Вулис — Основы теории газового факела
В книге Вулис — Основы теории газового факела изложены основы аэродинамической теории и методов расчета прямоструйного газового факела. Освещены вопросы структуры течения и турбулентного горения неперемешанных газов и вопросы теплового режима факела (устойчивость горения, потухание и др.) Рассмотрены также некоторые специальные задачи теории факела — расчет высокоскоростного горения, взаимодействие факела с электромагнитным полем.
Книга Вулис — Основы теории газового факела предназначена для инженеров — теплофизиков, энергетиков и механикову работающих в области исследования, конструирования и наладки топочных устройств и в смежных областях. Она может быть полезна аспирантам и студентам теплофизических и теплотехнических специальностей.
Много лет назад в беседе с учениками (в числе которых был пишущий эти строки) о новой тогда теории турбулентных струй Георгий Федорович Кнорре назвал ее хорошей основой для изучения факела. В более поздние годы он не раз возвращался к этому и говорил, что в сочетании методов теории струй и теплового режима горения видит надежный путь для создания теории факела.
Предлагаемая вниманию читателя монография Вулис — Основы теории газового факела — скромный отрезок на этом пути. В полном объеме задача еще далека от завершения. И, может быть, поэтому следует надеяться, что попытка изложения теоретического и экспериментального материала с единых позиций поможет развитию одного из. важных вопросов теории горения, окажется полезной исследователю, инженеру и/учащемуся.
Настоящая книга Вулис — Основы теории газового факела посвящена развитию аэродинамической теории, прямоструйного газового факела. Принятый в ней метод исследования и некоторые результаты имеют более общий характер и, вероятно, представляют интерес для теории горения и точного процесса в целом.
Аэродинамической теорией горения принято называть направление исследования, выдвигающее на первый план изучение закономерностей движения горящего потока и соответствующих ему процессов переноса импульса, вещества и энергии и др. К Аэродинамике горения в чистом виде наиболее отвечает предельная схема, при которой скорость химических реакций считаться бесконечно большой. В этом приближении удается для сравнительно простых случаев рассчитать подробную картину распределения в потоке основных аэродинамических величин — скорости течения, температуры, концентраций реагирующих веществ и т. д. Вопросы устойчивости горения, стабилизации его, воспламенения и срыва при такой постановке задачи, .естественно, не рассматриваются. Более того, из числа расчетных характеристик в Предположении совершенного смешения практически исключается полнота сгорания.
Более дойное исследование факела становится возможным ‘при сочетании представлений’’ 36’ аэродинамике» ‘Штока и тепловом режиме горения. Получение достаточно общих и наглядных результатов на этом пути связано с сильной схематизацией закономерностей химической кинетики и учетом одних только наиболее специфичных свойств экзотермических реакций 1Л. 21; 27; 47; 56; 89]. При этом, и в первую очередь при учете резкой температурной зависимости скорости реакции, становится возможным наряду с выявлением аэродинамической структуры потока найти пределы существования устойчивого горения, определить полноту сгорания, критические условия воспламенения и потухания и др.
Оба подхода к исследованию процесса горения — при бесконечно большой или конечной скорости реакции — применяются в этой книге к изучению газового факела. Выбор его в качестве объекта исследования объясняется, с одной стороны, практическим значением газового факела самого по себе и в виде основы факельного способа сжигания любого топлива. С другой стороны, общность аэродинамической структуры факела и газовых струй 1 и процессов переноса в них позволяет эффективно использовать при исследовании факела методы и результаты теории турбулентных струй —- одного из наиболее развитых разделов прикладной газовой динамики [Л. I; 10; 221. Это относится к так называемому диффузионному факелу (горение неперемешанных газов), а также к гомогенному факелу (горение однородной смеси).
В обоих случаях при напряженном, высокоинтенсивном горении область, в которой происходит сгорание основной доли горючих компонентов, занимает сравнительно малую часть факела. В пределе зона горения столь узка, что ее можно заменить поверхностью фронта пламени. Это представление, обычное для горения с бесконечно большой скоростью реакций, может быть с известным приближением сохранено и для реакций с конечной скоростью. В результате при квазигетероген ной схеме процесса горение считается локализованным на поверхности фронта пламени. Предположение об отсутствии химических реакций во всем объеме факела существенно упрощает математическое описание процесса. В ряде случаев становится возможным аналитическое решение задачи, конечные результаты которого правильно отражают все наиболее важные физические свойства явления.
Отметим также другие допущения, принятые в книге. В основном она ориентирована на изучение интенсивного свободного прямоструйного газового факела применительно к условиям сжигания углеводородного топлива в воздухе — в энергетических установках, т. е. при умеренных значениях температуры. Это позволяет не рассматривать в ней кинетического горения (точнее окисления), для которого характерно сравнительно медленное протекание реакций во всем объеме струй, и не учитывать излучения, влияние…
