Распространение пламени в турбулентном потоке

РАСПРОСТРАНЕНИЕ ПЛАМЕНИ В ТУРБУЛЕНТНОМ ПОТОКЕ [c.37]

К о 3 а ч е н к о Л. С., Кузне-ц о в И. Л., Скорость распространения пламени в турбулентном потоке однородной смеси. Тезисы докладов на III научно-техническом совещании по теории и практике сжигания газа, изд-во Энергия , 1965. [c.245]

Скорость распространения пламени в турбулентном потоке и . больше нормальной скорости распространения пламени смеси при ламинарном режиме и зависит от степени (масштаба) турбулентности. Чем больше скорость вытекающего потока из сопла, тем больше скорость и [c.274]

Распространение пламени в турбулентном потоке существенно отличается от того, которое наблюдается в неподвижной среде или при ламинарном течении. [c.182]

Газовое топливо сжигают методом струйного ввода в топочную камеру горючей смеси его с воздухом, образованной в горелке. Зажигание осуществляют по периферии струи за счет эжектирования горячих топочных газов из окружающей среды. В потоке воспламенение происходит в тонком слое газов. От воспламенившегося слоя посредством турбулентного обмена тепло передается прилегающим слоям, вызывая их последовательное воспламенение. В каждый момент химическое реагирование протекает в тонком слое, называемом пламенем. Таким образом, горение происходит путем распространения пламени в турбулентной струе горючей смеси, поступающей в топочную камеру. [c.65]

Решение задачи в общем случае представляет в настоящее время совершенно непреодолимые трудности не только из-за чисто математических сложностей. Для некоторых явлений, из которых складывается процесс, трудно сейчас конкретно в замкнутом виде сформулировать физическую задачу. Достаточно, например, отметить, что к настоящему времени нет еще единой точки зрения по значительно более простому вопросу о механизме турбулентного распространения пламени в предварительно перемешанном потоке горючих газов. Поэтому весьма существенное значение имеет экспериментальное исследование топочных устройств различного назначения и накопление материалов по действующим установкам. [c.219]

В турбулентном потоке условия значительно сложнее. И здесь удобно пользоваться понятиями о скорости распространения пламени и о времени горения. Однако эти величины уже не определяются только физическими свойствами смеси, а зависят от гидродинамических условий потока до фронта пламени и от той гидродинамической обстановки, которая создается за фронтом пламени. [c.236]

Случай горения двухфазной смеси газа с распыленным в нем жидким топливом в турбулентном потоке еще сложнее. Однако и здесь часто вводятся удобные представления о скорости распространения пламени и времени горения, хотя, конечно, здесь эти величины имеют весьма сложный характер и зависят от многих факторов. Так, например, при расчете регистровых камер горения на легком жидком топливе принимается иногда, что скорость распространения пламени составляет около 8— Q м сек [Л. 9-4]. При этом условной является не только величина скорости распространения пламени, но и скорость потока, так как она вовсе не распределена равномерно по сечению камеры. [c.236]

Э. Л. Соломин. Исследование распространения и стабилизации пламени за корытообразным стабилизатором.— В сб. Стабилизация пламени и развитие процесса горения в турбулентном потоке . М., Оборонгиз, 1961. [c.312]

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]

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]

К первой группе относятся исследования, в которых путем использования метода малых возмушений анализируется устойчивость плоского фронта пламени, т. е. вместо исследований турбулентных пламен, в которых возмущение потока имеет очень сложную природу, проводится анализ влияния периодических или непрерывных возмущений на стационарный фронт пламени в ламинарном потоке. Хотя такие исследования еще недостаточны при рассмотрении устойчивости рабочего процесса в двигателях, они все же представляют интерес с точки зрения постановки вопроса, его решения и выводов. Задача о том, устойчиво или неустойчиво горение в случае распространения пламени по неподвижной газовой смеси или в ламинарном потоке, рассматривалась в работах [34], [36]-[38], [43]-[45]. [c.145]

Для скорости 102, вообще говоря, существует верхняя граница, определяемая скоростью распространения пламени в камере сгорания. Если скорость потока превосходит эту скорость, то пламя увлекается потоком и выдувается из камеры. Скорость распространения пламени в большой камере зависит от условий смешения топливно-воздушной смеси и от ее турбулентности. Воздух из атмосферы поступает практически без какой-либо турбулентности. Поэтому в конструкции должны быть использованы специальные элементы для турбулизации потока, которые одновременно служат для лучшего распределения топлива. Правда, все это достигается ценой потерь давления. [c.288]

