Процесс Турбулентное горение

В процессе турбулентного горения необходимо учитывать влияние турбулентности не только на перемещение газовых объемов в пространстве, но и на перемешивание до молекулярных масштабов холодных молей смеси с накаленными молями продуктов горения [Л. 10]. [c.41]

Выше была рассмотрена кинетика химических реакций горения в предположении, что подача окислителя (кислорода воздуха и других) осуществляется без ограничения. Однако при анализировании процессов необходимо учитывать не только кинетические (физико-химические) факторы, к которым относят концентрацию реагирующих веществ, давление и температуру их, но и диффузионные процессы, влияющие на подачу окислителя к горящему топливу и на образование смесей, определяемые аэродинамическими факторами — скоростью потоков реагирующих веществ, геометрической формой и размерами тел, расположенных на пути потоков и газов, интенсивностью турбулентности газового факела, t. е. физическими факторами. Главным определяющим процессом при горении топлива в конкретном случае может быть кинетический или диффузионный. Если скорость горения топлива (или общее время, необходимое для его сгорания) лимитируется процессом смешения, то горение протекает в диффузионной области. Наоборот, если смешение происходит очень интенсивно и процесс в целом лимитируется кинетикой собственно реакций горения, то горение находится в кинетической области. [c.232]

Согласно представлениям А. Г. Прудникова [90], на процесс горения гомогенной смеси решаюш ее влияние оказывает гидродинамика, при этом скорость турбулентного горения определяется турбулентностью набега-ющ,его потока, характеризуемого значением Re = 10 -f- 10 . [c.65]

Полученные равномерно перемешанные по сечению потока смеси как в холодных, так и в горячих средах, обеспечивающие быстрое, равномерное и полное сгорание всех горючих компонентов, полностью подтвердили теорию локальной изотропной турбулентности А. Н. Колмогорова [86] и ее приложение к процессам горения в форсированных камерах сгорания газовых и парогазовых турбин, а также к процессам погруженного горения при переработке агрессивных сред (отходов) химических предприятий. [c.86]

В современной лаборатории моделирования, занимающейся нестационарными процессами тепло- и массопереноса, необходимо иметь счетно-рещающее устройство. Сейчас применяются гидравлические интеграторы, просто и наглядно решающие задачи из этой области. В частности, они используются для численного интегрирования дифференциальных уравнений теплопроводности и диффузии при любых граничных условиях в одно-, двух- и трехмерном пространстве [Л. 7-5, 7-6, 7-7 ]. С их помощью решаются частные задачи расчета процессов диффузионного горения пласта угля [Л. 7-8] и диффузионного горения газового факела ]Л. 7-9]. Они используются для решения задач о распространении свободных турбулентных струй, некоторых задач пограничного слоя ]Л. 7-8] и др. [c.256]

Количественная разработка предложенных схем (моделей) турбулентного горения также не привела еще к результатам, дающим возможность надежно рассчитывать динамику процесса. Следует учитывать, что не только турбулентное горение в целом, но и отдельные процессы, составляющие это сложное явление, исследованы еще совершенно недостаточно. Не изучен характер движения отдельных объемов газа в турбулентном потоке, неизвестна количественная связь между размерами этих объемов, скоростями их движения и временем их существования. Эти сведения отсутствуют даже для тех более простых случаев, когда турбулент- [c.38]

Однако, учитывая незавершенность теории турбулентности вообще и турбулентного горения в частности, необходимо использовать те сведения, которые способствуют хотя бы качественному, но все же правильному пониманию физической картины процесса. [c.39]

Несмотря иа то, что вопросу горения при крупномасштабной турбулентности уделяется значительное внимание и с этой целью проводится много теоретических и экспериментальных работ [Л. 10, 26—28], даже самый характер процесса в зоне турбулентного горения объясняется по-разному. [c.42]

Турбулентный диффузионный факел можно себе представить разделенным на две зоны. В первой из этих зон происходят в основном процессы турбулентного смешения газа с воздухом и воспламенения образовавшейся смеси. Во второй зоне протекают более медленные процессы догорания. В этой зоне факел под действием турбулентных пульсаций раздроблен на множество молей, в которых еще продолжается процесс смешения (главным образом за счет молекулярной диффузии), а горение протекает при малых концентрациях горючего газа и кислорода. [c.78]

