Горение газа вблизи пределов (11.08.2012)

Автор: Замащиков Валерий Владимирович

Можно ожидать, что, если поток воздуха сделать не постоянным, а изменяющимся во времени, то отклик пламени будет зависеть от частоты изменения скорости воздуха. Кроме того максимальный отклик будет наблюдаться на частотах, близких к характерным частотам колебания пламени. Результаты исследования, проведенного в настоящей работе, подтвердили это предположение. Эксперименты проводились в той же кварцевой трубке. Для модуляции потока воздуха дополнительно между трубкой и расходомером устанавливался динамик. На динамик подавался синусоидальный сигнал с генератора. Частота сигнала изменялась в диапазоне от 18 до 40 Гц. Для того чтобы убедиться в том, что средний расход газа не зависит от его модуляции, расход газа измерялся с помощью счетчика объема газа фирмы “Ritter” TG05 при наличии и отсутствии электрического сигнала на динамике. Расход при этом изменялся не больше, чем на 3.5 %. Это изменение лежит в пределах точности измерения расхода и его можно не учитывать.

Для того чтобы с большей точностью регистрировать изменение средней скорости пламени при наложении модуляции, динамик включался и отключался в течение одного опыта. Таким образом, часть пути пламя преодолевало при наличии модуляции, а часть при отсутствии модуляции. Если скорость пламени изменялась, то на зависимости координаты пламени от времени это было заметно.

Опыты показали, что амплитуда колебаний воздуха в трубке сильно уменьшалась с увеличением частоты. Вследствие этого, не удалось создать амплитуду колебаний, достаточную для оказания влияния на среднюю скорость пламени для частот больше 40 Гц. При этом колебания пламени были хорошо различимы и регистрировались с помощью скоростной камеры. Однако средняя скорость пламени в пределах точности не изменялась.

Заметное влияние на среднюю скорость пламени наблюдалось при частоте модуляций 30 Гц. При достаточно больших амплитудах модуляций пламя гасло. Причем, после подачи электрического сигнала на динамик пламя какое-то время распространялось, а затем гасло. Имелась тенденция к увеличению расстояния, прошедшего пламенем до гашения, с уменьшением амплитуды звука и увеличением расхода воздуха. При меньших амплитудах пламя не гасло. Полученная зависимость усредненной за период колебаний координаты пламени от времени для такого случая показала, что после включения модуляции средняя скорость сначала возрастает, а затем падает, то есть пламя распространяется с неодинаковой средней скоростью. С уменьшением напряжения, подаваемого на динамик, отклик средней скорости пламени на модуляцию становился все слабее. Зависимость координаты пламени от времени, полученная с помощью скоростной видеокамеры во время воздействия звука на пламя, показала, что при таких амплитудах модуляции пламя совершает почти гармонические колебания с частотой 30 Гц. Характер поведения, когда скорость пламени возрастает сразу после включения звука, а затем убывает, говорит о том, что, пламя либо загаснет, либо, в конце концов, начнет распространяться с постоянной средней скоростью.

Картина существенно меняется при частоте модуляции 18 Гц. В этом случае также наблюдается гашение, но уже при амплитудах колебаний пламени больше 21 мм. Зависимость усредненной за период колебаний координаты от времени для случая, когда пламя не гаснет, приведена на рис. 5. Видно, что после включения модуляции, пламя после небольшого нестационарного участка распространятся с постоянной большей по величине средней скоростью. Были измерены отношения скорости пламени при наличии модуляции к скорости пламени без модуляции при разных амплитудах колебаний пламени (рис. 6). Все эксперименты проводились при одном том же расходе 12.2 см3/с. Глубина жидкости от опыта к опыту менялась в диапазоне от 3.7 до 3.2 мм. Комнатная температура, а значит и температура жидкости, изменялась от опыта к опыту в диапазоне от 19.8 до 21.80С. Так как скорости пламени при воздействии звуком и без звука измерялись за один опыт и затем находились их отношения, то можно рассчитывать на то, что полученные таким образом данные не должны сильно зависеть от температуры. Видно, что средняя скорость пламени возрастает при наличии модуляции почти в 1.8 раза.

