Горение в турбулентном потоке

В камерах сгорания ГТД горение топлива происходит в условиях турбулентного потока, и распространение пламени протекает не только за счет молекулярного переноса, но и за счет пульсаций отдельных молей газа в потоке. Благодаря воздействию отдельных пульсаций фронт пламени в турбулентном потоке искривляется. На локальных микроучастках фронта выгорание смеси происходит с нормальной скоростью. На макроучастках пламя переносится также турбулентными пульсациями, которые характеризуются масштабом турбулентности l_т (размером турбулентных вихрей) и скоростью турбулентных пульсаций (точнее, ее среднеквадратическим значением u') или их интенсивностью. Интенсивностью турбулентности ε_т называют отношение величины u' к средней скорости потока в данном сечении ε_т = u'/c.

Под действием турбулентных пульсаций передний фронт пламени 1 сильно искривляется (рис 4.3). За счет этого увеличивается поверхность горения и интенсифицируются процессы тепломассообмена от пламени к свежей смеси. Поэтому скорость распространения сглаженного фронта пламени 2 в турбулентном потоке u_т, хотя и зависит от u_н, но в значительной мере определяется величинами l _т и u'. Если l _т < δ_пл,, то имеет место мелкомасштабная турбулентность. При этом локальные искривления нормального фронта пламени оказываются соизмеримыми или меньше величины δ_пл,. Если l _т > δ_пл то фронт пламени сильно искривлен и зазубрен, турбулентность считается крупномасштабной. Интенсивность турбулентности считается малой, если u'<<u_н, тогда величина u_т ≈ u_н. Если, наоборот, u'>>u_н, то имеет место высокоинтенсивная турбулентность и u_т ≈ u_н+ u'.

Рис.4.3 Влияние турбулентности на фронт пламени

В камерах сгорания ГТД горение протекает в сильно турбулизированном (l _т > δ_пл и u'>>u_н) и неоднородном по α_згi потоке. Фронт пламени и зона горения при этом сильно искривляется, общее количество смеси, сгорающего в турбулентном пламени увеличивается по сравнению с ламинарным во много раз. В результате скорость распространения фронта пламени в турбулентном потоке u_т возрастает и достигает значений u_т = 15... 30м/с [32], т.е. на порядок больше нормальной скорости горения u_н.