В последние 3-4 десятилетия произошли существенные изменения в понимании природы турбулентности в свободных струях, слоях смешения, следах и пристеночных течениях, связанные с открытием крупномасштабных когерентных структур. Когерентные структуры - это крупномасштабные периодические вихревые образования, которые возникают вследствие неустойчивости слоев смешения, развиваются и взаимодействуют друг с другом на фоне мелкомасштабной турбулентности. Эти структуры имеют масштабы, соизмеримые с поперечным размером слоя смешения, и характеризуются достаточно большим временем существования. Интерес к изучению когерентных структур обусловлен их важной ролью в процессе турбулентного перемешивания, горения и генерации аэродинамического шума. Наиболее важным аспектом существования этих структур в струйных течениях является возможность управления турбулентностью с помощью прямого воздействия на эти структуры. [c.7]

Предложенные методы расчета турбулентного пограничного слоя на проницаемой поверхности можно распространить и на такие условия, когда на поверхности теплообмена протекают химические реакции с выделением или поглощением тепла и образованием газообразных продуктов сгорания. Для диффузионной области горения интенсивность выгорания в основном определяется процессами турбулентного переноса окислителя и продуктов сгорания в пограничном слое. В этом случае остаются справедливыми законы трения и теплообмена (см. гл. 3), учитывающие влияние неизотермичности и поперечного потока вещества. [c.113]

Для движущейся горящей среды имеет значение характер ее движения. При переходе от ламинарного движения к турбулентному меняется не только очертание зоны горения, но и изменяется интенсивность процесса. Некоторое представление о влиянии режима движения смеси на скорость распространения пламени можно получить при рассмотрении рис. 2-5. Из-за больших трудностей проведения теоретических и экспериментальных исследований теория турбулентного горения еще находится в стадии разработки. Следует помнить, что в турбулентном потоке перемешивание происходит не только за счет хаотического движения молекул, но и за счет перемещений молей и значительных объемов газа [c.45]

Сущность второй фазы - процесса горения - составляет распространение турбулентного горения по топливовоздушной смеси от одного или нескольких очагов пламени. [c.35]

Процесс горения по существу является поточным процессом, в ходе которого подводятся горючие компоненты и отводятся продукты сгорания. При этом горение может происходить в ламинарном потоке окислителя (ламинарное горение) или в турбулентном потоке (турбулентное горение). Ламинарное горение характеризуется медленным смесеобразованием и относительно низкой интенсивностью процесса горения в целом. Особенностью ламинарного диффузионного горения является растянутый в длину факел пламени. В этом случае характеристикой горения является скорость нормального распространения пламени (линейная скорость перемещения фронта пламени по направлению, нормальному к поверхности фронта в данной точке). Фронтом пламени называют тонкий слой, отделяющий несгоревшую смесь от продуктов сгорания. [c.354]

Хотя такие исследования еще недостаточны для описания турбулентного горения, они все же представляют значительный интерес при рассмотрении устойчивости рабочего процесса в двигателях. Вопрос об устойчивости или неустойчивости горения в случае распространения пламени по неподвижной газовой смеси или в ламинарном потоке был рассмотрен Ландау [34]. Его решение, а также выводы, полученные при этом, имеют значение не только для теории горения, но и являются примером решения задачи об устойчивости, приложимой к целому ряду систем. [c.44]

Турбулентность может увеличивать передачу тепла по фронту пламени, не оказывая влияния на протекание химических реакций. Такое воздействие турбулентности на повышение скорости распространения пламени является возможным при горении однородной смеси. С этой разновидностью турбулентного горения мы встречаемся на практике только в двигателях внутреннего сгорания с зажиганием от искры. Во всех остальных технических аппаратах процесс горения происходит одновременно с процессом смешения горючего и окислителя, которые раздроблены в виде отдельных объемов в газовом потоке. Здесь под действием турбулентности прежде всего ускоряются химические реакции, а процессы переноса тепла имеют лишь второстепенное значение. Этот вид горения, скорость которого определяется процессом смешения, а интенсификация становится возможной под действием турбулентности, рассмотрен в работах [49]—[53]. [c.54]

