Распространения пламени

По формуле 10.17 величина нормальной скорости распространения пламени находится аналитически исходя из физико-химических констант смеси. Однако зачастую эти константы неизвестны, поэтому U_Н определяют экспериментально. Для эксперимента используется лабораторные горелки Бунзена или Тэклю, которые изображены на рис. 10.4.

Рис. 10.4. Лабораторные горелки: а) Бунзена, б) Тэклю:

1 – основание; 2 – регулятор расхода воздуха; 3 – смеситель

Горелка Бунзена – изобретение Роберта Бунзена (1855). Горелка имеет круглое основание – 1, смеситель (инжектор) – 3 в виде металлической трубки, в нижней части которой имеются отверстия для поступления воздуха и регулятор расхода воздуха – 2. Газ подводится с боку из газопровода.

При работе горелки газ в виде струи с большой скоростью выходит из сопла, создавая разрежение в смесителе. Благодаря этому разрежению, окружающий воздух засасывается (инжектируется) в смеситель и при движении вверх смешивается с газом, образуя горючую смесь, которая поджигается на выходе из устья горелки.

Горелка Тэклю – изобретение Николая Тэклю (1890) – имеет аналогичное устройство с горелкой Бунзена. Только у горелки Тэклю нижняя часть смесителя расширена. Воздух поступает в щель между расширенной частью смесителя и диском – 2, вращением которого изменяют ширину щели, уменьшая или увеличивая приток воздуха.

Пламя лабораторной горелки имеет два фронта горения. Во внутреннем фронте горение происходит за счет первичного воздуха (α < 1). Во внешнем фронте происходит догорание за счет кислорода окружающего воздуха. Внутренний фронт ярко очерчен и имеет зеленовато-голубоватую окраску. Внешний фронт имеет размытые контуры и фиолетовую окраску. На рис. 10.5 показано устье горелки и структура пламени.

Рис. 10.5. Вид и структура пламени горелки

Из рис. 10.5 видно, что внутренний фронт горения имеет форму близкую к форме конуса. Это объясняется тем, что поле скоростей потока ГВС (Wп) в ламинарном режиме имеет параболический профиль (рис. 10.5а). Максимальная скорость потока наблюдается по оси горелки и минимальная – на периферии, т.е. у внутренней стенки смесителя.

Для вывода расчетной формулы примем, что внутренний фронт горения имеет форму правильного конуса и основание конуса равно диаметру устья горелки, а его высота – h (рис. 10.5б). Следовательно, образующая конуса . Количество смеси, истекающей из устья горелки:

,

где – соответственно расход газа и воздуха;

α₁ – коэффициент избытка первичного воздуха;

– расход воздуха теоретический.

Горение происходит на боковой поверхности конуса, отсюда количество сгорающей смеси:

,

где S – площадь боковой поверхности конуса.

Поскольку количество истекающей и сгорающей смеси одинаково, то приравнивая эти выражения получаем:

. (10.18)

Все величины, входящие в формулу 10.18 находятся экспериментально.