Четвертая глава посвящена исследованию полученного впервые в настоящей работе режима горения газа в узких каналах – режима с прогревом стенки. В начале главы дается литературный обзор по данной теме, приводятся схема экспериментальной установки, описывается методика проведения экспериментов. Первая серия экспериментов проводилась в тонкостенной горизонтальной трубке, изготовленной из нержавеющей стали. В результате был получен режим распространения пламени, подобный тому, который наблюдается в пористой среде [9]. В работе [9] он назван режимом низких скоростей (РНС). Между режимами, наблюдаемыми в узкой трубке и в пористой среде, есть много общего, но есть и существенные различия. Чтобы различать эти режимы и подчеркнуть важность прогрева стенки трубки, в настоящей работе этот режим называется режимом с прогревом стенки. В первой серии экспериментов было показано, что пламя в этом режиме перемещается с почти постоянной скоростью, и были получены зависимости скорости от расхода горючего газа. Оказалось, что волна горения существует в определенном диапазоне расходов, то есть существует верхний и нижний пределы по расходу горючего газа. Однако эксперименты выявили недостаток стальной трубки - образование оксидной пленки. В дальнейшем эксперименты проводились в фарфоровых и кварцевых трубках, так как материал, из которых они изготовлены, более устойчивым к нагреву и химическим реакциям, чем нержавеющая сталь. Предварительные опыты показали, что в таких трубках, несмотря на существенно более толстые стенки, также наблюдается режим горения

с прогревом стенки. Причем этот режим возможен и в трубках, диаметр которых меньше критического. На рис. 7 приведены зависимости скорости пламени U от расхода горючего газа, полученные для трубок, изготовленных из разных материалов. Положительные значения U соответствуют движению пламени вниз по потоку горючего газа. При получении этих зависимостей расход горючего газа изменялся во всем диапазоне, в котором возможен режим горения с прогревом стенки трубки. В качестве горючего газа использовалась стехиометрическая метано-воздушная смесь. На рисунке видно, что увеличение внутреннего диаметра приводит к расширению пределов (1?2?5) по расходу Q и смещению кривых вниз. Также видно, что скорость пламени зависит от материала стенки. Кривые 1 и 4, полученные для фарфоровой и кварцевой трубок, имеющих одинаковые размеры, смещены друг относительно друга.

????????????

переход в режим с прогревом стенки трубки (на рис. 8 с прямой 1 на 2). На рис. 8 видно, что при средних скоростях газа больше ~30 см/с возможны два режима распространения пламени: обычный (3) и режим с прогревом стенки (2). Обычный режим при проведении экспериментов получался следующим образом. В режиме с прогревом стенки трубка охлаждалась в том месте, где находилось пламя. Это приводило к резкому увеличению скорость пламени, то есть наблюдался переход в обычный режим (3). Особенностью такого перехода является то, что пламя распространяется по нагретой внешним источником (применялся для предотвращения конденсации воды в продуктах горения) и продуктами горения части трубки, поэтому экспериментальные точки не ложатся на прямую 1.

При значениях V>90 см/с переход из режима с прогревом стенки в обычный режим происходит самопроизвольно (с прямой 2 на 3 на рис. 8), без специального охлаждения стенки трубки. Переход, из-за быстрого изменения скорости пламени, сопровождается гашением пламени. Отметим, что с увеличением расхода возбуждаются акустические колебания, которые приводят к колебаниям пламени. Амплитуда колебаний растет с увеличением скорости горючего газа. Самопроизвольный скачкообразный переход из режима с прогревом стенки в обычный режим по этой причине происходит при меньших расходах. Очевидно, что когда пламя колеблется, тепловая связь между пламенем и стенкой ослабевает и это способствуют переходу в обычный режим.