Элементарные схемы турбулентного горения однородной смеси очень редко встречаются в технических устройствах. Наиболее распространенный способ подачи компонентов в различных камерах сгорания — это раздельная подача окислителя и горючего. Топливные компоненты подаются в зону горения в раздробленном виде, а процессы смесеобразования и горения происходят в самой камере и протекают почти одновременно. [c.66]

Как известно, численное значение этой величины определяется размерами первичного дробления компонентов и коэффициентом турбулентной диффузии. Процесс турбулентного смешения и горения в камере сгорания вследствие его несовершенства растягивается. Количественный эффект стационарного процесса характеризуется не только временем горения, но и временем, отведенным для него, т. е. временем пребывания газов в камере. Существенное значение имеет его отношение к времени горения [126]. Поэтому прежде чем определить условия стационарного режима, выведем уравнение для времени пребывания. Время пребывания для пря- [c.132]

Изменения времени турбулентного горения приводит к нарушению устойчивости рабочего процесса, давление в камере перестает соответствовать весовому расходу топлива и появляются колебания. [c.137]

Полученные уравнения могут быть использованы для ориентировочных расчетов и обобщений экспериментальных результатов. Дальнейшие исследования процесса горения должны вскрыть природу величины времени турбулентного горения, а также те факторы, от которых она зависит. [c.137]

Анализ протекания рабочего процесса показывает, что основные газодинамические параметры двигателя температура, скорости и, главное, время пребывания — остаются постоянными до тех пор, пока существует линейная связь между давлением в камере и суммарным расходом. При изменении режима работы двигателя все эти величины начинают меняться. Время турбулентного горения при этом остается постоянным, так как изменение этого времени вызвало бы падение полноты сгорания и, следовательно, нарушение линейности. Уклонение роста давления от закона пропорциональности расходу объясняется изменением времени турбулентного горения. [c.146]

Таким образом, процесс горения в камере в случае его стационарности должен уложиться в определенное время — время турбулентного горения. Аналогичную точку зрения высказал недавно Карман [180]. [c.146]

Крупномасштабная турбулентность, как это следует из шли-рен-фотографий процесса горения, играет существенную роль при сгорании топлива в дизелях. Она увеличивает скорость распространения пламени за счет увеличения фронта горения. По данным [24, 8 ], скорость турбулентного горения составляет величину порядка 50 м/сек. [c.62]

При турбулентном горении решающее влияние на процесс оказывает процесс турбулентного перемешивания. С увеличением скорости потока растет абсолютная величина пульсации [c.74]

На ее границе непрерывно поджигается подготовленная топливовоздушная смесь, создающая зону горения 10. Для интенсификации процессов тепло- и мас-сообмена применяется турбулизация потока с помощью завихрителей, устанавливаемых во фронтовом устройстве, центробежных топливных форсунок, а также путем подвода струй воздуха через отверстия в стенках жаровой трубы. Кроме того, часть топлива сгорает также в турбулентных следах II, образующихся при истечении воздуха из отверстий 5. [c.273]

В. Е. Дорошенко, А. И. Никитский. Исследование влияния параметров смеси на характеристики процесса турбулентного горения.— В сб. Горение при пониженных давлениях и некоторые вопросы стабилизации пламени в однофазных и двух-фа,зных системах . М., Изд-во АН СССР, 1960. [c.311]

Г. Вильямс и Л. Боллингер еще в 1948 г. исследовали процесс турбулентного горения ацетилена, этилена и пропана в диапазоне значений критерия Рейнольдса до 80 000 и получили путем подсчета поверхности фронта воспламенения по средней линии между видимыми границами пламени (см. штрих-пунктирную линию на рис. 3-9) следующую зависимость [Л. 29] [c.43]

Трактовка турбулентного горения как кинетического процесса, зависящего, однако, от характера турбулентности, предпринята рядом американских ученых, в частности М. Саммерфильдом. [c.46]

