Диффузионный режим горения и его использование

Понятие о диффузионном горении. Наиболее распространенным в промышленной практике случаем диффузионного горения является горение в турбулентном потоке прн одновременном смешении газообразных струй топлива и окислителя, т. е. турбулентное горение, происходящее по мере образования горючей смеси. Опыт показывает, что кинетическое горение (горение готовой горючей смеси) становится крайне неустойчивым при переходе на турбулентный режим даже в случае принятия искусственных мер в виде размещения в потоке твердых тел, создающих местные зоны торможения. В то же самое время эти же мероприятия при известных соотношениях оказываются вполне достаточными для стабилизации диффузионного горения (т. е. горения вновь образующейся горючей смеси) в турбулентном потоке. Опыт показывает, что длина дуффузионного факела (пламени) практически перестает зависеть от скорости турбулентного потока. Это свидетельствует о том, что скорость сгорания в рассматриваемом случае становится практически пропорциональной скорости потока (или, что-то же, пульсационной скорости) и что явление действительно протекает в чисто диффузионной области.

Диффузионный режим сжигания топлива характеризуется горением газовоздушной смеси в момент ее образования и происходит в случае отсутствия предварительного перемешивания газа с воздухом. Наибольшая протяженность диффузионного факела наблюдается при ламинарном характере течения потоков топлива и воздуха [31]. c.62].

При гетерогенном горении углерода протеканию реакций предшествует процесс подвода окислителя из окружающей среды к реакционной поверхности. По этому скорость гетерогенного горения зависит от скорости этих двух основных составляющих процессов.

М = ка

где к — константа скорости реакции, а — концентрация кислорода на поверхности топлива.

IV = (Даа)

В — константа скорости диффузии, а —концентрация кислорода в потоке, в котором сгорает частица углерода.

Из этих двух зависимостей величина скорости гетерогенного горения выражена через количество кислорода, потребляемого единицей поверхности частицы, и равна w = aJ (i/k — 1//)). При низкой температуре потребляется кислорода меньше, чем подводится диффузией горение лимитируется кинетикой реакции, и = ка. При высокой температуре интенсивность горения ограничивается, наоборот, скоростью диффузии —диффузионный режим, при котором и = Ва. c.43].

При горении взрывчатых веществ и порохов возможны различные сочетания процессов в конденсированной и газовой фазах. Простейшим в теоретическом отношении является случай, указанный Беляевым [22] и разработанный далее Зельдовичем [23], когда горение происходит в газовой фазе, а поток тепла, приходящий из зоны пламени, вызывает в конденсированной фазе эндотермические процессы испарения. Это пример квазигетерогенного горения, отличающийся от горения жидкого топлива только отсутствием диффузионных процессов. Важная особенность этого процесса, отмеченная Зельдовичем [23], заключается в тепловой инерции конденсированной фазы, обусловленной ее высокой теплоемкостью. При изменении давления режим горения в газовой фазе быстро меняется, а толщина зоны прогрева конденсированной фазы не успевает подстраиваться к этим изменениям. В этом может заключаться механизм пульсаций, наблюдающихся при горении конденсированных фаз в замкнутом.