6. Распространение пламени в потоке.

6.1. Скорость распространение пламени.

Тепло, выделившееся при воспламенении в локальном месте некоторого объёма газовоз - душной смеси, передаётся прилежащим слоям, вызывая их последовательное воспламенение. В результате горения распространяется от слоя к слою по всей массе газа и воспринимается как распространение пламени. Распространение пламени таким способом называется – тепловым.

Различают нормальное и турбулентное распространение пламени.

Продукты сгорания отделяющиеся от несгоревшей смеси называется – пламенем. Для реакции, протекающей в пламени, в качестве основной характеристики принимают скорость нормально -го распространения пламени.U , см/c, представляющую собой линейную скорость перемеще - ния элемента фронта пламени относительно свежей смеси по направлению нормали к поверх -ности фронта в данном месте. В качестве характеристики можно взять и объём смеси, сгораю -щей на единицу поверхности за единицу времени U, см /см с, а также тепловыделение в еди -нице времени на единицу площади фронта пламени, кВт/ м .

Произведение U на плотность смеси называется – массовой скоростью горения U , г/см с:

U = U (1)

т.е. U - это количество смеси, сгорающей в единицу времени на единицу площади фронта пламени. Продукты сгорания отходят от фронта пламени со скоростью U . К единице площади фронта пламени ежесекундно подводится U , г/cм , свежей смеси такое же количество продуктов сгорания отводится:

U = U (2)

где: и - соответственно плотность свежей смеси и продуктов сгорания, г/см

Из выражения (2) видно, что т.е. скорость пламени относительно продуктов сгорания больше, чем относительно свежей смеси, что объясняется расширением газов при горении

.

6.2.Закон площадей.

Рассмотрим распространение пламени в горизонтально расположенной трубке. Как пока -зывают опыты, в смеси, заключённой в горизонтальной трубке, фронт пламени имеет вид, несимметричной по отношению к оси трубки (рис1). Свежая смесь как более тяжёлое вещество растекается по нижней части горизонтальной трубки, а более лёгкие продукты сгорания стре -мятся расположиться в её верхней части. Такое перемещение свежей смеси и продуктов

сгорания искривляет фронт пламени. В каждой точке

искривлённого фронта горения пламени распростра - няется перпендикулярно его поверхности F со скоро - стью U . Поэтому объём смеси, сгорающей за едини -цу времени V, см. /c, будет:

V = U F (1)

Это же количество смеси можно выразить через наблюдаемую скорость распространения пламени U и площадь поперечного сечения трубки S:

V = US (2)

Наблюдаемой скоростью распространения пламени называется скоростью перемещения искрив лённого фронта пламени по свежей смеси, которая равняется расстоянию между двумя положе- ниями фронта пламени, зафиксированными с промежутком времени в 1 сек.

Приравнивая (1) и (2) получаем закон площадей:

U = U (3)

Закон площадей: наблюдаемая скорость распространения пламени во столько раз больше нор - мальной, во сколько площадь фронта пламени больше поперечного сечения трубки.

Из рис.1 видно, что dF = , где: dS – проекция элемента фронта пламени на плоскость, перпендикулярную направлению распространению пламени.

Применяя закон площадей, получаем: U = (4)

т.е. скорость распространения пламени возрастает обратно пропорционально cos .Уравнение (4) выражает основной закон горения в движущемся газе, он был установлен русским физиком Михельсоном и назван им - законом косинуса.