Итак, с увеличением расхода горючего газа наблюдается постепенный переход из обычного режима (1, рис.8) в режим с прогревом стенки (2). При дальнейшем увеличении расхода возможны два варианта: перемещение вдоль прямой 2 (режим с прогревом стенки) и переход в обычный режим (3). Переход наблюдается, если, например, достаточно быстро изменить расход газа, так что стенка не успевает прогреться до температуры, необходимой для существования пламени в режиме с прогревом стенки при более высоком расходе. Или, если возникнут колебания, переход также становится более вероятным. При этом если даже нет факторов, способствующих переходу, то с увеличением расхода вероятность перехода с прямой 2 на 3 возрастает, и этот переход рано или поздно произойдет. Об этом говорит тот экспериментальный факт, что максимум температуры стенки, находящийся в продуктах горения, при увеличении расхода приближается к фронту горения. На верхнем пределе по расходу горючего газа максимум температуры стенки совпадает с координатой фронта горения, а так как максимум температуры стенки не может находиться перед фронтом, то при дальнейшем увеличении расхода невозможна стабилизация пламени на прогретой продуктами горения стенке трубки.

Отметим что, если после перехода в обычный режим (прямая 3) уменьшать расход, то сначала будет наблюдаться переход в режим с прогревом стенки (2), и только затем в обычный режим (1). Это объясняется тем, что при U>0 (прямая 3) пламя распространяется по прогретой продуктами части трубки. Заметим, что при увеличении толщины стенки, стенка будет прогреваться все меньше, и диапазон расходов, в котором возможен режим с прогревом стенки (длина участка 2), будет уменьшаться.

Зависимости U(Q) при разном содержании пропана в смеси показаны на рис. 9 и 10. Эти зависимости имеют одинаковый вид для разных типов горючего и разных материалов трубок. С увеличением Q скорость пламени растет. При приближении к концентрационным пределам зависимости U(Q) смещаются вверх. Это объясняется тем, что скорость перемещения пламени относительно стенки трубки U определяется разницей между скоростью горючего газа вблизи фронта и скоростью перемещения волны горения по горючей смеси (определяется

нормальной скоростью). Так как фронт пламени не плоский, а скорость и температура газа зависят от радиальной координаты, то в каждой точке фронта скорость газа и нормальная скорость будут вычитаться так, что результирующая скорость распространения пламени вдоль оси трубки будет одинаковой на всей поверхности фронта. В противном случае процесс будет нестационарным. Тогда можно ввести понятие «средняя скорость горения газа». При данном Q большим значениям U соответствует меньшая «средняя скорость горения газа».

Экспериментальные точки, приведенные на рис. 9 и 10, перекрывают весь диапазон изменения Q, в котором существует режим с прогревом стенки трубки. Для сравнения на рис. 9 приведены данные для метана и для водорода. Во всех случаях при обогащении или обеднении смеси относительно стехиометрической сужается диапазон расходов, в котором существует пламя. При этом верхний предел по расходу горючего газа уменьшается, стремясь к нижнему пределу. Отметим, что, так как диаметр трубок меньше критического, то на верхнем и нижнем пределах по расходу горючего газа наблюдается гашение пламени.

Как видно на рис. 9 и 10, для метано- и пропано-воздушных смесей нижний предел распространения пламени по расходу горючего газа почти не зависит от содержания горючего в смеси. Эксперименты показали, что он также не зависит от материала трубки и теплообмена с окружающей средой. Мало того, согласно рис. 7, нижний предел для этих топлив слабо зависит от внутреннего диаметра трубки. Однако для водородно-воздушных смесей нижний предел по расходу горючего газа, в отличие от метановых и пропано-воздушных пламен, существенно зависит от состава смеси. Это связано с тем, что нижний предел зависит от теплофизических свойств горючей смеси. В метано- и пропано-воздушных смесях при изменении составов их теплофизические свойства изменяются незначительно из-за того, что объемная доля горючего в смеси невелика. Теплофизические свойства смесей, содержащих 15 и 70% водорода отличаются существенно, так как теплофизические свойства водорода и воздуха заметно различны.

