9 / 14
сывается как ячеистое (
wrinkled flame
) или как широкая зона реакции
(
thickened flame
). В случае горения околопредельных смесей, как было
отмечено выше, взаимодействие отраженных волн сжатия с нагретым
неполностью прореагировавшим газом внутри всплывающего термика
может приводить к формированию очагового режима горения смеси.
Более подробно рассмотрим эволюцию фронта пламени при всплы-
тии горящего термика в гравитационном поле. Согласно структуре,
приведенной на рис. 1, элемент фронта пламени, ориентированный
вверх, распространяется практически без искажений в потоке восходя-
щего течения. Боковой фронт подвержен развитию сдвиговых течений
и акустическому воздействию, что ведет к его локальному растяже-
нию и разрушению. Нижний фронт реакции растягивается за счет
направленного вверх движения продуктов горения. Реакция начина-
ется на нижнем крае фронта, но ввиду низкой активности горючей
смеси не успевает реализоваться в полной мере, так как отток горя-
чих продуктов горения вверх определяет падение теплового потока, и
как следствие затухание реакции до ее перехода в экзотермическую
стадию. В результате развития описанного процесса и разнесения в
пространстве горячих продуктов горения в частично прореагировав-
шей и далее охлажденной смеси происходит формирование обеднен-
ной области в нижней части ограниченного объема, в котором изу-
чается процесс. В конечном счете это определяет неполное сгорание
топливно-воздушной смеси, возможное в режиме медленного горения
(тления) только при обеспечении отсутствия оттока теплоты из систе-
мы (в математическом моделировании при задании адиабатических
граничных условий на стенках объема). В более реалистичном случае
изначально холодных стенок камеры сгорания имеем стратификацию
из двух слоев: горячих продуктов горения и холодного обедненного
горючего.
Заключение.
Сформулируем основные газодинамические меха-
низмы, определяющие развитие горения низкоактивных околопредель-
ных горючих смесей в ограниченных объемах. В процессе развития
фронт волны горения подвергается разномасштабным воздействиям
газодинамической природы, что определяет эволюцию его структуры
и, как следствие, динамику горения в системе. Расширение продуктов
горения из области воспламенения определяет симметричное распро-
странение пламени как контактного гидродинамического разрыва с хи-
мическим превращением и выделением энергии на его поверхности.
Локальное выделение энергии во внутренней области термика опреде-
ляет генерацию расходящихся волн сжатия, которые, в свою очередь,
взаимодействуют со стенками камеры и оказывают обратное воздей-
ствие на потоки внутри объема и на фронт пламени. Плавучесть го-
ISSN 1812-3368. Вестник МГТУ им. Н.Э. Баумана. Сер. “Естественные науки”. 2015. № 6
93