3.2.2. МЕХАНИЗМ ГОРЕНИЯ В ГАЗОВОЙ ФАЗЕ
В работе [184] получены данные по суммарной кинетике реакций в зоне горения и установлено, что порядок реакции в зоне первичного пламени равен 1 (по-видимому, инциирование реакции происходит вследствие диссоциации
а энергия
активации
равна
. Порядок реакции в зоне вторичного пламени равен 2, а энергия активации
Эти результаты показывают, что первичное пламя достаточно толстое, а скорость реакций в ней не очень чувствительна к температуре, тогда как зона вторичного пламени имеет фронтовую структуру с зоной индукции и тонкой зоной активного химического превращения. Зависимость структуры зоны вторичного пламени от давления такова, что при высоких давлениях
происходит ее слияние с зоной первичного пламени. Структура пламени в гомогенной среде зависит от распределения температуры и концентраций компонент, которые в свою очередь подчиняются соответствующим уравнениям сохранения. Для суммарной реакции типа
имеем
где скорость реакции
причем
Если воспользоваться подобием уравнений, то в предположении близости коэффициентов переноса можно получить следующее соотношение:
где
— массовая доля компоненты
появляющейся вследствие газификации конденсированной фазы.
При больших давлениях, когда зоны первичного и вторичного пламен сливаются, получим в предположении о втором порядке суммарной реакции:
В случае реакции с высокой энергией активации в структуре зоны горения можно выделить инертную область с пренебрежимо малой скоростью химического превращения
Профиль температуры в такой области имеет вид
где использовано граничное условие на поверхности
Положение фронта пламени над поверхностью определяется из (3.12) при
Зона горения тонкая, и ее толщина имеет порядок
а падение температуры в ней
Принимая это во внимание, проинтегрируем
от поверхности топлива до фронта пламени. Тогда
и, используя (3.13) и (3.14), окончательно получим соотношение для массовой скорости горения:
Полученный результат характерен для горения при высоком давлении, когда конечная температура пламени постоянна и скорость горения пропорциональна давлению с показателем степени, близким к 1.
При давлении ниже
когда зоны первичного и вторичного пламен отделены друг от друга, можно записать уравнение сохранения энергии для реакции первого порядка:
При низких значениях
простого решения нет. Чтобы получить некоторое представление, можно задаться приближенным профилем температуры
который с помощью (3.13) преобразуется к виду
Интегрирование (3.17) от поверхности до фронта пламени с учетом (3.18) и (3.19) приводит к выражению
Таким образом, оказывается, что скорость горения пропорциональна давлению в степени 0,5 или больше (если температура
зависит от давления).