Отметим особенности горения богатых водородно-воздушных смесей в режиме с прогревом стенки. Зависимости U(Q) для них приведены на рис. 11. Внутренний диаметр трубки для смесей с содержанием водорода 70% и 75.6% меньше критического, поэтому на нижнем пределе по расходу горючего газа пламя гасло. Диапазон расходов, при которых существует волна горения для смеси, содержащей 70% водорода, очень большой. Средняя скорость горючего газа в трубке в этом диапазоне Q изменяется от 0.8 до ~19 м/с, при этом число Рейнольдса Re достигает значения ~ 1500. Таким образом, движение горючего газа вдали от фронта можно считать ламинарным (Re<2000). Так как скорость пламени гораздо меньше скорости газа, то нормальная скорость в вершине пламени, если предположить, что пламя не имеет разрыва и цилиндрически симметричное, равна скорости газа в центре трубки. В случае справедливости этих рассуждений следует, что нормальная скорость в вершине пламени возрастает больше, чем в 20 раз (скорость газа в центре для пуазейлевского течения 38 м/с, нормальная скорость для смеси 70%H2+воздух -1.2 м/c, измерена в настоящей работе).

растет (рис. 11, 12) по мере увеличения расхода горючего

перестает расти и даже падает (рис. 12). Далее происходит переход в обычный режим (верхний предел по расходу газа), а если диаметр трубки меньше критического, то происходит гашение пламени. Отметим, что при больших значениях температуры стенки, когда свежий газ может прогреться вплоть до температуры самовоспламенения, величина скорости горения может расти в гораздо больших пределах, что должно приводить к существенному возрастанию верхнего предела. Это и наблюдается при горении водородно-воздушной смеси (рис. 11).

В режиме с прогревом стенки, как уже упоминалось выше, наблюдаются верхний и нижний пределы по расходу горючего газа. На рис. 13 построены зависимости верхнего и нижнего пределов по расходу горючего газа от состава смеси. Видно, что при обогащении и обеднении пропано-воздушной смеси относительно стехиометрической пределы по расходу сужаются и если пропана больше чем 5.5% или меньше 3.25%, то режим с прогревом стенок невозможен ни при каких расходах. Аналогично можно получить концентрационные пределы для метано-воздушных смесей, они равны ~ 11.2% и ~8.2%, соответственно.

Для метано-воздушной смеси справочное значение нижнего концентрационного предела, полученное при минимизации теплопотерь - 5.28%, верхнего -14.1% [10]. Для пропана-воздушной смеси справочное значение нижнего концентрационного предела – 2.3%, верхнего - 9.4%. То есть, диапазон существования пламени в режиме с прогревом стенки уже, чем для свободно распространяющего пламени при минимальных теплопотерях (только за счет радиации). Это вполне объяснимо тем, что в режиме с прогревом стенки теплопотери от прогретой трубки в окружающую среду значительны. Однако трудно объяснить то, что для водородно-воздушной смеси в режиме с прогревом стенки верхний концентрационный предел, полученный в настоящей работе, близок к справочному значению предела – 75% [10]. В том, что концентрационные пределы могут расширяться, ничего удивительного нет. Известно, что при определенных условиях пределы существования волны горения в пористой среде, либо в специальных горелочных устройствах, в которых тепло от продуктов горения эффективно возвращается в горючую смесь, могут быть шире, чем справочные [11, 12]. Однако в этих устройствах теплопотери не так значительны, как в одиночной трубке.

существования режима с прогревом стенки расширяется и с бедной и с богатой стороны. Для сравнения на этом же рисунке приведены экспериментально определенные пределы распространения пламени в тех же трубках методом проскока пламени (обычный режим). Видно, что в режиме с прогревом стенки пределы шире.