Горение обедненной гомогенной смеси СН4—О2 можно рассматривать как модель более сложного процесса горения полимера. Диффузионные пламена углеводородов типа метана, парафина, линейных и разветвленных полиэтилена и полипропилена исследовались на содержание простых продуктов при этом обнаружилось замечательное сходство результатов. Поли-метилметакрилат дал аналогичные результаты, за исключением того, что на ранней стадии горения в пламени обнаружены большие количества мономера. Измерения температуры показали, что при горении полиэтиленовой свечи в воздухе температура ее поверхности составляет 230-ь540°С, а температура пламени 490- -740 °С. Однако имеются данные о том, что при турбулентном горении достигаются температуры выше 1500 °С. [c.67]

Турбулентное горение. В большинстве с.лучаев основная масса рабочей смеси в цилиндре двигателя находится в достаточно интенсивном турбулентном движении, складывающемся из направленных вихрей п беспорядочных пульсаций скоростей газовых потоков. Под воздействием турбулентности скорость распространения пламени сильно возрастает, что вызывается двумя причинами. Крупные вихри илн турбулентные пульсации больших масштабов искривляют фронт пламени и разрывают его на отдельные горящие очаги (моли), что может приводить к многократному увеличению фактической поверхности горения (рис. 52). Турбулентные пульсации мелких масштабов, сравнимых с толщиной фронта ламинарного пламени, не вызывают его искривления, но усиливая процессы теплопередачи и диффузпи в самом фронте, увеличивают скорость горения на поверхности крупных лголей. Под воздействием обоих указанных факторов скорости расиространения турбулентного иламени возрастают практически пропорционально интенсивности турбулентности (среднеквадратичной величине скоростей турбулентных пульсаций и ). При этом зависимости скоростей турбулентного горения от состава [c.108]

Чем больше турбулентность факела, тем фронт пламени становится менее гладким (более трепанным) и его поверхность включает множество мельчайших факелков. Отдельные струйки пламени располагаются рядом оо струйками более холодной смеси и со струйками раскаленных продуктов сгорания, что схематически показано на рис. 17-9. При таком представлении процесса можно говорить об о б ъ-емиом турбулентном горении. [c.274]

Интенсифицируя сам процесс горения, закрутка иЗдМеняет газодинамическую картину течения, вызывая дросселирование минимального сечепия сопла. Оба эти эффекта приводят к росту давления в камере, что в свою очередь увеличивает скорость горения топлива. Закрутка потока применяется также для реверса тяги в ВРД, для задержания радиоактивного топлива внутри ЯРД и стабилизации дуги в электродуговых подогревателях. Закрутку потока можно использовать для улучшения работы камеры сгорания. При этом ускоряется смешение и весь процесс горения и возрастает стабильность горения по сравнению с процессом, про одяш им без закрутки (скорость турбулентного горения увеличивается примерно в 3 раза). Закрутка подавляет пульсации и шум струи, увеличивает полноту сгорания, уменьшая тем самым загрязнение выхлопной струей окружаюш ей среды. Используя закрутку, можно суш ествеп-но сократить размеры камеры сгорания и уменьшить массу двигателя. Так, для ВРД использование закрутки по всему тракту позволяет сократить длину двигателя более чем на 10 %. В рабочих каналах радиальных МГ Д-генераторов происходит закрутка потока иод действием лоренцевой силы. Моншо избежать закрутки потока на выходе из МГД-каиала, компенсируя ее созданием некоторой закрутки на входе в МГД-канал. [c.194]

Очевидно, что такое горение, названное Франк-Каменецким микродиффузионным турбулентным горением, есть наиболее распространенный случай горения, посредством которого описываются в основном все рабочие процессы современных двигателей. [c.54]

Процесс горения происходит в зоне, которая раздроблена на большое число миниатюрных очагов горения. Скорость процесса лимитируется гидродинамическими факторами и в первую очередь смешением. Такой вид горения, когда скорость горения всецело определяется переносом вещества, называется микродиффузионным турбулентным горением. Оно наблюдается в тех случаях, когда химические реакции вследствие высоких температур протекают практически мгновенно и процесс лимитируется смесеобразованием. Этот вид горения наблюдается во всех двигателях, где существует раздельная подача компонентов. [c.66]

