Коллектив авторов - Ксандопуло Георгий. Өнегелі өмір. В. 37

Динамический вариант, нарастание С 0в ходе непрерывного горения пламени, может быть представлен набором стационарных пламён, отличающихся значением С 0и Т 0смеси при постоянном давлении [7, 9]. Неединственность механизма конверсии топлива отчетливо показана на основе различий механизмов холодного и горячего самовоспламенения [1, 2], а так же представлена экспериментально на (рис. 1-2), где видно ОТК, разделяющая монофронт на две зоны.

Добавка в горючую смесь пероксидов сокращает, а ингиби- тора увеличивает время индукции самовоспламенения и время конверсии главным образом в пределах зоны А монофронта [23, 25, 26-28].

Рис. 2. Распределения скорости потребления топлива, образования воды и оксида углерода во фронте пламени Н-пентана а = 1,7 при различных Т 0.

Структурная трансформация монофронта по своей сути является результатом не единственности механизма конверсии топливной смеси, и в некоторых внешних условиях выражает переход от устойчивых к неустойчивым системам и далее через бифуркацию к новой форме устойчивости в соответствии с представлениями Пуанкаре и их трактовкой у Пригожина [36].

Вариация параметрами исходной горючей смеси С 0, Т 0и Р 0в условиях сопряжения А-Т механизмов обуславливает установление формы распределения во фронте скоростей конверсии. Отношение 8 скоростей потребления топлива или окислителя К Аи К тв точках фронта ZА и Zт соответствующим максимумам суммарной скорости действия каждого из указанных механизмов, по сути своей характеризует конкретный фронт пламени [21, 34, 35], и может быть рассмотрена как мера стадийности или устойчивости этого фронта:

Измерение интегральных значений К Аи К тв целом по фронту не представляется возможным. Однако в механизме А или Т можно выделить блоки реакций, которые представляют функцию суммарной скорости одного или нескольких компонентов реакции смеси и являются отражением степени стадийности 8. Это может быть блок реакций скорости потребления кислорода соответственно в зонах А и Т, – АКо 2и ТКо 2, а также топлива АКƒ и ТКƒ, или блок реакций скорости накопления в реакционной среде воды АКн 2о и ТКн 2о. В связи с этим отношение (1) может быть представлено в конкретной форме:

При этом устойчивость фактора стадийности представим в виде условия:

Позиция S = 1 по (4) достижима при нарастающих значениях С 0, когда скорость разветвления и конверсии в зоне А приобретает ускорение. Если при сгорании смесей с функцией S = ƒ(C 0, T 0, P 0) > 1 и значение К Апреобладает над К тна малую величину ε > 0, по (1) или по (2) – (4), то:

этом случае ведущая роль зоны Т фронта, т.е. значимость производства и диффузии Н-атомов элиминируется из-за перехода зоны А из сателитного в автономный режим, из-за достижения соответствующего уровня производства ОН радикалов и роста массовой скорости их диффузии из зоны А в свежую смесь.

По (1) и (5) при S < 1 или е < 0 сохраняется ведущая роль зоны Т, а при S<<1 имеет место чисто тепловое горение. Изменения во фронте, способствующие росту е, содержат потенциальную возможность достижения точки бифуркации. В литературе опубликован обширный материал исследований влияния Т С 0и Р 0на стадийное самовоспламенение горючих смесей. Влияние же указанных внешних параметров, на макрокинетику распространения моно и бифронта остается слабо изученным, т.к. нет необходимых критериев, определяющих размеры ширины разрыва в бифронте.

В поиске характерного максимума на примере (рис. 1) найдем распределения скорости убыли кислорода во фронте пламени Н-пентана АКо 2. Изберем координату (Z1) в зоне с максимальным преобладанием первого механизма АКо 2, а вторую (2 2) в зоне преобладания второго – TКо 2. Аналогично, пользуясь (2) и (3) (рис. 1-2), найдем для этого же пламени значение факторов Sо2, Sf ~Sн2o.

Выбор Z1 и Z2 не произволен. Точка Z1 должна относиться к месту фронта, где температура Тz не превышает верхнюю границу устойчивости механизма автокатализа 520 К (рис. 1). Выше Z1 расположена переходная зона А-Т механизма, зона ОТК.

Данные исследований [7, 9-20] по скорости реакций убыли или накопления компонентов реакционной смеси в пределах монофронта бунзеновских пламён C1 – С 6углеводородов для диапазона а = 0,8 – 2,7; Т 0= 293 – 480 К и Р = 0,1 МРа подвергнуты обработке по указанной выше процедуре нахождения Ко 2, Кf К Н20или Кі в точках сечений Z1 и Z2. Максимальные отклонения от средней величины в материале указанных исследований по углероду не превышало 4-6 %, по кислороду 5-8 % и по водороду 5-7 %. Ниже (рис. 3-5) представлено распределение температуры и скорости потребления веществ в пламени гексана, демонстрирующее переход за точку бифуркации.

Рис. 3. Распределение температуры во фронте пламени гексана при различных Т 0: 1 – Т 0= 480К; 2 – Т 0= 404К; 3 – Т 0= 344К

Рис.4. Распределение скоростиубыли гексана во фронте пламени а = 2,7 при различных Т 0: 1 – Т 0= 344К; 2 – Т 0= 404К; 3 – Т 0= 480К.

Рис.5. Распределение скорости потребления кислорода в пламени гексана а = 2,7 при различных Т д: 1 – Т 0= 344К; 2 – Т 0= 404К; 3 – Т 0= 480К.

Данные по С 1– С 6пламенам сведены в таблицы 1 и 2.

Значения 7К 01 (Z1) и 7К01 (Z2) и фактора стадийности S при различных Т0 и а по формуле (3).

Значения фактора стадийности 8 монофронта пламен метана, пентана и гексана, вычисленных по формулам (2) – (4) по компонентам реакционной смеси

Из представленных результатов следует, что различные пламена с равным S-фактором идентичны при одинаковых Т 0. Возрастание Т 0сдвигает максимумы так же, как введение в смесь небольшого количества ингибитора, тетрафтордибромэтана или диэтиламина, которые представляют собой индикаторы зоны А. Величина Т 0также оказывает наибольшее влияние только на скорость процессов в зоне А, сдвигая его максимум в зону Т и создавая ОТК (рис. 1, 2). Кривые АКсо 2(рис. 1) практически не подвержены ОТК и влиянию Т 0в зоне А как и кривые для этилена, пропилена и ацетилена (рис. 6).

Рис.6. Распределение скорости образования ацетилена, этилена и метана во фронте пламени Н-пентана а = 1,7 при различных Т 6.

В зоне преобладания механизма А протекает лишь частичное окисление топлива, в результате которого нет конечных продуктов характерных для Т-механизма в роде СО 2и непредельных углеводородов. Явление ОТК более контрастно наблюдается в пламенах смесей с ростом С 0и Т 0. На рис. 10-12 представлены кривые потребления топлива а = 2,7 и кислорода при Т 0= 340 К; 404 К и 480 К в бифронте гексана, где отражена последовательность влияния Т Последовательность проявления ОТК на кривых АКо 2видна лишь со второй ступени изменения температуры, наблюдаемое отклонение хода скорости указывает на то, что избранная нами температурная граница для точки Ъ не достаточна для условий бифронта.