Страница 12 из 17
Измерение интегральных значений КА и Кт в 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, – АКо2 и ТКо2, а также топлива АКƒ и ТКƒ, или блок реакций скорости накопления в реакционной среде воды АКн2о и ТКн2о. 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 С0, когда скорость разветвления и конверсии в зоне А приобретает ускорение. Если при сгорании смесей с функцией S = ƒ(C0, T0, P0) > 1 и значение КА преобладает над Кт на 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 С0 и Р0 на 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 АКо2. Изберем координату (Z1) в зоне с максимальным преобладанием первого механизма АКо2, а вторую (22) в зоне преобладания второго – TКо2. 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 – С6 углеводородов для диапазона а = 0,8 – 2,7; Т0 = 293 – 480 К и Р = 0,1 МРа подвергнуты обработке по указанной выше процедуре нахождения Ко2, Кf КН20 или 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 Т0: 1 – Т0 = 480К; 2 – Т0 = 404К; 3 – Т0 = 344К
Рис.4. Распределение скоростиубыли гексана во фронте пламени а = 2,7 при различных Т0: 1 – Т0 = 344К; 2 – Т0 = 404К; 3 – Т0 = 480К.
Рис.5. Распределение скорости потребления кислорода в пламени гексана а = 2,7 при различных Тд: 1 – Т0 = 344К; 2 – Т0 = 404К; 3 – Т0 = 480К.
Данные по С1– С6 пламенам сведены в таблицы 1 и 2.
Значения 7К01 (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 Т0. Возрастание Т0 сдвигает максимумы так же, как введение в смесь небольшого количества ингибитора, тетрафтордибромэтана или диэтиламина, которые представляют собой индикаторы зоны А. Величина Т0 также оказывает наибольшее влияние только на скорость процессов в зоне А, сдвигая его максимум в зону Т и создавая ОТК (рис. 1, 2). Кривые АКсо2 (рис. 1) практически не подвержены ОТК и влиянию Т0 в 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 Т6.
В зоне преобладания механизма А протекает лишь частичное окисление топлива, в результате которого нет конечных продуктов характерных для Т-механизма в роде СО2 и непредельных углеводородов. Явление ОТК более контрастно наблюдается в пламенах смесей с ростом С0 и Т0. На рис. 10-12 представлены кривые потребления топлива а = 2,7 и кислорода при Т0 = 340 К; 404 К и 480 К в бифронте гексана, где отражена последовательность влияния Т Последовательность проявления ОТК на кривых АКо2 видна 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.
Заключение
На основе анализа общих свойств и различий в процессах самораспространения и распространения пламени показано, что фронт пламени разделен на две зоны, в пределах которых преобладает блок реакций: 1) Низкотемпературного автокатализа (зона А) и 2) Температурного автокатализа (зона Т). Взаимодействие А – Т механизмов в пределах переменных С0, Т0 и Р обуславливает степени стадийности фронта пламени.
Из представленного материала следует, что возникновение механизма формирования раздвоения монофронта обусловлено неединственностью механизма конверсии топлива, или ее следствием – степенью стадийности 8 при С0 = а >1. На этапе С0 = а < 1 устанавливается ведущая роль отрицательных е, т.е. зоны Т обусловлены диффузией атомов водорода от Т к А. При е > 0 скорость разветвления цепи в зоне А преобладает над скоростью поставок активных центров из зоны Т в виде диффузионного потока.