В узких каналах и щелях, с одной стороны, возможен режим с прогревом стенки, с другой стороны, массовая скорость сгорания ограничена из-за малости размеров. Возможный путь преодоления этой трудности - это повышение давления. Эксперименты проводились в кварцевой горизонтальной трубке: внутренний диаметр -3.8 мм; внешний - 6 мм, длина трубки 48 см. В качестве горючих газов использовались метано- и водородно-воздушные смеси.

Для стехиометрической метано-воздушной смеси были получены экспериментальные зависимости U(Q) при двух давлениях 1 и 2.1 атм. Возникли трудности с получением режима с прогревом стенки при повышенных давлениях. Рост давления приводил к возникновению акустической неустойчивости. Колебания пламени вызывали изменение его скорости, и даже гашение. С увеличением расхода амплитуда колебаний возрастала, поэтому удалось получить режим с прогревом стенки при 2.1 атм. только при небольших расходах. Увеличение давления приводит к уменьшению скорости пламени, то есть к увеличению средней скорости горения. Увеличение средней скорости горения возможно: из-за увеличения нормальной скорости с возрастанием давления, из-за изменения поверхности пламени, из-за большего прогрева горючей смеси, входящей во фронт пламени, нагретой стенкой трубки. Согласно [13] нормальная скорость уменьшается с ростом давления. Поверхность при тех же средних скоростях газа изменяется незначительно, поэтому увеличение средней скорости горения связано с более сильным прогревом стенки трубки.

Для более детального исследования влияния давления на скорость пламени была выбрана богатая водородно-воздушная смесь (70%H2).Это связано с тем, что ранее проведенные эксперименты показали, что горение таких смесей более устойчиво к акустическим возмущениям. Это позволило исследовать горение в режиме с прогревом стенки во всем возможном для данной установки диапазоне давлений. Полученные зависимости U от средней скорости горючего газа приведены на рис. 15. Видно, что с ростом давления скорость пламени U не уменьшается. Предположим, что нормальная скорость не зависит от давления. Тогда, как уже упоминалось выше, увеличение давления при прочих равных условиях, то есть неизменной нормальной скорости и площади поверхности фронта горения, приводит к возрастанию массовой скорости сгорания и, как следствие, к увеличению температуры стенки трубки и потока тепла по ней от продуктов в свежую смесь. Повышение температуры стенки и увеличение потока тепла из продуктов в свежую смесь, в свою очередь, должно приводить к увеличению нормальной скорости и средней скорости сгорания, а это в свою очередь к уменьшению скорости пламени. Однако в данном случае это не наблюдается. Можно предположить, что это связано со значительным уменьшением нормальной скорости с ростом давления. В настоящей работе были проведены измерения нормальной скорости в бомбе постоянного объема в диапазоне давлений от 1 до 4 атм. Нормальная скорость измерялась двумя способами: по зависимости радиуса очага горения от времени и по записи давления. Измерения показали, что, действительно, в этом диапазоне давлений с ростом давления в 4 раза нормальная скорость уменьшается почти в 3 раза.

В настоящей работе была создана оценочная теоретическая модель горения в режиме с прогревом стенки. Модель строится на основе представлений, заложенных в работе [14]. Гомогенная горючая смесь, по которой распространяется пламя, движется в трубке. Если скорость ее движения такова, что фронт пламени перемещается достаточно медленно относительно стенки трубки, стенка может существенно прогреваться, благодаря чему поток тепла от продуктов сгорания по стенке в свежую смесь станет значительным. Это приведет к повышению нормальной скорости и стабилизации пламени на прогретом участке трубки. Становится возможным взаимозависимое перемещение волны горения и тепловой волны в стенке трубки.

