31 Понятие ведущей точки пламени. Представления о турбулентном горении.

При нестационарном горении понятие удерживающей точки, стабилизирующей фронт пламени при стационарном горении, должно быть заменено понятием ведущей точки. Ведущей точкой нестационарного пламени является наиболее выдвинутая по направлению распространения горения точка поверхности фронта – от нее поджигающий импульс передается соседним участкам пламени и, таким образом, фронт пламени охватывает весь большой объем горючей смеси.

Скорость движения ведущей точки U_* в лабораторной системе координат складывается из скорости перемещения горючего газа U, по которому движется ведущая точка фронта, и нормальной скорости распространения пламени по газу

U_*=U+u_n

Скорость U определяется газодинамикой всего течения газа в целом, в каждой конкретной газодинамической ситуации расчет U производится по-своему.

Представление о фронте пламени как поверхности, разделяющей холодный и горючий газ и распространяющейся по газу с известной скоростью – нормальной скоростью пламени, понятие о ведущей точке пламени и общие свойства фронта пламени в потоке оказываются полезными и при рассмотрении турбулентного горения. Будучи помещенным в турбулентный поток горючего газа разные участки фронта переносятся вместе с газом с различными скоростями, которые слагаются из средней скорости движения и пульсационной составляющей, изменяющейся в пространстве и во времени. Хаотические пульсации скорости искривляют фронт пламени, форма которого становится сложной. Максимальные пульсации скорости в направлении распространения зоны горения создают лидирующие участки фронта пламени, которые возглавляются ведущими точками. Таких ведущих точек может быть много.

Каждая из ведущих точек обеспечивает развитие следующих за ней участков поверхности фронта; выпуклые по отношению к горючему газу участки пламени стремятся в соответствии с принципом Гюйгенса увеличить общую площадь поверхности фронта пламени и способствуют увеличению общей скорости сгорания горючего газа в турбулентном потоке.

Пульсации скорости турбулентного потока газа при развитой турбулентности часто превышают нормальную скорость распространения пламени. Скорость выноса ведущих точек в горючий газ определяется пульсационными характеристиками потока. Нормальная скорость распространения пламени обеспечивает сокращение поверхности фронта для вогнутых участков пламени и тем самым не позволяет бесконечно увеличиваться поверхности горения. Если бы поверхность пламени не обладала способностью перемещаться по горючему газу, то по законам турбулентной диффузии она расползалась бы в пространстве и непрерывно со временем увеличивала свою поверхность. «Съедание » общей поверхности фронта по механизму нормального распространения пламени на вогнутых участках пламени не позволяет зоне горения разрастаться бесконечно, и она стремится к некоторой в среднем стационарной ширине с постоянной в среднем поверхностью искривлённого фронта пламени. Поэтому в соотношениях теории турбулентного горения должна присутствовать в качестве одной из определяющих величин нормальная скорость распространения пламени.

Резкие изменения пульсационных скоростей в турбулентных потоках могут приводить к тому, что непрерывный фронт пламени перестает существовать.