Коллектив авторов - Ксандопуло Георгий. Өнегелі өмір. В. 37
φi =DZ/Ni(dNi/dz + KT/TdT/dz),
φf –одномерная скорость диффузии i-го компонента в точке Z,
ΨZ – относительное расширение трубки тока в точке Zi,
Ψ = (T0/T)n-1 [M0N0/ GDi (Ng/M – Nj,o/M0 +1)],Di – коэффициент бинарной диффузии i-го компонента,
КТ – термодиффузионное отношение
КТ= M =Σ Mi Ni,где: M =ΣMiNi
n = 1,75
Идеализируя распространяющийся монофронт с «назреванием» в ходе роста С0 зоны ОТК, рассмотрим формирование разрыва в соответствии с изложенным выше, как усиливающийся в результате ОТК кинематический дисбаланс скоростей реакций в А и Т.
Структура монофронта, как самосогласованная последовательность реакций превращения топливной смеси, благодаря обратной связи по диффузии тепла и активных частиц обладает неразрывностью и эстафетным свойством движения. Пользуясь этой моделью рассмотрим реакцию структуры монофронта на рост С0 в смесях, наращивая значения ε в положительной области.
Своеобразие протекания реакций вырожденного разветвления в пределах блока А формирует в зависимости от значений S и ε (см. сообщение 1), отклик структуры фронта на внешние воздействия, – вроде приращения ΔС0, ΔΤ0 или ΔΡ.
При S < 1 и ε < 0 преобладают характерные для горячего пламени короткие цепи и реакции разветвления, которые стабилизируются диффузионным потоком Н-атомов. Короткие цепи, т.к. есть мощный диффузионный поток Н-атомов, стабилизируют в холодной зоне фронта зарождение реакций автокатализа.
С ростом степени стадийности S ослабевается противопоток Н-атомов, но возможно удлинение цепи и главное рост скорости вырожденного разветвления по (0) – (4), и в связи с этим скорости диффузии ОН-радикалов, что сопряжено с ростом аКо2 и снижению тКо2. Это вытекает из данных работы, приведённых выше [21] в виде зависимости констант реакций (1) ÷ (4) от температуры и давления. Пусть в точке бифуркации S ≥ 1 и е есть малая положительная величина.
Рассмотрим на основе изложенного зарождение разрыва в монофронте. Будем искать условия преобладания АКf над ТКf, которое наступает в результате достижения критического приращения ΔСкр., которое обеспечивает преобладание скорости разветвления, т.е. скорости роста ОН-радикалов, в зоне А над суммой скоростей производства в Т зоне Н-атомов и скорости их доставки в зону А. Возникновение автономности зоны А, и далее достижение системой точки бифуркации – события, обусловленные соотношением скорости диффузии в зоне ОТК и расширением трубки тока Ψ по (1).
Таким образом, в результате смены ведущего радикала, – вместо Н-атома ведущим становится гидроксил А-блока, реакция переходит в автономный режим. Скорость распространения холодного монофронта в поле расширяющегося потока горючей смеси уравновешивается в некоторой координате Z0 ниже по потоку с некоторым относительным расширением трубки тока Ψ.
Поэтому, приращения массы топлива в его потоковой скорости реакции, вызывает линейное изменение ширины зоны ОТК:
где: Δ ℓ – величина смещения холодного монофронта, с момента введения в горючую смесь приращения ΔС0. Она может быть числено выражена проекцией суммарных реакций на единицу пламени фронта;
Nf – число молей топлива в единице объёма;
U0 – линейная скорость потока.
Используя соотношение для ε и выражения для фактора стадийности S (см. сообщение 1) найдём величину этого смещения или ширину разрыва, приходящуюся на малую величину ε:
Производя замену ТКf и далее АКf найдем ширину разрыва фронта L:
Применительно к фронту пламени гексана [1 – 3], в котором при Т0 = 344 К, значение N = 0,37 × 10-5 мол.см-3 , Ψ = 1,4, U0 = 15 cм с-1, АКf = 0,2× 10-4 мол.см-3с-1, а так же согласно данным табл.
2 S = 7,5 и вычисленная по (4) величина ε = 1,3× 10-4 мол.см-3с-1.
Вычисленное значение Δℓ по (5) составляет 2,6 мм, что одного порядка с экспериментальной величиной 0,8мм, найденной выше по соответствующей кривой тепловыделения (рис. 6). Вычисления по кривым [3] Т0 = 404 К при значениях АКf = 1,3 × 10-4 мол.