Все это наглядно видно из хода кривых, изображенных на рис. 60. В ламинарной области длина пламени зависит от скорости потока, поскольку скорость распространения горения зависит от молекулярной диффузии, т. е. от величины нормальной скорости горения ( н), различной для различных газов. В турбулентной области длина пламени не зависит от скорости потока, так как скорость распространения горения прямо пропорциональна w и, стало быть, скорости потока. [c.122]

При сжигании газа в печах наблюдается турбулентный факел, и скорость распространения пламени 1Рх растет с увеличением турбулентности потока и зависит от пульсационной слагающей скорости 1Ра, пропорциональной средней скорости газового потока [c.72]

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]

Кроме приведенных характеристик, турбулентное горение, как и в случае распространения пламени по неподвижной газовой смеси и в ламинарном потоке, характеризуется еще скоростью горения, Скорость турбулентного горения уже больше не является физико-химической константой горючей смеси, а зависит от интенсивности и масштаба турбулентности. При мелкомасштабной турбулентности, т. е. когда длина пути смешения незначительная и мала по сравнению с толщиной фронта пламени, скорость горения зависит не только от кинетических, но и диффузионных факторов [28]. Этот случай едва ли имеет практическое значение. При крупномасштабной турбулентности фронт пламени разрывается, так что сгорают отдельные объемы смеси. Скорость горения при этом определяется только диффузионными факторами. [c.55]

Наоборот, если смесь поджечь слишком поздно (позднее зажигание), скорость горения будет низкой и давление в цилиндре достигнет максимума слишком поздно. В результате мы получим низкую мошность при большом расходе топлива (см. рис. В.З]. Турбулентность заряда. Практически в момент воспламенения рабочая смесь в цилиндре не покоится иа месте, а движется в форме вихревых потоков. Эти вихри способствуют распространению пламени, поэтому камеры сгорания специально конструируются таким образом, чтобы повысить турбулентность газовых вихрей. [c.103]

В начальный период развития пламени площадь его контакта со стенкой играет огромное значение для скорости сгорания, а уровень турбулентности влияет в меньшей степени. Скорость тепловыделения в этот период для разных камер в зависимости от уровня турбулентности будет изменяться незначительно и сгорание определяться, главным образом, скоростью ламинарного распространения фронта пламени, зависящего от давления и температуры. Поэтому начальный период процесса сгорания мало зависит от структуры потока в цилиндре двигателя и в большей степени зависит от состава топливовоздушной смеси (рис. 20). [c.24]

Скорость поступающего в камеру сгорания воздуха понижается специальными экранами до 25-35 м/с, в результате чего создается вихревое движение, усиливающее турбулентность газового потока, а это резко повышает скорость сгорания топлива вследствие увеличения площади поверхности горения и скорости распространения фронта пламени за счет повьпиения скорости переноса тепла. [c.176]

Из предыдущего вытекает, что интенсификация массо- и теплообмена в зоне горения приводит к ускорению подогрева свежей смеси и, как следствие, к расширению фронта пламени и уве личению скорости его распространения. Естественно предположить, что турбулизация потока исходной смеси должна привести к ускорению распространения пламени. Основы теории горения в турбулентном потоке были развиты Дамкелером [71] и К. И. Щелкиным [72]. [c.106]

Дальнешее развитие теории горения в турбулентном потоке [72] исходит из предположения о тесной взаимосвязи мелкомасштабной и крупномасштабной турбулентности. Исходя из этих представлений, считают, что мелкомасштабная турбулентность носит определяющий характер, а крупномасштабная — определяемый. Возникновение в зоне горения мелкомасштабной турбулентности влечет за собой увеличение ширины зоны горения, что приводит к постепенному освоению этой зоной пульсаций все более крупных масштабов. При возрастании роли крупномасштабного механизма ускорения процесса горения падает начение мелкомасштабного механизма, и наоборот. Процесс крупномасштабного ускорения в условиях нестационарного горения приводит к быстрому росту скорости распространения пламени за счет расширения зоны горения 8. В дальнейшем по мере того, как пламя становится стационарным, роль крупномасштабного ускорения процесса горения становится все меньше в связи с тем, что зона горения постепенно расширяется за счет мелкомасштабного механизма ускорения и поглощает все пульсации более крупных масштабов. В связи с тем, что в турбулентном потоке могут возникать и исчезать турбулентности тех или иных масштабов, ширина зоны горения даже при стабилизированном горении может меняться это приводит к характерной вибрации и шумам в турбулентном пламени. [c.109]

Согласно этой теории, горение в турбулентном потоке протекает на искривленной поверхности пламени, причем турбулентная скорость пламени Итурб определяется величиной пульсационной скорости потока и и величиной так называемой нормальной скорости распространения пламени Пн [c.60]

