Исследование параметров флуктуации пламени

Аннотация. Пульсирующее поведение пламени, также называемое мерцанием пламени или колебанием, является одной из наиболее отличительных характеристик пламени, наблюдаемых невооруженным глазом, и получает пристальное внимание с середины XX века. Явление колебаний пламени над областью его горения обусловлено периодическим образованием, восходящим распространением и осыпанием тороидальной вершины, окружающей пламя, вызванным конвекцией плавучести. Флуктуация пламени характеризует себя как отклонение строения пламени от ламинарных значений, спровоцировав резонанс процесса горения пламени. При переходе ламинарного пламени в турбулентное, наблюдаются возмущения, вызывающие пульсации в системе горения.

Abstract.  The pulsating behavior of a flame, also called flame flicker or wobble, is one of the most distinctive flame characteristics observed with the naked eye and has been receiving close attention since the mid-20th century. The phenomenon of fluctuations of the flame over the area of ​​its combustion is caused by periodic formation, ascending distribution and shedding of the toroidal peak surrounding the flame caused by convection of buoyancy. The flame fluctuation characterizes itself as a deviation of the flame structure from laminar values, provoking a resonance of the flame combustion process. During the transition of a laminar flame into a turbulent one, disturbances are observed that cause pulsations in the combustion system.

Ключевые слова: пламя, флуктуация, пульсация.

Keywords: flame, fluctuation, ripple.

Предметом исследования является флуктуация пламени, или другими словами отклонение ламинарных параметров пламени в сторону турбулентного режима горения, провоцируя при этом возмущения, вызывающие пульсации пламени.

Целью данного исследования является изучение закономерностей процесса горения, то есть исследование параметров пламени, при изменении флуктуации под воздействием факторов.

Методология. Изучение проблемы проводилось путём испытательных мероприятий с помощью экспериментальной установки.

Результаты. Измерения проводились на трёх горючих образцах с разными размерами. Горючим образцом выступил модельный очаг пожара, представленный на рисунке 1.

Рисунок 1. Модельный очаг пожара

Каждый модельный очаг поджигается, и как только появляется пламя, начинается фиксация освещения фронта пламени с помощью прибора Radex Lupin, который выводит информацию на ПК в программе Radex Light. Во время горения в программе Radex Light ведется запись изменения амплитуды и частоты горения модели в виде графиков, меняющихся в течение времени горения.

Все модельные очаги аналогично проходят эту процедуру, после чего проанализирована динамика поведения пламени исходя из размерности моделей, что можно увидеть на графике, расположенном ниже.

Рисунок 2. Динамика поведения пламени исходя из размерности моделей

Вывод. Сравнив измерения результатов на графике, можно увидеть, как с увеличением размеров модельного очага, уменьшается его частота, из чего можно сделать вывод, что размерность очага возгорания влияет на значение частоты. [1] Наивысшее значение частоты приходится на центральную часть второй фазы, чем меньше амплитуда колебаний, тем больше частота пламени, то есть пульсирует пламя интенсивнее в стадии активного горения. На графике можно увидеть, что пламя имеет параболическую зависимость частоты пламени от временных показателей. [2] В первой фазе горения видно, как происходит упадок значения частоты, а затем резкое повышение, это связано с переходом пламени в стабилизационное горение, то есть объёмного развития возгорания. Во второй фазе весь процесс повторяется, но уже с большей интенсивностью, что приводит к изменениям параметров флуктуации пламени, так как растет площадь возгорания, скорость распространения пламени и температура в зоне горения. Далее начинается процесс объёмного развития пожара, когда пламя охватывает практически всю площадь модельного очага. Это означает, что в зону горения кислород поступает быстрее, и пламя приобретает пульсационный характер.

В конечной фазе интенсивность горения снижается, что приводит к понижению всех параметров пожара, а затем и к его прекращению. [3]