ПОЛОЖЕНИЕ ФРОНТА ПЛАМЕНИ И ПРИНЦИП ГЮЙГЕНСА.

При обычных условиях горения в энергетических и двигательных установках наиболее широко распространенных углеводородно- воздушных топлив ширина фронта пламени составляет всего доли миллиметра и, следовательно, пренебрежимо мала по сравнению с размерами камер сгорания. Поэтому в теоретических исследованиях пламя можно рассматривать как математическую поверхность газодинамического разрыва, разделяющую исходную горючую смесь и продукты сгорания; на этой поверхности скачком изменяются плотность, температура и скорость движения газа. Давление по обеим сторонам поверхности также- неодинаково, но вследствие малых скоростей движения газа различие это несущественно по сравнению со средней величиной давления.

Важным свойством фронта пламени — поверхности газодинамического разрыва — является его способность перемещаться по частицам газа с определенной скоростью — скоростью распространения пламени. При не слишком резко изогнутых фронтах пламени скорость распространения пламени по частицам горючего газа равна нормальной скорости пламени, такой же, как и у плоского фронта пламени. Таким образом, при описании движения поверхности пламени по газу прежде всего надо иметь в виду, что в каждой точке поверхности в любой момент времени известна скорость ее перемещения по газу в направлении по нормали к этой поверхности. Величину этой скорости можно считать известной из теоретических исследований пли из эксперимента.

В некоторых случаях удобно задавать вместо скорости распространения пламени по исходной горючей смеси скорость оттока продуктов горения от пламени; отношение этих скоростей, как следует из уравнения сохранения потока массы через пламя, равно отношению температуры продуктов горения к температуре исходной горючей смеси.

Свойство поверхности пламени смещаться в определенную сторону сама по себе обусловливает ряд специфических свойств искривленных фронтов горения, которые во многом определяют картину явления в целом. Чтобы их выделить, целесообразно рассмотреть распространение пламени по замороженному полю движения газа с фиксированным распределением скоростей потока, т. е. «выключить» влияние газодинамических эффектов горения на процесс перемещения пламени.

В самом простом случае покоящегося газа последовательные положения фронта пламени можно получить, заимствуя из геометрпческиой оптики' так называемый принцип Гюйгенса. Именно, чтобы получить перемещение фронта пламени за время dt, нужно построить семейство сфер радиуса Un (Un — нормальная скорость распространения пламени), взяв за их центры точки на поверхности пламени (поверхность О—О на рис. 6.1) в начальный момент времени, и затем провести их огибающую — это и будет новое положение фронта пламени (рис. 6.1). Затем, используя новое положение пламени (I—I) как исходное, делаем следующий шаг: рассчитываем перемещение пламени за следующий интервал времени и т. д. При таком методе расчета можно, как легко видеть, зафиксировать на поверхности пламени определенные точки (расположив их, по возможности, равномерно вдоль фронта пламени) и проследить их перемещение по пространству. Траектории, по которым эти точки движутся, аналогичны траекториям световых лучей в геометрической оптике, и для их расчета можно привлекать методы, разработанные при исследовании оптических явлений.

Использование принципа Гюйгенса показывает, что выпуклые и вогнутые участки искривленного фронта пламени при распространении пламени ведут себя по-разному. Выпуклые по отношению к свежей горючей смеси участки пламени, расширяясь, увеличиваются по своей относительной доле среди других участков пламени. Если в начальный момент времени существовал излом фронта пламени, обращенный в сторону горючего газа, то в последующие моменты времени он «залечивается», становится гладким. Сами по себе изломы фронта пламени на выпуклых участках образоваться не могут.

 

⇐ Предыдущая78910111213141516Следующая ⇒

Поделиться: