3. Газдардың диффузиялық жануы

Оттық арқылы құрамына оттек кірмейтін газды берген жағдайда, диффузия арқылы жіберілетін қоршаған ауа оттегісін қолдану есебінен оны жандыруы нәтижесінде жануы жүреді. Сондықтан тотықтырғаш пен жындырғыштың өзара диффузиясы процессі кезінде жануы жүреді, сонда жану жылдамдығы араласу процессі интенсивтілігімен анықталады, мұндай жану диффузиялық деп аталады. Араласу сипатынан байланысты ламинарлы және турбулетті диффузиялық жану түрлерін ажыратады.

Ламинарлы диффузиялық жану оттықтан ағып өтетін газдың ламинарлы қозғалу режимінде жүреді. Тұрақты жану алаңы бет бойынша анықталады, мұнда жындырғыш және тотықтырғыш стехиометриялық қатынаста болады. Түзілетін жану өнімдері шырақ ішінде де қоршаған ортада да диффузияланады. Диффузиялық ламинарлы шырақ құрылысы 3.19 суретінде көрсетілген. Жындырғыш концентрациясы ағыс осіндегі ең үлкен мәнінен алау фронтында нолге дейін төмендейді, ал оттегі концентрациясы нолден алау фронтында оның қоршаған ағыстағы мәніне дейін өзгереді. Өнімдер концентрациясы фронтта максималды.

Сурет 3.19. Диффузиялық ламинары алау құрылысы

Диффузиялық ломинарлы алауда температура жану алаңында максималды мәнге ие. Жану алаңына жетер алдында оттықтан шығатын газ диффузия мен жылу өткізгіштікпен берілетін жылу есебінен қыздырылады. Көмірсутектерді жандыру кезінде оларды қыздыру күл мен сутектің түзілуімен жүретін термиялық бұзылуға әкеледі. Алаудағы бос көміртек пен күлдің кіші дисперсті бөліктері жану кезіндегң жылу есебінен қыздырылып, алаудың жалтырауын шақырады. Күл бөліктерінің диффузиялық жануы салыстырмалы баяу жүреді, соның нәтижесінде отынның толық жанбауы болуы мүмкін.

Ламинарлы диффузиялық алау биіктігі мына формуламен анықталады

, (3.15)

мұнда W – газдың ағыстау жылдамдығы; R – қақпа тесігінің радиусы; D – молекулалық диффузия коэффициенті.

Диффузиялық жандыру интенсивтілігі қоспа түзілу интенсивтілігінен тәуелді. Алаудың турбулентті ағыстау кезінде масса алмасу интенсивті, ал ламинарлыда, өндірістік шарттар үшін турбуленттік диффузиялық жану әдісіболып келеді. Жылдамдықтың артуымен бірталай максимумға жетіп шырақ мөлшері өседі. Бір уақытта өз кескінін және шыңының тұрақтылығын жоғалта бастайды. Шырақтың турбулизациясы басталады, ол оның ұзындығының көп бөлігін алып жатады. Шырақ тамырына турбулентті фронттың жақындауынан оның биіктігі бірталай азаяды, ал әрі қарай азды-көпті тұрақты болып қалады. Газ ағысының жылдамдығы біршама критикалық мәндерге жеткенде барлық шырақ турбулентті болады, және әрі қарай жылдамдық артқанда биіктігі өзгеріссіз қалады. Турбулентті диффузиялық шырақтың қатыстық биіктігі келесі формуламен есептеледі

, (3.16)

мұнда h – шырақ ұзындығы; d – оттық сағасының диаметрі; V⁰ – жану өнімдерінің теориялық көлемі; _в және _г – газ және ауа тығыздығы. Диффузиялық шырақтың ламинарлы жану режимінен турбуленттіге көшкенде әр түрлі газдарда Re –нің әр түрлі критерийлері кезінде байқалады, сутек үшін ол 2200 тең, кокстық газ үшін 3700-4000, көміртек оксиді үшін – 4750, пропан жіне ацетилен үшін – 8900-10400.

Көлденең ағындағы газ ағыстары

Әдетте энергетикалық отын ретінде жоғары жану жылуына ие табиғи газды қолданады. Жану жылуы жоғары газдарды жағуға тән ерекшеліктері аз көлемдегі газбен көп көлемдегі ауаны араластыру болып келеді. Аралстыру процессін интенсивтендіру ауа ағысына газды үлкен жылдамдықпен (100 м/с) жұқа ағыспен (сурет 3.21) беру болып келеді, беру жылдамдығы 15-40м/с.

Газдың турбулентті ағысының ағыстау кезінде ауаның көлденең ағыны (сурет 3.21) ағыс ақырындап бұрылады және нормаль бойынша ағыстайтын ағынға қарай h ара қашықтықта ағын оған серік бола бастайды. h шамасы ағысты бұзатын ағысқа ағыстың ену тереңдігі болып келеді және [13] формуласы бойынша есептеледі

, (3.17) , (3.17)

Сурет 3.21. Ағыстың ену тереңдігі

мұнда k – ағыстар арасындағы қадамға байланысты болатын коэффициент;  - ауа ағыны пен газ ағысының бағыттағышы арасындағы бұрыш. Кеңейтілген газ ағысының диаметрі D = 0,75h құрады. Мұнда S/d=4; 8; 16;  k коэффициенті сәйкесінше 1,6; 1,7; 1,9; 2,2.

Бақылау сұрақтары:

1. Жану процессінде қандай тұрақтандырғыштар қолданылады?

2. Ламинарлы жану турбулентті жануға ауысқанда не болады?

3. Беттік жану теориясын қандай турбуленттілікте қарастырады?

4. Газдың диффузиялық жану интенсивтілігі неге байланысты?