Влияние газодинамических процессов на развитие горения вблизи концентрационных пределов воспламенения

Более подробно изучим динамические процессы, сопровождаю-

щие эволюцию термика. Если рассматривать элемент фронта пламени

как движущийся источник энергии (что соответсвует природе фрон-

та пламени), то на фоне течения локальное энерговыделение и рас-

ширение газообразной среды внутри зоны реакции формирует волну

сжатия, расходящуюся от каждого элемента поверхности фронта пла-

мени. В случае симметрично расходящегося пламени имеют место два

семейства волн сжатия, распространяющихся по продуктам горения в

направлении эпицентра очага горения и по свежей смеси от фрон-

та пламени. Волны, распространяющиеся в направлении эпицентра

очага горения, пересекают эпицентр и настигают фронт пламени (со

скоростью звука в продуктах горения

), перенося импульс

и энергию свежей невозмущенной смеси совместно с волнами, излу-

чаемыми от эпицентра. В случае свободного расходящегося пламени

расходящиеся волны экспоненциально затухают, не давая значитель-

ного вклада в импульс и энергию потока. Если рассмотреть пламя в

ограниченном объеме, то взаимодействие со стенками будет опреде-

лять большую длительность жизни таких волн. Как это было показано

в работе [23], роль отраженных волн в развитии горения высокоак-

тивных смесей в ограниченных объемах становится принципиальной,

определяя эволюцию поверхности фронта реакции за счет динамиче-

ского воздействия и дополнительного нагрева и сжатия свежей смеси.

В случае высокоактивных смесей, следовательно, и волн сжатия боль-

шей интенсивности уже на ранних стадиях развития горения взаимо-

действие фронта пламени с отраженными от стенок объема волнами

приводит к существенной деформации поверхности фронта и фор-

мированию развитой ячеистой структуры фронта (рис. 2). Согласно

классификации режимов горения на основе соотнесения характерных

пространственных и временных масштабов горения и внешнего газо-

динамического воздействия (турбулентности) [27], такое пламя опи-

Рис. 2. Ячеистая структура поверхно-

сти фронта пламени, развивающегося

в ограниченном объеме, заполненном

16%-ной водородно-воздушной смесью

(инициирование на оси трубы на рассто-

янии ее диаметра 4 см от нижнего торца)

ISSN 1812-3368. Вестник МГТУ им. Н.Э. Баумана. Сер. “Естественные науки”. 2015. № 6