Вибрационные возбуждения, с которыми приходится иметь дело на многих современных технических объектах, обычно являются полигармоническими, что вызвано существованием большого числа независимых источников вибрации и нерегулярностью некоторых физических процессов (например, процессы горения в реактивном дви1ателе, обтекание тел турбулентным потоком, взрывные и ударные процессы). [c.269]

Область применения оптических методов охватывает многие теплофизические задачи исследование условий обтекания элементов газодинамических машин и аппаратов, исследование нестационарных газовых процессов (например, фронтов горения и взрыва), изучение турбулентной структуры пограничных слоев, струйных потоков. При помощи оптических методов стало возможным определение малых (в десятые доли микрона) термодеформаций поверхностей, на которые воздействуют мощные тепловые потоки. Изучение этого явления другими способами невозможно. Наибольшее распространение оптические методы получили в области исследований газодинамических явлений, протекающих со сверхзвуковыми скоростями. [c.214]

На рис. 5.4 показана схема перехода горения газовой смеси при поджигании ее у закрытого конца трубы [30]. Физической причиной возникновения детонации является взрыв адиабатически сжатой газовой смеси. На начальном этапе горения (см. рис. 5.4) образуется ламинарное пламя П. В результате расщирения продуктов сгорания перед фронтом пламени возникает волна сжатия 5, за которой происходит ускорение движения фронта пламени и непрореагировавщей газовой смеси. В дальнейшем в связи с турбулизацией потока газа перед пламенем оно превращается в турбулентную область сгорания. В результате увеличивается скорость распространения пламени относительно несгоревщей смеси, что приводит к увеличению давления и температуры в волне сжатия. Прогрессивное увеличение амплитуды волны сжатия происходит до тех пор, пока не создаются условия, необходимые для взрывного воспламенения адиабатически сжатой смеси и перехода процесса в детонационный. [c.98]

Повышая скорости истечения из сопел коаксиальной горелки, можно обнаружить разрушение ламинарного пламени и образование турбулентного (рис. 17-10), при котором процесс горения интенсифицируется в результате вихревой диффузии, появления пульсационной скорости, вызывающей перенос клочкообразных масс газа разного размера, движущихся -С разной скоростью в разных направлениях, что и усиливает [c.233]

Опыт сжигания газового и жидкого топлива показывает, что интенсификация сжигания этих топлив зависит в первую очередь от интенсификации процесса смесеобразования топлива и воздуха, так как указанный процесс является наиболее длительной стадией подготовки топлива перед горением. Таким образом, возможность интенсификации сжигания газа и мазута в топочных камерах в основном связана с выбором и созданием тех конструкций горелочных устройств, которые отличаются наилучшей организацией смесеобразования топлива и воздуха. При сжигании природного газа к таким горелоч-ным устройствам в первую очередь относятся инжекци-онные горелки среднего давления, где весь воздух предварительно смешивается с газом. Такие горелки состоят из двух частей — смесителя и стабилизатора горения. При применении в качестве стабилизатора туннелей с насадками из огнеупорных материалов в них обеспечивается 80—95% сгорания горючего газа. Однако применение таких горелочных устройств ограничивается в настоящее время их небольшой производительностью и значительными габаритами. В более крупных котлах широко при.меняются турбулентные газовые горелки с центральным или периферийным подводом газа в закрученный поток воздуха. Такие горелки в зависимости от их конструктивного выполнения и организации в них предварительного смешения горючего газа и воздуха могут обеспечивать значительную интенсификацию теплового напряжения объема топочной камеры при достаточно вы- сокой экономичности топочного процесса. Повышение степени турбулизации потока воздуха и газа хорошо улучшает смесеобразование и является основным путем интенсификации сжигания газа в топочных камерах. При- [c.94]

Энциклопедия по машиностроению XXL

Оборудование, материаловедение, механика и ...