Ксандопуло Георгий. негелі мір. В. 37

На основе постулата о конкуренции в пределах фронта пламени двух механизмов конверсии топлива, А – низкотемпературного автокатализа и Т – высокотемпературного автоускорения, предложен метод измерения степени стадийности пламени заданной горючей смеси S. Выделены соответствующие зоны преобладания каждого из этих механизмов, активность кото- рых зависит от начальных значений концентраций С₀ топлива, температуры Т₀ и давления Р. Количественный метод измерения величины S представляет собой нахождение из данных масспектрального зондирования фронта пламени отношения максимумов скорости реакций потребления кислорода, либо топлива и образования воды, в зонах А – (^АК) и Т – (^тК). Значения S<1 бифронту (после точки бифуркации). точка бифуркации наступает в результате усиления ОТК в момент перехода разности

^АК – ^тК; = е в область положительных значений, что является критерием бифуркации. При е < 0 между зонами А и Т нарастает зона от- рицательного температурного коэффициента скорости (ОтК) на кривых профиля скорости потребления топлива и кислорода и образования воды в зонах А – ( ^АК) и Т – (^ТК). Значения 8<1 отвечают монофронту (до бифуркации), 8<1 бифронту (после точки бифуркации). Точка бифуркации наступает в результате усиления ОТК в момент перехода разности ^А

К – ^ТК; = е в область положительных значений, что является критерием бифуркации. При е < 0 между зонами А и Т нарастает зона отрицательного температурного коэффициента скорости (ОТК) на кривых профиля скорости потребления топлива и кислорода и образования воды. При е > 0 монофронт переходит в бифронт.

Установлено, что влияние роста Т₀ на форму кривых скорости образования и накопления других продуктов горения типичных для зоны Т, за исключением О₂, топлива и воды, мало или отсутствует. Впервые представлен экспериментальный материал по масспектральному зондированию пламен горючих смесей пентана а = 1,4; 1,5 и 1,7. На основе опубликованных ранее данных зондирования фронта углеводородных пламен С – С₆ представлены результаты вычисления 8. Показано, что величина S для всех пламен является плавно изменяющейся функцией С

₀ до точки бифуркации. Зависимость S от Т₀ отрицательная. Пламена с одинаковыми значениями 8 идентичны.

Введение

Явления самовоспламенения и распространения фронта пламени представлены в литературе как два в чем-то сходных и в то же время различных процесса окислительной конверсии топливной смеси. тепловой баланс процессов производства и стока тепла является основой тепловой и цепной теории самовоспламенения и распространения пламени [1 – 3]. Поэтому процессы превращения топливной смеси в условиях стадийного самовоспламенения и в пределах фронта пламени имеют сходные черты. с одной стороны это чередующаяся холодная и горячая вспышка, а с другой – стационарное холодное пламя, отделенное зоной индукции от горячего пламени. стадийность, как общее свойство рассматриваемых двух процессов, возникает при некоторых изменяющихся начальных значениях концентрации с₀, температуры Т₀

и давления Р в исходной топливной композиции [4 – 6].

Самовоспламенение в том идеальном виде, как это рассмотрено в теории теплового воспламенения [1], по сути, может быть представлено как процесс формирования теплового баланса структуры фронта пламени. Поэтому в сосудах с размерами большими по сравнению с шириной фронта вспышка самовоспламенения является суммой двух процессов: формирования фронта и его распространения.

В зависимости от С₀, Т₀ и Р время возникновения фронта достигает нескольких секунд. Характерное же время конверсии топлива в распространяющемся фронте составляет лишь 10^-3 – 10^-2с. Сравнительно малое время реакции во фронте обусловлено благодаря диффузионному потоку активных частиц из горячей его зоны в топливную смесь, чего нет в условиях формирования первой части процесса самовоспламенения.

Фактор диффузии, наряду с теплопередачей, является основополагающим процессом при распространении газофазного пламени. В момент возникновения вспышки самовоспламенения устанавливается диффузионный поток активных центров. В результате за короткое время увеличивается скорость конверсии горючей смеси со свойством стадийности и вследствие этого возрастает температура субстрата за предел существования холодного пламени 700-800 К. Причиной затухания вспышки является отрицательная температурная зависимость коэффициента скорости (ОТК) одной или нескольких реакций за предельным 700-800 К. Если реактор проточный, то повторяется следующая аналогичная вспышка, а при определенных условиях соотношения скоростей потока и реакции возможно установление автоволнового режима выгорания топлива. В такого рода превращениях нет стационарного диффузионного потока активных частиц. С момента установления во фронте стационарного воспроизводства активных частиц и диффузионного потока в свежую смесь, нарушается любая возможность возникновения и продолжения автоколебаний. Автоингибирование колебательного процесса обусловлено сопряжением факторов диффузии, скорости тепловыделения и ОТК.