1.3.2.1. Распространение пламени внеограниченном объеме

Многочисленные экспериментальные данные пока­зывают, что в полностью неограниченном (свободном) объеме пламя не может распространяться с большим ускорением. Так, из анализа работ [177, 371] вполне определенно следует, что при распространении пламени в свободном объеме его скорость на сравнительно небольших базах не увеличивается.

Деталь основания оболочки

Рис. 1.14. Схема опытов по исследованию распространения пламени в полу­сферическом «свободном» объеме [376].

J — вентилятор; 2 — полусферическая оболочка из полиэтиленовой пленки радиусом 5 м; 3— деревянные бруски сечением 5ХІ5 см; 4— пленка; 5 — крепление к рейке; 6 — магистраль подачи горючего (медная трубка диаметром 0,95 см); 7—канал для мон­тажа датчиков; 8 — датчики давления; 9 — источник поджигания; 10 — воздушный! клапан.

Время,C *

Рис. 1.15. Траектории фронта пламени в смеси ацетилена (с объемной долей 7,7 %) с воздухом (опыт № 18 из [376]) в вертикальном (/) и горизонталь­ном (2) направлениях.

Кроме того, на рис. 1.16 приведена типичная фотография про цесса распространения пламени на поздних стадиях. Как она залось, незначительный рост давления в процессе горения всегд, приводил к отрыву оболочки от платформы. Иногда отрыв прі

Таблица 1.4. Сводка результатов по изучению распространения пламени В тонких полусферических оболочках [376]

исходил в какой-либо одной части основания оболочки и обо­лочка слегка перекашивалась. В других случаях полусфериче­ская оболочка отрывалась от платформы почти по всей длине окружности основания и всплывала над платформой в процессе сгорания смеси. Это означает, что наличие оболочки не оказы­вало какого-либо заметного влияния на распространение пла­мени, т. е. горение в этих условиях происходило как бы в не­ограниченном объеме. В табл. 1.5 для сравнения приведены экспериментальные значения скорости распространения пламени

Рис. 1.16. Фотография пламени при подходе его к полиэтиленовой оболочке в опыте № 13 [376]. Радиус оболочки 10 м, смесь метана (с объемной долей 10 %) с воздухом.

в горизонтальном направлении S' [376] и нормальные скорости горения S тех же смесей, измеренные в лабораторных условиях. Поскольку наблюдаемая (видимая) скорость горения S_s свя­зана с эффективной скоростью горения S' соотношением S_s = = S'p&/p_u, то из опытов с легкой оболочкой можно рассчитать значение S'. В последнем столбце табл. 1.5 указаны отношения эффективной (S') и нормальной (S) скоростей горения (ф = = S'/S). Видно, что данные для бутадиена не согласуются с данными для остальных упомянутых в таблице горючих (вероят­но, вследствие плохого перемешивания). Интересно, что для всех горючих газов, кроме метана, значение параметра ф ~ 1,7. Поверхность фронта пламени во всех опытах, проведенных в оболочке, имела сложную неодномерную структуру, поэтому и эффективная скорость горения S' оказалась нес^рлько выше нормальной скорости горения S. Увеличение скорости сгорания газа, вероятно, объясняется гидродинамической неустойчивостью плоского фронта пламени.

Рис. 1.16. Фотография пламени при подходе его к полиэтиленовой оболочке в опыте № 13 [376].

Ни в одном из опытов скорость распространения пламени не возмстала до значений, более высоких, чем приведенные в табл. 1.5. Типичная зависимость радиуса фронта пламени от времени (рис. 1.15) показывает, что эффективная скорость рас­пространения пламени достигает своего максимального значения задолго до подхода пламени к оболочке. Кроме того, из рис. 1.15 видно, что естественная конвекция существенно влияет на рас­пространение пламени. Скорость распространения пламени по

Таблица 1.5. Увеличение скорости распространения пламени

по сравнению с нормальной скоростью S в опытах с полусферическими тонкими оболочками. Данные о температуре н нормальной скорости пламени приведены в работе [419]

вертикали сначала немного возрастала, а затем становилась постоянной, причем конечное значение скорости пламени по вертикали было несколько выше соответствующей скорости в го­ризонтальном направлении.

На рис. 1.16 показан еще один эффект, установленный в опытах [376]. Во всех случаях расширение горючих продуктов сгорания приводило к движению газа перед фронтом пламени по направлению от источника поджигания в сторону оболочки. Движение газа вдоль поверхности платформы способствовало образованию турбулентного пограничного слоя, в котором пламя распространялось с более высокой скоростью, чем в объеме обо­лочки. В результате ускоренного распространения пламени по поверхности платформы возникало «отраженное» пламя, кото­рое поднималось от основания в глубь смеси. Таким образом,, сферическое пламя обычно как бы находилось на пьедестале- (рис. 1.16), т. е. на поверхности «отраженного» от платформы пламени, образовавшейся в результате быстрого распростране­ния пламени по пограничному слою над поверхностью плат­формы. Таким образом, из работы [376] следуют три важных вывода: 1) при распространении пламени в больших (свобод­ных) объемах горючих смесей ускорение пламени незначитель­но; 2) естественная конвекция при горении газа в свободном объеме практически не приводит к ускорению пламени; 3) тур­булентные пограничные слои, образующиеся над какими-либо· поверхностями в результате движения газа перед фронтом пла­мени, приводят к локальному увеличению скорости распростра­нения пламени над обтекаемой поверхностью.

1.3.2.2.