Интенсивность диффузионного сжигания зависит от интенсивности смесеобразования. Так как массообмен при турбулентном течении происходит во много раз интенсивнее, чем при ламинарном режиме, то для промышленных целей более важным является способ турбулентного диффузионного сжигания неперемешанных газов.
Турбулентное диффузионное сжигание производится раздельной подачей газа и воздуха через горелки в камеру сгорания в среду горячих продуктов сгорания/Воздух может подаваться через те же горелки или помимо них через отдельные сопла.
Как наиболее простой случай рассмотрим диффузионное горение прямоточной струи газа в неподвижной или спутной среде окислителя (рис. 9-5). Пусть горючий газ вытекает из круглой горелки / со скоростью, обусловливающей турбулентный режим движения, в открытое пространство, окислителя, в его спутный поток.
После установления зоны горения протекание процесса в стационарном факеле и его структуру, схематически показанную на рис. 9-5, можно представить следующим образом. При турбулентном распространении газовой струи из окружающей среды в зону горения диффундирует воздух, а из ядра струи 2 —газ. Диффузионные потоки газа и кислорода в зоне горения 3вступают в химическое реагирование. Концентрация газа а,имеющая максимальное значение на оси факела, и концентрация кислорода 6, имеющая максимальное значение вокружающей среде,
в зоне горения падают до нуля, а концентрация продуктов сгорания с максимальна. Образующиеся в зоне горения продукты сгорания диффундируют как в окружающее пространство, смешиваясь с воздухом, так и внутрь факела, смешиваясь с горячим газом. Зона смешения газа и продуктов сгорания обозначена цифрой 4, а зона смешения продуктов сгорания с воздухом — 5.
Подобно тому как это было сделано при рассмотрении ламинарного диффузионного пламени, можно показать, что зона горения устанавливается ш поверхности, где количества поступающих путем турбулентной диффузии газа и кислорода находятся в стехиометричееком соотношении для полного горения.
Так как турбулентная струя обладает свойством автомодельное™, а коэффициент турбулентной диффузии пропорционален скорости истечения и диаметру сопла (В?о^о), то положение зоны воспламенения и горения, определяемое как геометрическое место точек, где образуется смесь стехиометрического состава, при горелке данного размера не должно зависеть от скорости истечения. Равно и длина зоны воспламенения не должна зависеть от скорости истечения. При подсчете в калибрах диаметра при данном топливе она должна быть одинаковой для горелок различных размеров. При этом остается лишь зависимость относительной длины зоны воспламенения от стехиометрического числа и концентрации кислорода в окружающей среде, т. е.
Длина зоны воспламенения диффузионного факела тем больше, чем больше теплота сгорания газа, так как для сжигания единицы массы газа должно поступить больше кислорода. Чем меньше содержание кислорода в окружающей среде, тем длиннее зона воспламенения. Напротив, при повышении концентрации кислорода в окружающей среде длина зоны воспламенения факела уменьшается.
Эти положения, полученные из теоретических исследований, подтвердились опытами.
Выделяющееся при химическом реагировании тепло посредством турбулентной теплопроводности и диффузии горячих продуктов сгорания передается образующейся горючей смеси, обеспечивая ее воспламенение и распространение пламени. Следовательно, положение зоны горения определяется условиями турбулентной диффузии, а скорость горения — скоростью последней. Дополнительным условием устойчивого горения
Является наличие достаточной скорости распрострагйЬния пламени, так как в противном случае произойдет ерш пламени.
Зажигание турбулентного диффузионного факела происходит аналогично зажиганию при турбулентном горении однородной газовой смеси. Турбулентная струя газа при своем распространении в топочном пространстве вместе с воздухом увлекает также и горячие продукты сгорания, в результате чего смесь нагревается и воспламеняется. Зажигание диффузионного факела можно усилить организацией теплового, газоди-лимического и концентрационного режимов таким образом, чтобы повысить интенсивность тепловыделения и, напротив, понизить интенсивность теплоотвода из зоны реагирования в области корня факела, В частности могут быть применены стабилизаторы различных типов.
Общая длина факела Ьфпревышает длину зоны воспламенения (Ь3.в) на длину участка зоны догорания £д. В этой зоне протекает догорание множества молей, на которые факел раздроблен под действием турбулентных пульсаций. В них процесс смешения происходит в основном за счет молекулярной диффузии, которая протекает медленно. При этом концентрации горючего газа и кислорода в зоне догорания малы. В этих условиях горение протекает сравнительно медленно, обусловливая значительную длину зоны догорания.
Длина зоны догорания равняется протяженности перемещения молей за время тд их выгорания.
