Chemické přední a přední šíření plamene v Hele, Shaw buněk

Original: http://carambola.usc.edu/research/HeleShaw/HeleShawCells.html

Výhled on-line prezentaci na vodné chemických frontách Hele, Shaw buněk
Výhled on-line prezentaci na plynné plameny Hele, Shaw buněk
Stáhněte si film na plynné plamenů Hele-Shaw buněk (48 MB!)

 

Je dobře známo, že vztlak a teplotní roztažnost vliv na ceny šíření a tvary předmísená plamenů plynu. Pochopení těchto efektů je komplikováno velké hustoty poměr reaktantů a produktů, které indukuje baroclinic výrobu vorticity důsledku posunutí hustotou a tlakových gradientů na přední straně, což vede ke komplikované multidimenzionální plamene / toku interakce.HeleShaw buněk, tj, oblast mezi těsně uspořádaných plochých rovnoběžnými deskami, je asi nejjednodušší systém, ve kterém multidimenzionální konvekce je přítomen, v důsledku toho, chování tekutin v tomto systému byly studovány (Homsy, 1987) , Pravděpodobně nejdůležitější charakteristikou HeleShaw toků je, že když se Reynoldsovo číslo na základě šířka mezery je dostatečně malý, NavierStokesovy rovnice v průměru na rozdíl snižuje na lineárního vztahu, konkrétně Laplaceovy rovnice pro tlak (Darcyho zákon).

V této práci, šíření plamene v Hele, Shaw buňkách studoval získat lepší porozumění vztlaku a teplotní roztažnosti účinky na premixed plameny. Tato práce je rovněž relevantní pro studium nespálených uhlovodíkových emisí produkovaných motory s vnitřním spalováním, protože tyto emise jsou z velké části výsledkem částečného spalování nebo kompletní zhášení plamene v úzké prstencové mezery s názvem objem štěrbinamezi pístem a válcem stěn (viz, například, text JB Heywood, 1988).Lepší pochopení toho, jak plameny se šíří těchto svazků prostřednictvím experimentů s Hele, Shaw buňky by mohly vést k identifikaci, jak snížit tyto emise.

Vzhledem k velmi slabé tepelné roztažnosti (typicky 0,06%), v důsledku chemické reakce, vodné chemické čela jsou ovlivněny vztlaku. Tento jev byl zkoumán v HeleShaw buněk, tedy rozdíl mezi dvou blízkých plochých rovnoběžnými deskami. Výsledky ukazují nový typ prstoklad mechanismu nejsou přítomny v non-reakce HeleShaw toků, který byl identifikován jako povrchového napětí efekt, i když reaktantů a produktů řešení mísitelná ve všech poměrech. Ve skutečnosti, tato vlnová délka je téměř nezávislá na přední rychlosti šíření (S nebo SL) a tloušťka buněk (w). Jedinou schůdnou vysvětlení toho, ve srovnání s predikcí modelu SaffmanTaylor, je povrchové napětí na rozhraní, jehož velikost je asi 0,005 dyn / cm cca 14.000 krát menší než u rozhraní voda-vzduch.

 

 

Vlevo: obrazy nahoru rozmnožovacího autokatalytické front v Hele, Shaw buňky, tloušťka buněk (w) = 1,0 mm, SL = 0,17 mm / s. Horní obrázek: 10 sekund po zahájení; nižší image: po dosažení kvazistabilní šíření stav. Šířka buňky je 200 mm. Právo: Vliv w a SL (Péclet číslo = SW / D, kde D = hmotnost difuzivita stechiometricky limitující reakční složky, IO3-) na vlnové délce počátečního rušení.

Pozoruhodné je, že sazby šíření těchto pomačkaná záchranné frontách rovněž v souladu s předpovědí Yakhot, když charakteristika tempo lineární růstu vztlakové vyvolané nestability se používá k odhadu efektivní intenzity turbulence (viz druhý graf na této stránce).

Jako doplněk k experimentům chemických frontách HeleShaw buňky, byly zkoumány i předem smíchány plyn plameny v HeleShaw buněk. Je příznačné, že pomačkání byla pozorována i pro šíření směrem dolů (lehkostí stabilní) ohně a plameny, které mají velký počet Lewis (difuznítepelně stabilní). Hořící sazby (ST) těchto plamenů jsou zcela odlišné od jejich laminární, bez vrásek hodnoty (SL). Hodnoty ST / SL ve fázi kvazistabilní byly vyšší u vzhůru vs. šíření směrem dolů, ale jen slabě závislá na Lewis a Péclet číslo. Díky těmto účinkům pomačkání, přední sazby šíření v HeleShaw buněk bylo zjištěno, že vždy rychleji než laminární plamene, typicky o faktor 3.These výsledky ukazují, že i pro difúzně stabilní směsí, při microgravity tepelné roztažnosti a viskozity změny v celé přední straně povede ke plamene nestability. Tyto výsledky také ukazují, že chování šíření plamene v úzkých kanálů, jako jsou objemy koutku v premixedcharge spalovacích motorů (zdroj většiny emisí nespálených uhlovodíků), může být zcela odlišný od toho odvodit z jednoduchých experimentů laminární plamen.

 

Charakteristika plamenů Hele, Shaw buněk. Vlevo: přímé obrazy (plameny šíří zleva doprava). Šířkou Cell (vertikálním směru v těchto obrazů), 39 cm. Délka Cell (vodorovný směr na těchto snímcích) 60 cm, ale obrázky jsou oříznuty zobrazit pouze čelo plamene. Obrázky zleva doprava: 7,2% CH4 ve vzduchu, horizontální šíření; 7,1% CH4 ve vzduchu, nahoru šíření; 7,1% CH4 ve vzduchu, šíření směrem dolů; 3,0% C3H8 ve vzduchu, horizontální šíření. Právo: korelace vrásčité přední rychlosti (ST / SL) s číslem Péclet.

Comments are closed.