С. А. Гольденберг. Влияние пониженного давления на распространение пламени в зону горёнпя в турбулентном потоке.— В сб. Горение при пониженных давлениях и некоторые вопросы стабилизации пламени в однофазных п двухфазных системах . М., Изд-во АН СССР, 1960. [c.311]

На скорость распространения пламени влияет состояние потока, которое в свою очередь зависит не только от движения смеси со скоростями, при которых критерий Рейнольдса превышает критическое значение, но и от воздействия за-вихрителей (например, как показано на рис. 3-4,dj, турбулизаторов и т. п. Исследования Л. С. Казаченко показали, что Ur могут увеличиваться в 3—4 раза при постоянной скорости движения газовоздушной смеси, если степень турбулентности искусственно увеличивается от 1,7 до 15% р. 25]. [c.42]

Скорость распространения пламени в газовоздушной смеси растет при повышении турбулентности потока, увеличении диаметра трубки (сопла), а также по мере подогрева газовоздушпой смеси. Значения при истечении газовоздущной смеси из сопла диаметром 25 мм приведены в табл. 25-2. [c.313]

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]

При переходе от ламинарного режима движения газа к турбулентному турбулентные пульсации скорости потока искривляют фронт пламени, еще увеличивая его поверхность, что в соответствии с формулой 17.14) увеличивает количество сгорающей смеси без удлинения факела. В сильно турбулентных потоках перемешивание свежей смеси с раскаленными продуктами сгорания в каждый момент времени создает в различных точках объема факела (рис. 17.4) зоны (микрообъемы) с различными температурами и концентрациями реагентов В них. В мИ Крообъемах, в которых температура оказывается достаточно большой, газ воспламеняется, горит, образующиеся продукты сгорания снова за счет турбулентных пульсаций смешиваются со свежей смесью, в каких-то микрообъемах снова образуется способная воспламениться смесь и т. д. Горение идет в зоне, размер которой (он называется толщиной турбулентного пламени) намного превышает толщину ламинарного пламени. Чем интенсивнее смешение, тем больше таких объемов образуется в единицу времени, тем интенсивнее сгорание. Поэтому скорость распространения турбулентного пламени практически пропорциональна интенсивности турбулентных пульсаций, а последняя в свою очередь пропорциональна скорости газа. В результате длина I турбулентного факела мало зависит от скорости истечения смеси ИЗ сопла. [c.148]

Э. К. Чекалин.. Экспериментальное исследование процесса распространения турбулентного пламени в потоке жидкого топлива. Автореф. канд. дпсс. М., ИГИ, 1961. [c.314]

Для интенсификации сжигания газового топлива необходимо ускорить смешение его с воздухом и создать условия для увеличения скорости турбулентного распространения пламени и поверхности фронта пламени. Поверхность фронта пламени может быть увеличена организацией развитого зажигания по сечению горелки. Скорость турбулентного распространения пламени определяется скоростью химического реагирования, которая увеличивается с ростом температуры и концентрации реагирующих веществ. С целью повышения температуры смеси применяют предварительный подогрев воздуха, используемого для горения. Однако основной нагрев горючей смеси до ее воспламенения происходит в топочной камере за счет диффузии в нее высоконагретых продуктов сгорания. Для ускорения тепло-и массообмена сжигание должно быть организовано в высокотурбулизированном потоке и, следовательно, в потоке с повышенной скоростью. При этом должно быть организовано устойчивое зажигание, обеспечивающее воспламенение у устья горелки при высокой скорости истечения смеси из горелок. [c.65]

Одним из вариантов такого устройства является горелка МЭИ, установленная в топке парового котла паропроизводительностью 90 т/ч и показанная на рис. 8-6. Природный газ поступает в горелку из газопровода 1 через перфорированные трубы 2. Газовыпускные отверстия имеют диаметр 6,5 и 15 мм и расположены в два ряда с шагом, равным соответственно 38 и 114 мм. Газораспределительные трубы встроены в амбра1зуры 3 пылеугольной горелки на расстоянии примерно 370 мм от выходного сечения. Воздух, необходимый для горения, поступает в амбразуры через эжекционные сопла 4, воздуховод 5 и головку сепарационной шахты 6. Газо-воздушная смесь поступает в топку через систему таких вытянутых вертикальных амбразур. До слияния горящих струй каждая из них развивается в топочном пространстве самостоятельно, причем малая ширина амбразур и большой периметр воспламенения обеспечивают быстрое распространение пламени на все сечение факела. После этого струи сливаются в общий поток, где догорание протекает в условиях повышенной турбулентности. Балансовые испытания котла, оборудованного горелками МЭИ, были проведены с применением хроматографии на различных нагрузках (45, 60, 75 и 90 т/ч). Тепловое напряжение топочного объема доводилось примерно до 180-103 ккал/м -ч. В результате проведенных испытаний было установлено, что устойчивое сжигание природного газа во всем исследованном диапазоне нагрузок осуществляется при избытках воздуха за второй ступенью экономайзера около 5% с практическим отсутствием химической неполноты горения. [c.125]