На основе этих представлений построена упрощенная математическая модель, в которой приняты следующие допущения. Плоский фронт пламени распространяется по движущейся горючей смеси равномерно со скоростью U относительно лабораторной системы координат, поэтому в системе координат, связанной с фронтом пламени, все переменные не зависят от времени. Газ считается идеальным. Скорость его движения относительно стенки трубки, температуры газа и стенки в системе отсчета, связанной с фронтом, зависят только от координаты, направленной вдоль оси трубки. Это допущение значительно упрощает задачу, однако делает маловероятным получение количественного согласия с экспериментом. Так как давление в трубке изменяется незначительно, считается, что оно постоянно.

Сравнение теории с экспериментом показало, что основные тенденции теория описывает правильно. Что говорит о том, что физические процессы, заложенные в модели, действительно играют определяющую роль при распространении пламени в режиме с прогревом стенки.

Пятая глава посвящена исследованию горения газа в узких щелях. В начале главы дается литературный обзор по данной теме, приводится схема экспериментальной установки, описывается методика проведения экспериментов. Были проведены две серии экспериментов на установках, состоящих из двух горизонтальных параллельных кварцевых дисков. Диаметр дисков в первой серии 50 мм, толщина -1.5 мм, во второй серии - 51.5 мм, толщина -2.1 мм. Горючий газ в обеих сериях подавался через отверстие в центре нижнего диска. Расстояние между дисками можно было плавно изменять. Эксперименты проводились с бедными водородно-воздушными смесями. Было показано, что возможна стабилизация пламени в междисковом пространстве при расстоянии между дисками существенно меньше критического. Это возможно благодаря прогреву дисков продуктами горения.

для смеси, содержащей 18% водорода, к ее нормальной скорости больше 10.

Фотографии пламени показали, что сразу после того, как оно входит в пространство между дисками, оно излучает яркий желтый свет. Иногда наблюдаются две желтые полосы, касающиеся поверхности диска, при этом в середине зазора интенсивность свечения слабее. По мере перемещения пламени к центру интенсивность желтого свечения уменьшается. В стационарном положении фронт пламени узкий и излучает синий свет.

на рисунке соответствуют случаю, когда предэкспонента везде одинаковая, прерывистая линия - предэкспонента в пристеночной области больше. На рис. 17 показаны экспериментальная (квадраты) и теоретическая (линия) зависимости температуры диска от расстояния до фронта горения, а также теоретические зависимости нормализованной скорости и плотности газа от расстояния до фронта горения. Фронт пламени находится в начале координат, продукты находятся в области отрицательных координат.

Шестая глава посвящена исследованию неустойчивого режима газового горения между двумя дисками. Если расстояние между дисками существенно меньше критического, то при инициировании горения на выходе из щели пламя не может проникнуть в пространство между дисками. При достаточно больших расходах оно устанавливается по окружности на краю дисков. Однако если уменьшать расход, то пламя установиться уже не может и в этом случае можно получить вращающиеся пламена. Экспериментальная установка состояла из двух круглых одинаковых металлических дисков диаметром 118 мм. Диски располагались один над другим, расстояние между ними - около 1 мм. В центре нижнего диска было сделано отверстие, через которое подавалась горючая смесь. В качестве горючих смесей использовались пропано-воздушные смеси. При малых расходах горючей смеси пламя после инициирования устремлялось в пространство между дисками и гасло, так как расстояние между дисками меньше критического. С увеличением расхода волна горения распространялась по окружности дисков на все большее расстояние. Наконец, при расходах, когда средняя скорость горючего газа на выходе из дисков, определенная как отношение расхода к площади щели, через которую смесь выходила в свободное пространство, достигала значения порядка 10 см/c, пламя могло распространяться на всю длину окружности. При этом после инициирования либо два очага распространялись навстречу друг другу и гасли в месте встречи, либо, если удавалось инициировать один очаг, волна горения перемещалась по окружности дисков. При дальнейшем увеличении расхода становилось возможным одновременное существование двух “бегающих” очагов, а при еще большем расходе наблюдалось три очага. Вероятно, при определенных условиях можно получить и большее количество одновременно существующих очагов. Кроме того, обнаружено, что при достаточно больших расходах горючего газа возможна ситуация, когда два очага, распространяясь навстречу друг другу, в месте встречи не гасли, а снова распространялись навстречу друг другу.

