Физика горения газов

Description

Современная теория горения далеко вышла за рамки классической теории, в которой рассматривались главным образом тепловые эффекты и термодинамика горения в топках и печах. В настоящее время процессы горения тесно переплетаются с процессами, протекающими в высокотемпературных газовых потоках, двигающихся с дозвуковыми и сверхзвуковыми скоростями. В этой книге дано описание физической картины и изложены основы расчета термогазодинамических и химических процессов, протекающих как в камерах сгорания газовых турбин и двигателей внутреннего сгорания, в газовых печах и т. п., так и в соплах реактивных двигателей, в химических реакторах, в детонационных волнах и т. п. В книге описаны также и результаты экспериментальных исследований, дано сравнение теории и эксперимента. Книга предназначена для инженеров и научных работников — физиков и механиков, работающих в области энергетики, аэродинамики, физики горения и газовой динамики. Ее также могут использовать студенты старших курсов и аспиранты в качестве учебного пособия. Предисловие......Page 9 Введение......Page 11 Глава I. Газовые смеси в состоянии равновесия......Page 18 § 1. Параметры газовых смесей. Горючие смеси и охлажденные продукты сгорания......Page 19 Параметры идеальных газовых смесей......Page 20 Горючие смеси......Page 22 Охлажденные продукты сгорания......Page 26 Тепловые эффекты химических реакций......Page 28 Химическое равновесие газовых смесей......Page 34 Термохимические таблицы и функции......Page 42 Элементарные формулы для расчета температуры горения......Page 47 Область применения элементарных формул......Page 49 Расчет степени диссоциации и равновесной температуры газовой смеси из трех компонентов при р = const......Page 52 Системы уравнений для сложных смесей и методы их решения......Page 55 Применение I — S-диаграмм для расчета равновесных параметров газовой смеси......Page 67 § 5. Равновесное течение газовой смеси......Page 69 Общие уравнения одномерного равновесного течения......Page 70 Расчет по I—S-диаграмме......Page 72 Расчет по средним показателям адиабаты и политропы......Page 73 Глава II. Объемные реакции в газовых смесях......Page 77 § 6. Некоторые сведения из химической кинетики......Page 79 Скорость простых химических реакций......Page 80 Сложные реакции......Page 87 Энергия активации и закон Аррениуса......Page 93 Кинетика цепных реакций......Page 106 § 7. Кинетика горения водорода......Page 114 Система элементарных реакций......Page 115 Анализ реакций разветвления......Page 119 Теория пределов воспламенения......Page 122 Сравнение с экспериментальными данными......Page 125 Реакция при высоких давлениях......Page 130 Химический механизм реакции......Page 134 Суммарные кинетические формулы......Page 137 Классификация и общие свойства углеводородов......Page 142 Современные представления о химическом механизме горения углеводородов......Page 145 Кинетические характеристики воспламенения и горения углеводородов......Page 156 Кинетические характеристики воспламенения и горения метана......Page 164 § 10. Кинетика реакций, протекающих в воздухе при высоких температурах......Page 169 Химические реакции в воздухе......Page 170 Кинетика диссоциации и рекомбинации кислорода......Page 172 § 11. Протекание объемной экзотермической реакции в замкнутом сосуде и в потоке......Page 176 Элементарная теория теплового взрыва......Page 178 Стационарная теория теплового взрыва......Page 185 Автокаталитический и цепочечно-тепловой взрывы......Page 188 Нестационарная теория теплового взрыва......Page 192 Объемные реакции в потоке......Page 195 Экспериментальные методы исследования самовоспламенения и некоторые результаты......Page 201 § 12. Период индукции химических реакций......Page 205 Период индукции для цепных реакций......Page 206 Период индукции для реакций, подчиняющихся уравнению Аррениуса......Page 207 Экспериментальные данные по периоду индукции......Page 214 § 13. Релаксация в газовых смесях......Page 221 Скорость приближения к состоянию равновесия......Page 222 Время релаксации при малых отклонениях от равновесия......Page 225 § 14. Неравновесное течение газовой смеси......Page 228 Система уравнений для стационарного неравновесного плоского течения......Page 229 Одномерное неравновесное течение......Page 234 Глава III. Ламинарное распространение экзотермической реакции......Page 245 § 15. Аэродинамика тепловых скачков......Page 246 Закон Михельсона......Page 247 Горение в бунзеновской горелке......Page 251 Распространение пламени в плоском канале при зажигании от точечного источника......Page 258 Распространение пламени в бомбе......Page 263 Молекулярная диффузия и теплопроводность......Page 270 Общая теория