6.3. Перемещение пламени в потоке.
При распространении пламени в потоке по течению движение газов ускоряет его пере - мещение; при перемещении пламени навстречу течению оно замедляется. Вектор скорости движения газов в общем случае не совпадает с направлением нормального распространения
пламени, а составляет с ним некоторый угол. Результирующая скорость перемещение пламени в потоке по направлению нормали к его фронту относительно неподвижно системе координат составляет:
U = U
+
W
(1)
где: W = Wcos - проекция вектора W скорости движения смеси на нормаль к поверхности пламени в рассматриваемой точке;
- угол между нормалью к фронту пламени и вектором скорости газов.
Условием стационарности фронта пламени (U = 0) является равенство:
U = - W (2)
Пусть поле скорости потока (смеси) имеет максимум
в средней части и минимум на границе потока, а пламя распространения по течению потока (рис.1)
В произвольной точке элемент фронта пламени, нормаль к которому составляет угол
с направлением потока, перемещается со скоростью:
U
=
(3)
т.к. весь фронт пламени двигается с одинаковой скоростью, то для скорости его перемещения в произвольной и в наиболее выдвинутой точке можно записать:
U =
= U
+
W
(4)
где: W – скорость газа в произвольной точке фронта пламени.
При данной величине U и имеющемся профиле распределения скорости в поперечном сечении потока уравнение (4) может соблюдаться для всего фронта пламени при уменьшении cos с переходом в поперечном сечении к точкам с меньшей скоростью движения.
6.4. Экспериментальное определение нормальной скорости распространения пламени методом горелки.
Скорость нормального распространения пламени U определяется законами передачи тепла (молекулярной теплопроводностью) и законами передачи вещества – диффузией.
Измерение U наиболее просто производится по методу, разработанному В.А.Михельсоном.
Этот метод называется – методом горелки.
Представим горелку в виде трубки, в которую подаётся газовоздушная смесь с < 1
Смесь по истечении из горелки при ламинарном движении сгорает вблизи её устья, образуя конусообразный факел голубого цвета. Для устойчивости пламени необходимо, чтобы в каждой точке фронта нормальная к ней составляющая скорости движения газа равнялось абсолютной величине нормальной скорости распространения пламени (рис.1):
U = Wcos (1)
где: - угол между нормальной составляющей и вектором скорости потока. Зная распре -деление скорости в потоке и угол , можно определить U .
Однако получение поля скорости в потоке с трудно - стями. Поскольку испытуемая газовоздушная смесь
сгорает на боковой поверхности внутреннего конуса, то проще определить U , принимая, что внутренний фронт воспламенения имеет форму правильного кону са, и исходя из условий. что количество подаваемой смеси должно равнятся количеству смеси, сгорающей во фронте пламени, т.е.
S
=
U
F
где: S – сечение горелки;
W - средняя скорость горючей смеси в горелки;
F- площадь фронта пламени (боковая поверхность конуса);
- время.
Отсюда: U
=
(3)
где: V – объём газа, подаваемого в горелку за секунду.
Определение U по методу горелки связано с погрешностям вследствие того, что:
действительная поверхность фронта пламени внутреннего конуса горения несколько отлича - ется от боковой поверхности геометрически правильного конуса;
предполагается постоянство U по всей поверхности фронта пламени. В действительности у корня факела U меньше, чем в других точках конуса пламени, у вершины же конуса в связи с более сильным нагревом смеси окружающими продуктами сгорания скорость нормального распространения пламени, равная осевой скорости струи, больше. Среднее значение U для всего фронта пламени мало отличается от значения, получаемого при расчёте по формуле (3)
При измерении U следует учитывать, что струя горючей смеси эжектирует воздух из окружа - ющей среды. Для предотвращения эжекции воздуха на горелку надевают кварцевую трубку, которая препятствует доступу встречного воздуха к продуктам неполного горения внутреннего конуса. При этом внешний конус исчезает, создаются условия для определения U , характер -ной для испытуемой смеси.