Газоснабжение. Горение газов: Учебное пособие (Разделы 1-9. Газообразное топливо. Расчеты эффективности использования топлива), страница 24

Это ведет к увеличению суммарной поверхности фронта горения и, как следствие, к возможности сжигания большего количества топлива на единицу поверхности поперечного сечения потока. В ламинарном пламени нормальная скорость горения является характеристикой газа и не зависит от скорости потока. Характер процессов в турбулентном пламени определяет его важнейшее свойство: турбулентная скорость распространения пламени u_т является функцией степени его турбулентности, то есть критерия Рейнольдса. Эту зависимость можно выразить через отношение турбулентной и нормальной скорости пламени:

.                                               (5.11)

Наглядной иллюстрацией относительного изменения турбулентной скорости распространения пламени в зависимости от критерия Рейнольдса являются результаты экспериментальных исследований (смесь городского газа с воздухом), представленные на рис. 5.4. Примерно до значения Re = 2000 сохраняется ламинарное течение, и скорость распространения пламени не зависит от скорости потока (от величины Re). В переходной зоне скорость горения резко возрастает, а после достижения развитой турбулентности возрастает равномерно.

При развитой крупномасштабной турбулентности, когда ее масштаб значительно превышает толщину зоны горения, пульсации такой интенсивности, что от него начинают отрываться отдельные молярные объемы горящей смеси.

Рис. 5.4. Зависимость относительной турбулентной скорости распространения пламени от Re

Эти объемы, в свою очередь, подвергаются дальнейшему дроблению последующими пульсациями. Фронт горения теряет свою целостность и превращается в систему отдельных очажков горения в виде похожих на себя выгорающих в потоке частиц горючей смеси.

Таким образом, при крупномасштабной турбулентности (вызванной как турбулентностью потока, так и самим процессом горения) поверхность фронта пламени, состоящая из поверхностей всех горящих частиц, растет, приводя тем самым к резкому увеличению скорости распространения пламени. Этому способствует также то, что при таком режиме может происходить не только фронтальное горение, распространяющееся со скоростью u_н, но и горение объемное, вызванное турбулентной диффузией раскаленных продуктов горения в свежую горючую смесь. Следовательно, суммарная турбулентная скорость распространения пламени при крупномасштабной турбулентности определяется тем или иным сочетанием элементов фронтального и объемного горения.

Турбулентная скорость распространения пламени , см/с, применительно к фронтальной модели горения, обычно выражается в виде следующей зависимости от нормальной скорости пламени , см/с:

,                                        (5.12)

где — среднеквадратичная пульсационная скорость, зависящая от средней скорости потока, см/с; B — безразмерный коэффициент, зависящий от физико-химических свойств газа, близкий к 1,0.

Формула (5.12) показывает, что при отсутствии пульсаций турбулентная скорость распространения пламени становится равной нормальной скорости. И наоборот, если пульсационная скорость в потоке значительно превышает нормальную скорость распространения пламени, то турбулентная скорость пламени практически не зависит от свойств газа, то есть от :

                                            (5.13)

Этот факт подтверждается многочисленными экспериментальными наблюдениями, показывающими сравнительно слабую зависимость скорости сгорания различных гомогенных газовоздушных смесей при  в промышленных топках от нормальной скорости распространения пламени. Хотя выражение (5.12) и отражает физический смысл турбулентной скорости распространения пламени, оно не может быть использовано в практических расчетах, в основном из-за трудностей определения пульсационных скоростей.