распространения волны реакции......Page 278 Связь между температурой и концентрацией горючего......Page 281 Теория Я. Б. Зельдовича, Д. А. Франк-Каменецкого и Н. Н. Семенова......Page 283 Размерные соотношения в ламинарном пламени......Page 293 Теория Т. Кармана......Page 298 Общие замечания по методам расчета......Page 310 Методы экспериментального измерения......Page 313 Влияние давления......Page 318 Влияние начальной температуры смеси......Page 320 Влияние состава свежей смеси......Page 321 § 18. Влияние холодных стенок на ламинарное горение......Page 327 Дифференциальные уравнения течения с горением вблизи стенки......Page 328 Критериальные зависимости для проскока пламени......Page 332 Влияние теплопотерь на нормальную скорость......Page 335 Глубина проникания, гасящее расстояние......Page 339 Глава IV. Турбулентное распространение экзотермических реакций......Page 343 Общие свойства турбулентных потоков......Page 345 Количественные характеристики турбулентности......Page 349 Некоторые результаты статистической теории изотропной турбулентности......Page 357 Турбулентная диффузия......Page 361 Молекулярно-турбулентная диффузия и смешение......Page 369 Некоторые результаты экспериментальных исследований......Page 382 § 20. Современное состояние теории турбулентного горения......Page 390 Параметры турбулентной зоны реакции......Page 391 Модели явления......Page 394 Статистические закономерности в турбулентном горении......Page 402 Поверхностные модели горения......Page 407 Объемные модели горения......Page 418 Микрообъемные модели горения......Page 423 Замечания о дальнейшем развитии теории турбулентного горения......Page 442 Методы измерения параметров турбулентного горения......Page 444 Влияние параметров потока на характеристики горения......Page 452 Автотурбулизация пламени......Page 457 Глава V. Вынужденное воспламенение......Page 464 Тепловая модель воспламенения неподвижной смеси от искры......Page 465 Воспламенение движущейся смеси......Page 475 Некоторые результаты экспериментальных исследований......Page 480 § 23. Воспламенение в пограничном слое......Page 483 Тепловая теория воспламенения от нагретого тела......Page 484 Динамическая теория воспламенения в пограничном слое......Page 493 § 24. Другие виды вынужденного воспламенения......Page 507 Зажигание ламинарными струями......Page 508 Зажигание турбулентными струями......Page 515 Форкамерно-факельное зажигание в двигателях......Page 522 Адиабатическое воспламенение......Page 525 Глава VI. Стабилизация пламени......Page 529 § 25. Стабилизация в затопленной струе......Page 530 Ламинарная струя......Page 531 Турбулентная струя......Page 538 § 26. Стабилизация в срывных зонах......Page 542 Аэродинамика срывных зон за плохообтекаемыми телами......Page 543 Физическая картина срыва......Page 554 Модели явления и методы расчета стабилизации......Page 561 Влияние давления на срыв......Page 575 Экспериментальные данные по стабилизации пламени......Page 578 § 27. Другие способы стабилизации пламени......Page 581 Стабилизация в форкамерах......Page 582 Стабилизация на нагретых стенках......Page 585 Примеры стабилизации в скоростных камерах сгорания......Page 592 Глава VII. Химические реакции в скачках уплотнения......Page 596 Одномерное течение в канале переменного сечения......Page 599 Прямые скачки уплотнения......Page 607 Косые скачки уплотнения......Page 613 § 29. Волны реакции в сжимаемом газе......Page 618 Скорость звука в релаксирующем газе......Page 619 Расчет равновесного состояния газа за прямым скачком......Page 631 Структура скачка в равновесной газовой смеси......Page 634 Скачки уплотнения и волны реакции в квазиравновесных горючих смесях......Page 640 Наблюдения волн реакции в сверхзвуковых потоках......Page 654 § 30. Детонация......Page 661 Термодинамика детонационной волны в идеальном газе......Page 663 Расчет параметров детонации в реальных газовых смесях......Page 670 Некоторые противоречия в термодинамической модели детонационной волны......Page 676 Возникновение и пределы детонации......Page 685 Спиновая и пульсирующая детонации......Page 695 A. Термодинамические свойства некоторых газов при стандартных условиях......Page 722 B. Эффективные энергии активации предпламенных реакций в смесях горючего с воздухом......Page 723 Г. Исходные данные для расчета бинарных коэффициентов молекулярной диффузии......Page 724 Д. Концентрационные пределы воспламенения газовых смесей......Page 725 Е. Результаты расчета параметров самопроизвольной детонации для стехиометрических смесей разных горючих с кислородом и воздухом......Page 726 Ж. Температуры горения (°К) для смеси изооктана C8H18 с сухим воздухом......Page 728 Список литературы......Page 729