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

Внешние факторы нарушают самосогласованную последовательность скорости процессов конверсии топлива в монофронте, неадекватно изменяя уравновешенность левой и правой частей фронта относительно заторможенной зоны ОТК.

В заключении отметим, что используемый здесь и в сообщении 1 термин «степень стадийности» охватывает количественную сторону явления самовоспламенения и тем самым становится более глубокой характеристикой процесса горения пламён по сравнению с термином «стадийные пламена». Введенные представления о величине 8 открывают новую возможность моделирования монофронта, бифронта, а также количественной характеристикой степени стадийности коммерческих топлив.

С целью детализации представления о механизме форми- рования в монофронте действующих сил разрыва (бифуркации), обозначим в качестве основополагающего предположения, конкуренцию двух механизмов А, Т-конверсии топлива, глубина взаимодействия которых оценивается степенью стадийности S горючей смеси.

Расположим плоский одномерный монофронт по нормали к оси Z. Слева свежая смесь (Z < 0) поступает в неподвижный фронт Z ≤ 0 , справа Z = 0 его покидают продукты реакции.

Модель бифуркации построим, опираясь на эффект торможения скорости реакции в узкой зоне фронта с ОТК.

функция генерации гидроксила в монофронте в сумме реакций (0) – (4) может быть выражена через распределение компонентной скорости потребления, к примеру, кислорода Ко 2, или топлива Кf либо накопления в реакционной смеси воды К Н2Она протяжении всей ширины фронта ℓ:

где: Мf – молекулярная масса топлива,

Gf – потоковая массовая доля топлива или другого вещества в потоке через единицу площади фронта,

где: Z – координата по абсциссе,

Nf – число молей топлива в единице объема,

U0, U z. – линейная скорость потока при Т = Т 0или Тz, j f – одномерная скорость диффузии і-го компонента в точке Z,

φi =D Z/N i(dNi/dz + K T/TdT/dz),

φ f –одномерная скорость диффузии i-го компонента в точке Z,

Ψ Z– относительное расширение трубки тока в точке Z i,

D i– коэффициент бинарной диффузии i-го компонента,

К Т– термодиффузионное отношение

где: M =Σ M iN i

n = 1,75

Идеализируя распространяющийся монофронт с «назреванием» в ходе роста С0 зоны ОТК, рассмотрим формирование разрыва в соответствии с изложенным выше, как усиливающийся в результате ОТК кинематический дисбаланс скоростей реакций в А и Т.

Структура монофронта, как самосогласованная последовательность реакций превращения топливной смеси, благодаря обратной связи по диффузии тепла и активных частиц обладает неразрывностью и эстафетным свойством движения. Пользуясь этой моделью рассмотрим реакцию структуры монофронта на рост С0 в смесях, наращивая значения ε в положительной области.

Своеобразие протекания реакций вырожденного разветвления в пределах блока А формирует в зависимости от значений S и ε (см. сообщение 1), отклик структуры фронта на внешние воздействия, – вроде приращения ΔС0, ΔΤ0 или ΔΡ.

При S < 1 и ε < 0 преобладают характерные для горячего пламени короткие цепи и реакции разветвления, которые стабилизируются диффузионным потоком Н-атомов. Короткие цепи, т.к. есть мощный диффузионный поток Н-атомов, стабилизируют в холодной зоне фронта зарождение реакций автокатализа.

С ростом степени стадийности S ослабевается противопоток Н-атомов, но возможно удлинение цепи и главное рост скорости вырожденного разветвления по (0) – (4), и в связи с этим скорости диффузии ОН-радикалов, что сопряжено с ростом аКо 2и снижению тКо 2. Это вытекает из данных работы, приведённых выше [21] в виде зависимости констант реакций (1) ÷ (4) от температуры и давления. Пусть в точке бифуркации S ≥ 1 и е есть малая положительная величина.

Рассмотрим на основе изложенного зарождение разрыва в монофронте. Будем искать условия преобладания АК fнад ТК f, которое наступает в результате достижения критического приращения ΔС кр., которое обеспечивает преобладание скорости разветвления, т.е. скорости роста ОН-радикалов, в зоне А над суммой скоростей производства в Т зоне Н-атомов и скорости их доставки в зону А. Возникновение автономности зоны А, и далее достижение системой точки бифуркации – события, обусловленные соотношением скорости диффузии в зоне ОТК и расширением трубки тока Ψ по (1).

Таким образом, в результате смены ведущего радикала, – вместо Н-атома ведущим становится гидроксил А-блока, реакция переходит в автономный режим. Скорость распространения холодного монофронта в поле расширяющегося потока горючей смеси уравновешивается в некоторой координате Z 0ниже по потоку с некоторым относительным расширением трубки тока Ψ.

Поэтому, приращения массы топлива в его потоковой скорости реакции, вызывает линейное изменение ширины зоны ОТК:

где: Δ ℓ – величина смещения холодного монофронта, с момента введения в горючую смесь приращения ΔС 0. Она может быть числено выражена проекцией суммарных реакций на единицу пламени фронта;

N f – число молей топлива в единице объёма;

U 0 – линейная скорость потока.

Используя соотношение для ε и выражения для фактора стадийности S (см. сообщение 1) найдём величину этого смещения или ширину разрыва, приходящуюся на малую величину ε:

Производя замену ТК fи далее АК fнайдем ширину разрыва фронта L:

Применительно к фронту пламени гексана [1 – 3], в котором при Т 0= 344 К, значение N = 0,37 × 10 -5мол.см -3, Ψ = 1,4, U 0= 15 cм с-1, АК f = 0,2× 10-4 мол.см -3с -1, а так же согласно данным табл.

2 S = 7,5 и вычисленная по (4) величина ε = 1,3× 10-4 мол.см -3с -1.

Вычисленное значение Δℓ по (5) составляет 2,6 мм, что одного порядка с экспериментальной величиной 0,8мм, найденной выше по соответствующей кривой тепловыделения (рис. 6). Вычисления по кривым [3] Т 0= 404 К при значениях АК f = 1,3 × 10 -4мол.

см -3с -1, ТК f = 0,25 × 10 -4мол.см -3с -1, Ψ = 1,45, S = 5,2 и 1,5 = ε×10 -4мол.см -3с -1дают Δℓ = 2,9. Для Т 0= 480, Ψ = 1,8, АК f =1,0× 10 -4

мол.см -3с -1, ТК f = 0,3, S =3,3 и ε = 0,7 мол.см -3с -1величина Δℓ = 3,07 мм. Выше, при анализе рис. 6 из экстраполяции было найдено значение L для Т 0= 480 К равным 3,0. Зависимость величины ε от Т 0обрывается при достижении ε = 0 и далее к отрицательным значениям. Значение Δℓ при ε < 0 и S < 1(монофронт) теряет физический смысл. Если приращение ΔС 0настолько мало, что остается справедливым критерий (4), формула (5) описывает реальную феноменологию.