Крім того, в першому розділі наведені основні відомості довідкового характеру з хімічної кінетики та молекулярної фізики, які полегшать читання тим, хто вперше вирішив познайомитися з предметом книги.

Протікання хімічних реакцій горіння надзвичайно чутливо до незначних змін початкових і граничних умов задачі, до умов тепло-і массопередачі, до геометрії камер згоряння і т. п.
Часто перехід від одного режиму до іншого сприймається як розрив, стрибкоподібне зміна процесу. Це може бути вибух, або займання або погасання полум'я.

У першому розділі розповідається про теорію теплового вибуху, запропонованої Н. Н. Семеновим, - про роботу, від якої йде відлік історії сучасної теорії горіння. У ній було чітко сформульовано умову виникнення теплового вибуху як результат припинення існування рішення стаціонарної задачі про протіканні екзотермічної реакції в умовах теплоотвода, критичний режим реакції був ототожнений з точкою розгалуження рішень, знайдений малий параметр, що характеризує асимптотичний характер рішення.

Аналітичне дослідження розвитку хімічної реакції, що супроводжується тепловиділенням, в ламінарному потоці газу і при інтенсивному перемішуванні продуктів реакції з вихідними речовинами виявило ги-стерезісний характер рішень теорії горіння; збільшуючи, наприклад, початкову температуру пального газу, можна досягти моменту, коли газ запалає; але, щоб погасити палаючий при високій температурі газ, треба зменшити початкову температуру значно нижче тієї, при якій сталося займання.

Цей приклад роботи хімічного реактора ідеального перемішування, розглянутий в першому розділі, ілюструє також фундаментальна властивість процесу горіння - можливість існування декількох стаціонарних режимів горіння при одних і тих же заданих зовнішніх параметрах.

Ця неоднозначність істотно відрізняє стаціонарні процеси з безперервною подачею вихідних речовин і відводом продуктів реакції від статичної термодинамічно рівноважної ситуації. Як буде показано нижче, реагуюча суміш ідеальних газів характеризується єдиним станом рівноваги, плавно залежних від параметрів.

У першій частині цієї статті розповідається також про стійкість пламен - проблемі, тісно пов'язаної з фундаментальними поняттями теорії горіння і вельми важливою для додатків теорії.

Істотні особливості вибухових реакцій були відзначені ще в середині минулого сторіччя Бунзеном (RW Bunsen) і Вант-Гоффом (IH Van't Hoff).

В залежності від температури швидкість реакції змінюється дуже різко; так, наприклад, при кімнатній температурі і атмосферному тиску водень з киснем практично не реагують протягом багатьох років.

При підвищенні температури швидкість реакції залишається незмірно малої аж до деякого критичного значення, яке залежить від умов проведення досвіду.

Наприклад, для стехиометрической суміші водню з киснем - так званої «гримучої суміші» - при атмосферному тиску це критичне значення становить близько 550 ° С.

При більш високих температурах, навіть якщо перевищення над критичним значенням становить лише кілька градусів, гримуча суміш реагує дуже швидко, тиск різко підвищується, і може статися розрив судини.

Швидкість реакції при такому вибуху настільки велика, що дослідники минулого століття не могли детально вивчити її кінетику.

Перший з них полягає в тому, що, скажімо, в циліндричну камеру згоряння з торця подається суміш пального та кисню або повітря таким чином, що вона рухається паралельними шарами, тобто швидкість усіх частинок газу в даному перерізі, крім техгіі які знаходяться безпосередньо біля стінки камери, практично однакова.

Якщо швидкість потоку досить велика, так що дифузія і теплопередача в напрямку, зворотному потоку, не грають ролі, то кожен елемент газу поводиться так само, як і в реагуючої спочиваючої середовищі, що знаходиться при постійному тиску.

У міру руху газу вздовж труби, якщо тепловіддача мала, його температура весь час підвищується за рахунок виділяється в ході реакції тепла. Залежності температури і концентрації реагуючої речовини від координати вздовж руху потоку газу відповідають залежностям температури і концентрації від часу при протіканні реакції в спочиваючої середовищі.