Если расстояние между дисками больше критического, то пламя проникает в междисковое пространство, и наблюдается нестационарное горение. Причем, если скорость небольшая, то пламя устанавливается на входном отверстии, через которое поступает горючий газ. А если скорость такая, что пламя не может в этом месте установиться, тогда наблюдается нестационарное горение. Причиной нестационарного горения может быть гидродинамическая неустойчивость. Любое искривление пламени, находящегося в междисковом пространстве, в одном месте приводит к изменению поля скоростей и, как следствие, к изменению положения фронта пламени в других местах. Прогрев дисков также может оказать влияние на процесс горения. В связи с этим наблюдается большое многообразие явлений при горении в таких условиях. Например, наблюдается спиновое горение. Экспериментальная установка состояла из двух кварцевых параллельных дисков толщиной 1.5 мм. Диаметр дисков 50 мм. Диски располагались один над другим. Горючий газ подавался через отверстие в центре нижнего диска. Перед экспериментом расход горючего газа подбирался такой, чтобы в пространстве между дисками выполнялось условие для установления пламени. Расстояние между дисками устанавливалось больше критического (2.03 мм), и осуществлялся поджиг смеси. Пламя устремлялось в междисковое пространство. Если смотреть сверху, то пламя представляло собой широкое синее неправильной формы кольцо, причем на некоторых участках оно выходило наружу из пластинок, а на некоторых – постоянно перескакивало из одного положение в другое, при этом изменялось расстояние от центра диска до пламени. Горение сопровождалось характерным звуком.

Для смеси, содержащей 10% метана в воздухе, при уменьшении расхода газа синее светящееся кольцо становилось все более симметричным и, наконец, при расходах около 45 см3/c наблюдалось спиновое горение, т. е. по окружности перемещался достаточно длинный очаг пламени (это показала скоростная видеосъемка). Ширина светящегося кольца составляла около 1/4 части от радиуса диска при расстоянии между дисками 3 мм. Кольцо полностью находилось в пространстве между пластинками. При расстоянии между пластинками 3 мм частота вращения ~ 40 Гц. Необходимо отметить, что не всегда горение переходило сразу в спиновое. Иногда наблюдались переходные картинки: пламя стабилизировалось на части окружности, а по другой двигался очаг, иногда скорость вращения “спина” изменялась, прежде чем установиться. С уменьшением ширины зазора до 2 мм при постоянном расходе горючего газа частота вращения возрастала до 82 Гц, и кольцо пламени становилось еще более широким (имеется в виду светящаяся область). Расстояние от места нахождения пламени до точки подачи горючей смеси при этом если и изменялось, то незначительно. На рис. 18 показана зависимость видимой скорости перемещения очага пламени по окружности от расхода горючего газа. Видно, что с увеличением расхода скорость возрастает.

Основные результаты и выводы

На основе развитых представлений о роли гравитационной конвекции в гашении газового пламени в строгой постановке аналитически решена задача о критическом условии в области совместного влияния кондуктивного и свободно-конвективного теплообмена. Экспериментально показана независимость предела распространения пламени сверху вниз от диаметра трубы в области параметров, предсказанных теорией.

В трубах с внутренним диаметром больше, но порядка критического, исследованы особенности распространения пламени в обычном режиме в потоке горючего газа.

В трубах с внутренним диаметром больше, но порядка критического, получены и исследованы режимы и скоростные характеристики газофазных пламен, распространяющихся над горючей жидкостью. Изучено влияние на среднюю скорость пламени как скорости потока воздуха, так и частоты и амплитуды ее модуляции.

Обнаружен неизвестный ранее режим горения – режим c прогревом стенки. Установлена область существования нового режима. Исследованы переходы между новым режимом и режимом без прогрева стенки (обычный режим).


загрузка...