Опыты показывают, что чем больше турбулентность газового потока, тем больше скорость распространения пламени и быстрота горания газовоздушной смеси, превышающая указанную выше скорость распространения пламени при прямоструйном движении смеси в несколько раз так как во избежание проскока пламени в горелку скорость вылета смеси из нее должна быть тем больше, чем большую скорость распространения пламени имеет газовоздушная смесь, то с повышением скорости вылета понижается устойчивость пламени и оно легче отрывается от горелки. [c.141]

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]

Высота конуса растет с уменьшением нормальной скорости распространения пламени. При увеличении скорости смеси выше критической поверхность конуса размывается и скорость распространения пламени увеличивается и растет с увеличением скорости потока (турбулентное горение, турбулентный режим). Пульсация скоростей начинает изменять фронт горения. Если масштаб турбулентности превысит толщ1шу слоя, в котором происходит ламинарное горение, то образуется множество мельчайших факелов, увеличивается эффективная поверхность воспламенения а интенсивность сгорания. [c.71]

Стабилизаторы пламени обеспечивают стабильное положение фронта пламени в камере, удерживают его от сноса потоком газа. Турбулентная скорость распространения пламени, как известно, не превышает 10. .. 15 м/с, а скорость потока в конце диффузора, как указывалось выше, составляет 100. .. 180 м/с. Поэтому осуществить устойчивое горение топлива в форсажной камере невозможно без специальных устройств, которые называются стабилизаторами пламени. Наиболее широко применяются стабилизаторы в виде плохо обтекаемого тела — желоба У-образного профиля с углом при вершине 30. .. 60°, обращенным навстречу потоку, и расстоянием между выходными кромками 30. .. 60 мм. Этот размер называют полкой стабилизатора. Стабилизаторы, как правило, выполняются из листового материала. За стабилизатором пламени образуется зона обратных токов, в которой циркулируют продукты сгорания топлива с температурой порядка 1500. .. 2000 К. Поэтому внутри стабилизатора недопустимо располагать какие-либо неохлаждаемые элементы конструкции (болты, трубки и т. п.). Сама же стенка стабилизатора охлаждается снаружи набегающим потоком более холодного газа и форсажным топливом, которое подается перед стабилизатором. Зона обратных токов, благодаря очень высокой температуре газа в ней, служит источником тепла для непрерывного поджигания топливогазовой смеси, набегающей на стабилизатор, и удерживания фронта пламени от сноса. [c.451]

Дробление, испарение и сгорание капель, завершающиеся перемешиванием продуктов сгорания с воздухом и выравниванием полей температур и скоростей, должно произойти всего за несколько миллисекунд. В камерах недостаточной длины эти процессы не успевают завершиться. Непспнота сгорания и неравномерность полей перед входом в сопло снижают тяговые характеристики камеры сгорания. Если КУ2=100 м сек и степень турбулентности потока в камере сгорания 8=0,1, то пульс =гШ2 0Л 100=10 м1сек, т. е. пульсационная скорость, которой определяется скорость турбулентного распространения пламени, будет в десятки раз больше нормальной скорости, составляющей для углеводородов около 0,4 м/сек. Таким образом, сгорание топливовоздушной смеси и равномерность полей концентраций, температур и скоростей определяются интенсивностью турбулентности потока в камере, мелкостью распыла и относительным расположением форсунок и стабилизаторов. Увеличивая степень турбулентности, можно существенно сократить длину области горения. [c.270]

На практике при достаточно больших размерах занятой газом области (например, при движении в трубе большого диаметра) в потоке развиваются значительные пульсации скорости, приводящие к интенсивному перемешиванию нагретого газа в зоне реакции и за ней с холодным газом перед зоной тепловыделения и, вследствие этого, к его воспламенению. При таком механизме скорость распространения зоны тепловыделения (ее называют скоростью турбулгнт ного горения) может в несколько раз превышать нормальную скорость горения тем не менее она все равно мала сравнительно со скоростью звука. Толщина такой зоны тепловыделения—турбулентного пламени—может быть порядка нескольких сантиметров. [c.109]

Энциклопедия по машиностроению XXL

Оборудование, материаловедение, механика и ...