Вращающиеся печи: теплотехника, управление и экология - Лисиенко В.Г.
ISBN 5-98457-018-1
Скачать (прямая ссылка):
Кривые, составленные для массовой скорости распространения пламени, имеют более симметричную форму, чем кривые для ии, и значения граничных скоростей на обеих границах почти одинаковы для всех газов.
В отношении углеводородовоздушных смесей это положение приблизительно справедливо и для объемных скоростей ии, которые на концентрационных пределах составляют величину порядка 15-20 см/с.
На величину скорости распространения пламени существенное влияние оказывает давление смеси. Для окиси углерода и углеводородов с увеличением давления она уменьшается, хотя необходимо отметить, что в опытах со смесью окиси углерода с воздухом, проведенных при давлении ниже атмосферного, после обычного возрастания скорости с уменьшением давления на участке до р = 300 мм рт.ст. (0,04 МПа) наблюдался резкий спад кривой.
Принципиально отличные результаты дает исследование указанной зависимости для смесей горючего газа не с воздухом, а с кислородом. Так, было обнаружено, что скорость распространения пламени в смесях окиси углерода с кислородом не зависит от давления и остается постоянной во всем интервале его изменения при опытах. В противоположность этому массовая скорость изменяется в зависимости от давления по строго линейному закону.
Имеется мнение, что водородовоздушные смеси, которые являются быстро-горящими, также в известной мере подчиняются этим закомерностям, характерным для кислородных смесей. Так, для них массовая скорость распростра-
23
нения пламени возрастает с увеличением давления, хотя и слабее, чем прямо пропорционально ему, как это имеет место для водородо-кислородных смесей.
Естественно, что величина скорости распространения пламени сильно зависит от начальной температуры смеси. По данным Пассауэра, эта зависимость приближенно может быть описана уравнением (см. также рис. 4.1):
ии = aTQ, (4.10)
где Г0—начальная абсолютная температура смеси; а—постоянный для данного газа численный коэффициент.
Легко видеть, что эта зависимость равнозначна прямой пропорциональности массовой скорости распространения пламени от температуры:
тн = ЬТ0. (4.11)
Таким образом, опираясь на экспериментальные значения скорости распространения пламени, необходимо учитывать как давление, так и температуру, при которой эти значения получены.
В табл. 4.4 приведены значения нормальных скоростей распространения пламени смесей различных газов с воздухом.
Некоторый разброс абсолютных значений и в табл. 4.4 объясняются погрешностями при обработке экспериментальных данных или влиянием неучитываемых факторов.
В практических схемах сжигание топлива осуществляется, как правило, при развитом турбулентном режиме. Однако сведения о нормальной скорости распространения пламени, как будет показано ниже, имеют важное значение и для турбулентного распространения пламени.
Таблица 4.4
Нормальная скорость распространения пламени в смесях горючих газов с воздухом
Газ Стехиометрическая смесь Смесь, в которой и„ имеет максимальное значение
содержание, об. % «н, см/с содержание, об. % На max, СМ/с
газа воздуха газа воздуха
Водород 29,5 70,5 160-180 42-43 57-58 265-267
Оксид углерода 29,5 70,5 28-30 43-52,5 47,5-57 41-46
Метан 9,5 90,5 28-37 9,5-10,5 89,5-90,5 37-38
Пропан 4,03 95,97 40,6-40,8 4,26 95,74 42,9-45,2
Бутан 3,14 96,86 34 3,3 96,7 38—40
Ацетилен 7,75 92,25 100-128 10-10,7 89,3-90 131-157
Этилен 6,54 93,46 60-63 7,0-7,4 92,6-93 63-81
24
Влияние турбулентности на распространение пламени очень сложно, и до сих пор нет единого мнения о процессах, протекающих в зоне турбулентного горения. Крайними точками зрения являются так называемые “поверхностная” и “объемная” модели горения. Поверхностная модель К. И. Щелкина и Я К. Трошина предполагает, что при турбулентном горении, так же как и при ламинарном, существует фронт горения, причем имеется в виду горение турбулентных “молей” с их поверхности. Объемная модель горения Е. С. Щетин-кова основывается на том, что турбулентность приводит к забрасыванию отдельных “молей” загоревшегося топлива в еще холодную смесь, и, наоборот, в продукты сгорания поступают “моли” несгоревшей смеси. Следовательно, фронт горения распадается на целый ряд отдельных очагов реагирования.
- Стабилизаторы пламени
Устойчивость пламени в большинстве промышленных горелок достигается применением специальных стабилизаторов, которые имеют различное конструктивное исполнение. Предотвращение проскока пламени достигается увеличением скорости выхода газовоздушной смеси из насадка горелки и отводом тепла от него. Конструктивно это решается сужением насадка на выходе и установкой теплоотводящих пластин, ребер, решеток с большим числом мелких отверстий, а также воздушным и водяным охлаждением насадка. Для стабилизации пламени необходимо создать у устья горелки условия для надежного воспламенения газовоздушной смеси. Это достигается применением стабилизаторов и аэродинамическими методами. Наибольшее распространение в качестве стабилизаторов получили керамические туннели, зажигательные пояса, тела плохообтекаемой формы, а из аэродинамических методов — закручивание воздушного потока, создающее зоны рециркуляции продуктов сгорания около выходного сечения смесителя.
