧИВОСТИ - условие касание кривых W и U вблизи от R стабилизатора (стенок горелки) 6. Диффузионное ламинарное пламя. Пламя, которое образуется при истечении топлива в среду окислителя, называется
диффузионным. Ламинарное диффузионное пламя наблюдается при ламинарном истечении горючего и окислителя. 7. Решение Бурке-Шумана. Ученые предложили следующую модель пламени рассматривали пламя как процесс изотермического смешения в однородном газе. Предположение Бурке и Шумана сводятся к следующему: Пункты 4 и 5 означают, что горение протекает при
T = const Используя уравнение диффузии Эйнштейна у2=2Dt ,где y – среднее расстояние диффузии. D - средняя скорость во внутренней трубке. R - радиус внутренней трубки, Ω – объем расхода газа через горелку. Назад | Содержание | Вперед
tсмеш – время, необходимое для подвода окислителя к топливу (время смешения);
Рис.2. Распределение по скоростям в пламени горелки
,где R – радиус горелки.
- уравнение фронта пламени
Рис.4 Форма диффузионного пламени а) при избытке окислителя, б) при избытке горючего.
D – коэффициент диффузии.
t - время, получаются следующие выражения
,где
- высота пламени при низкой скорости течения.