Кожна з провідних точок забезпечує розвиток наступних за нею ділянок поверхні фронту; опуклі по відношенню до пального газу ділянки полум'я прагнуть у відповідності з принципом Гюйгенса збільшити загальну площу поверхні фронту полум'я і сприяють збільшенню загальної швидкості згоряння горючого газу в турбулентному потоці.

Кожна з провідних точок забезпечує розвиток наступних за нею ділянок поверхні фронту; опуклі по відношенню до пального газу ділянки полум'я прагнуть у відповідності з принципом Гюйгенса збільшити загальну площу поверхні фронту полум'я і сприяють збільшенню загальної швидкості згоряння горючого газу в турбулентному потоці.

При числах Рейнольдса, відповідних відсутності турбулентності, гідродинамічна нестійкість полум'я може призвести до викривлення фронту полум'я.
При цьому співвідношення (1.15) залишається справедливим, але / (0) Ф 1 і (1.16) не має місця.

Пульсації швидкості газу, спрямовані проти напряму поширення горіння, відкидають полум'я назад і створюють увігнуті по відношенню до горючої суміші ділянки фронту. У відповідності з принципом Гюйгенса на увігнутих ділянках можливе утворення зламів фронту полум'я, які мають тенденцію скорочувати поверхню горіння.

Нарешті, пульсації швидкості, спрямовані поперек напрямку поширення горіння, викликають асиметрію викривлень фронту полум'я, сприяють його поворотам і утворенню складної структури.

Основним завданням теорії турбулентного горіння є вивчення стаціонарного в середньому турбулентного полум'я: в заданому турбулентному поле течії потрібно знайти середню по часу структуру зони горіння і визначити її статистичні характеристики: середню швидкість горіння, середню поверхню фронту полум'я, ширину області, в середньому займану викривленим фронтом полум'я , та інші характеристики.

Важлива роль у цій теорії повинна бути відведена провідним точкам викривленого фронту-ламінарного полум'я, винесеним турбулентними пульсаціями в сторону горючого газу, оскільки вони забезпечують існування наступної за ними поверхні полум'я і визначають середню швидкість горіння.

Пульсації швидкості турбулентного потоку газу при розвиненій турбулентності часто перевищують нормальну швидкість поширення полум'я. Швидкість виносу провідних точок в горючий газ визначається, головним чином, пульсаційного характеристиками потоку.
Нормальна швидкість поширення полум'я забезпечує скорочення поверхні фронту для. Увігнутих ділянок полум'я і тим самим не дозволяє нескінченно збільшуватися поверхні горіння.
Якби поверхня полум'я не володіла здатністю переміщатися по пальному газі, то за законами турбулентної дифузії вона розповзалася б в просторі і безперервно з часом збільшувала свою поверхню.

«З'їдення» загальною поверхні фронту за механізмом нормального розповсюдження полум'я на увігнутих ділянках полум'я не дозволяє зоні горіння розростатися нескінченно, і вона "прагне до деякої в середньому стаціонарної ширині з постійною в середньому поверхнею викривленого фронту полум'я.

Тому в співвідношеннях теорії турбулентного горіння повинна бути присутньою в якості однієї з визначальних величин нормальна швидкість поширення полум'я.

Наведені якісні уявлення про поширення викривленої фронту ламинарного полум'я в турбулентному поле течії, незважаючи на їх фізичну прозорість і простоту, досі проте не реалізовані в математичних співвідношеннях. Пов'язано це в значній мірі з тим, що в даний час не існує достатньо повного опису турбулентних течій.

Дополнітельние ускладнення виникають також через те, то у фронті полум'я відбувається теплове розширення газу, яке впливає на турбулентний поле течії газу; інакше кажучи, крім прямого впливу турбулентності на горіння, мається зворотний вплив горіння на турбулентність. У першому наближенні, проте, можна провести теоретичний аналіз, абстрагуючись від цього впливу.

Сама швидкість поширення полум'я по пальному газу може змінюватися через дії високочастотної дрібномасштабної (порівнянної з товщиною фронту полум'я) частини турбулентних пульсацій на структуру ламінарного фронту полум'я.

Ці пульсації інтенсифікують процеси переносу в полум'ї і збільшують тим самим швидкість його переміщення по пальному газу. Більш докладно з явищем турбулентного горіння можна ознайомитися за монографіями та оглядам

... далі буде ...