см-3с-1, ТКf = 0,25 × 10-4 мол.см-3с-1 , Ψ = 1,45, S = 5,2 и 1,5 = ε×10-4 мол.см-3с-1 дают Δℓ = 2,9. Для Т0 = 480, Ψ = 1,8, АКf =1,0× 10-4
мол.см-3с-1, ТКf = 0,3, S =3,3 и ε = 0,7 мол.см-3с-1 величина Δℓ = 3,07 мм. Выше, при анализе рис. 6 из экстраполяции было найдено значение L для Т0 = 480 К равным 3,0. Зависимость величины ε от Т0 обрывается при достижении ε = 0 и далее к отрицательным значениям. Значение Δℓ при ε < 0 и S < 1(монофронт) теряет физический смысл. Если приращение ΔС0 настолько мало, что остается справедливым критерий (4), формула (5) описывает реальную феноменологию.
Заключение
Представление о механизме бифуркации фронта пламени построено на изначальном допущении о конкурирующем взаимодействии А и Т механизмов в пределах этого же фронта. Полученные результаты в настоящей работе, – фактор стадийности, ОТК, критерий бифуркации, ширина разрыва Δℓ, отсутствие отклика на изменение Т0 у ряда компонентов реакционной смеси, выбранной из пределов фронта и, наконец, форма профиля концентрации Н-атомов и ОН-радикалов, и профиля тепловыделения являются достаточно убедительным доказательством справедливости указанного предположения и представляют собой новые сведения о монофронте и бифронте пламён.
На основе разработанного в сообщении 1 количественного метода измерения степени стадийности горючей смеси с параметрами С0, Т0 и Р0, и критерия бифуркации предложен (впервые) метод вычисления ширины разрыва. Этим открыта возможность для разработки численного метода, позволяющего найти значения фактора стадийности и ширины разрыва в широком диапазоне с0, т0 и р, охватывая различия по природе топливные смеси и бифуркацию не только монофронта, но и голубых пламён. Фактор стадийности может быть использован в качестве практической характеристики ракетных и других топлив, для вычисляемого значения ширины разрыва определяющей резонансную частоту бифронта для топлива используемого в авиации и др. промышленных установках.
Показана необходимость детального исследования структуры пламён в расширенном диапазоне значений С0, Т0 и Р0.
Показано так же, что в условиях горения топлив в камере реактивных двигателей следует ожидать со значительной вероятностью возникновение пероксигидропероксидов. В этой связи, высказанное в начале статьи предположение о возможном изменении формы отклика бифронта на падающую акустическую величину по сравнению с реакцией монофронта, сводится к кинетическому взаимодействию акустической волны со сложными радикалами, вроде длиноцепочных алкилполипероксиполигидропероксидов. Как известно, такого рода молекулы не стабильны к колебаниям давления. При энергиях активации их распада близким к нулю в условиях пламени, возможен переход доли энергии реакции распада в энергию колебаний и возрастание амплитуды акустической волны.
Показана актуальность в теоретическом и прикладном аспекте изучения реальной реакции бифронта на акустическую волну, кинетических параметров такого взаимодействия в акустическом поле, распределения энергии распада по продуктам и по амплитуде и частоте колебаний, а так же исследования роли ширины разрыва в механизме энергопотерь в форме вибрации камер горения.
Показана необходимость решения проблем физики явлений перемежаемости и интерференционного взаимодействия акустических волн, излучаемых ансамблем бифронтов в камере горения различных конструкций.
Неизбежный рост мощности двигателей космической энергетики сопряжён с ростом габаритов камер сжигания, и вместе с этим с ростом источников разрушительных резонансных колебаний. Сокращение потерь части энтальпии топлива и устранение разрушительной вибрации выделены как теоретическая и прикладная задача исследований химической физики процессов горения.
Конец ознакомительного фрагмента.
Текст предоставлен ООО «ЛитРес».
Прочитайте эту книгу целиком, купив полную легальную версию на ЛитРес.
Безопасно оплатить книгу можно банковской картой Visa, MasterCard, Maestro, со счета мобильного телефона, с платежного терминала, в салоне МТС или Связной, через PayPal, WebMoney, Яндекс.Деньги, QIWI Кошелек, бонусными картами или другим удобным Вам способом.
