Тепломассообмен при испарении и горении капель жидких топлив

где , получим формулу для rв в виде

(2.13)

Для случая неподвижной среды и координата “поверхности” воспламенения определяется как

Для капли этилового спирта расчёт по этой формуле даёт rв/rк≈25. Большое расстояние, на котором происходит воспламенение, требует большого времени, чтобы установилось квазистационарное распределение температур и концентраций в газовой фазе. Очевидно, что это время не должно превышать времени полного ис­парения капли. Поэтому критическое условие воспламенения (2.9) совместно с (2.13) для случая неподвижной среды может использоваться только для грубой оценки.

При Nu > 2,3 критерий воспламенения капли представляется в виде

(2.14)

При этом физический смысл const не расшифровывается.

Полагая,что rк/rв ≈ rк/rпл и используя (2.8), (2.9), (2.10), критическое условие воспламенения капли представим в виде, аналогичном условию зажигания газовой смеси накаленным телом

(2.15)

где

.

2.2 Анализ зависимости критического условия

В отличие от (2.14) в (2.15) содержится информация об испарении. Для жидкости, у которой величина L/cп больше, температура воспламенения должна быть при постоянных других свойствах. Наиболее чувствительна температура воспламенения к энергии активации. Так у ацетона энергия активации больше (Еац/Есп=1.31) а величина L/cп меньше чем у этилового спирта (L/cп)ац/(L/cп)сп = 0.72. В итоге температура воспламенения у ацетона выше, чем у этилового спирта, так как величина L/cп входит под знак логарифма. С увеличением скорости потока температура воспламенения увеличивается , а с ростом радиуса капли уменьшается. Это объясняется тем, что рост скорости потока приводит к увеличению теплоотвода из зоны химической реакции. Увеличение же размеров капли в результате приводит к увеличению мощности тепловыделения. Поэтому воспламенение капли большего диаметра происходит при меньшей температуре газа.

Раздел 3.

гистерезис горения. срыв пламени

3.1. Горение в потоке воздуха.

Горение жидкой поверхности в движущемся воздушном потоке обстоятельно изучалось Сполдингом[2]. Опыты проводились на горелках с рецирку­ляцией, в которых топливо (в большинстве случаев керосин) омывало поверхность горелки и снова собиралось. Использовались горелки с вертикальной плоской пластинкой и сферические горелки (последние воспроизводили каплю жидкого топлива). Изменение расхода топлива позволяло изменять количество тепла, поглощаемого топливом. Размеры горелок были таковы, что приходилось учитывать влияние естественной конвекции. Сполдинг [2] проводил также опыты по горению на шарике при вынужденной конвекции.

Не приводя окончательного вывода, Сполдинг [2] пред­лагает следующее уравнение, выраженное через безразмерные параметры, для горения на вертикальной плоской пластинке при ламинарной естественной

конвекции:

(3.1)

где

а — вес кислорода на единицу веса газовой смеси в атмосфере.

Скорость диффузии от плоской пластинки, обтекаемой в продольном направлении ламинарным потоком в условиях вынужденной конвекции, дается выражением

, (3.2)

При Рr = 0,71 функция апроксимируется выражением 0,646 ln(1 + ).

Установлено, что скорость диффузии (скорость горения) может быть определена приближенно по известным данным о теплопередаче из выражения

, (3.3)

где Н — коэффициент теплопередачи, определяемый экспериментальным путем в отсутствие горения или диффузии.

Уравнение (3.3) напоминает уравнение (8а), которое, будучи написано для скорости горения на единицу поверхности, принимает вид

, (3.4)

Член можно заменить коэффициентом, теплопередачи.

Если ввести температуру горения из уравнения (34а), то получим

, (3.5)

так как сррD/х ~ 1 и для воздуха . Таким образом, видна взаимосвязь уравнений (46) и (47).

3.2. Естественная конвекция.

В своих опытах по горению в условиях естественной конвекции Сполдинг применял горелку с плоской пластинкой длиной 63,5 мм и шириной 52,8 мм и сферическую горелку с шариком диаметром 38 мм. При изменении расхода топлива количество поглощаемого жидкостью тепла могло достигать 2220 ккал на 1 кг сжигаемого топлива. Это позволяло изменять Н0 + Нг в значительно больших пределах, чем при горении отдельных капель топлив.

Данные как для плоской, так и для сферической горелки хорошо описываются уравнением (3.1). При горении на сфере в качестве характеристического размера использовался ее диаметр, а при горении на пластинке — ее высота. Сполдинг подтверждает правильность такой методики тем обстоятельством, что данные по теплообмену при естественной конвекции на пластинках, шарах и цилиндрах хорошо коррелируются одной зависимостью, так что то же самое может оказаться справедливым и в случае горения. Большинство опытов было проведено по горению керосина, но уравнение (3.1) дает возможность так же хорошо рассчитать данные для газойля, бензина и тяжелых мазутов. Считается, что уравнения (3.1) и (3.3) можно применять и для расчета скорости горения при естественной конвекции.

 Скачать реферат