6 / 14
обеспечивает выталкивание продуктов горения (или, другими слова-
ми, их расширение). Расширяющиеся продукты горения формируют
расходящийся поток газа, характеризуемый скоростью разлета
Θ
u
f
(это видимая скорость разлета, т.е. скорость фронта пламени в лабо-
раторной системе отсчета). В горючей смеси, заполняющей большое
(неограниченное) пространство, можно наблюдать изотропное распро-
странение пламени с фиксированной скоростью
Θ
u
f
. В высокоактив-
ной смеси на высокую ламинарную скорость горения гравитацион-
ное воздействие влияет мало, и пламя будет сохранять симметричную
форму. Для низкоактивных бедных смесей скорость горения мала, что
определяет медленное по сравнению с эффектами плавучести в грави-
тационном поле расширение очага. В этом случае наблюдается всплы-
тие продуктов горения и соответствующая деформация поверхности
фронта пламени.
Структура всплывающего в гравитационном поле очага горения
водородно-воздушной смеси с концентрацией водорода 6% показана
на рис. 1. В стехиометрической водородно-воздушной смеси концен-
трация водорода составляет 29,6%, а скорость ламинарного пламе-
ни — 2. . . 3 м/с [24]. В таком случае скорость горения превосходит
характерные скорости всех сопутствующих процессов, и динамика
горения полностью определяется распространением в пространстве
узкой (порядка долей миллиметров) зоны экзотермической реакции.
В 6%-ной водородно-воздушной смеси скорость горения составляет
менее 0,1 м/с. В ходе развития этого процесса наблюдается прогрев
смеси вокруг зоны энерговыделения за счет теплопроводности и диф-
фузии частично прореагировавшего газа, а также всплывание всей
массы газа, разогретой в результате медленного горения (рис. 1,
а
,
б
).
Таким образом, зона непосредственного горения оказывается внутри
области повышенной температуры и всю систему упрощенно можно
представить в виде пузыря разогретого газа в более холодной среде.
При этом прирост нагретой массы газа и связанный с этим рост пузы-
ря определяется здесь не испарением окружающей пузырь жидкости,
а увеличением массы разогретых продуктов реакции за счет экзотер-
мической реакции на фронте горения, поддерживающей также устой-
чивую границу пузыря с постоянным перепадом температуры между
нагретой и холодной средами.
Далее попытаемся рассмотреть результаты проведенного матема-
тического моделирования горения бедных смесей, исходя из аналогии
с всплыванием паровых пузырей [25, 26]. На начальной стадии про-
цесса образовавшийся в районе поджига объем горящего газа имеет
сферическую форму и под действием архимедовой силы начинает вер-
тикальный подъем (см. рис. 1,
а
). Затем масса горячих газообразных
90
ISSN 1812-3368. Вестник МГТУ им. Н.Э. Баумана. Сер. “Естественные науки”. 2015. № 6