Гидродинамика и структура обращенного опрокинутого пламени

Алексеев, Максим Михайлович

Гидродинамика и структура обращенного опрокинутого пламени тема автореферата и диссертации по механике, 01.02.05 ВАК РФ

Алексеев, Максим Михайлович АВТОР

кандидата физико-математических наук УЧЕНАЯ СТЕПЕНЬ

Сургут МЕСТО ЗАЩИТЫ

2009 ГОД ЗАЩИТЫ

01.02.05 КОД ВАК РФ

Диссертация по механике на тему «Гидродинамика и структура обращенного опрокинутого пламени»

Автореферат диссертации на тему "Гидродинамика и структура обращенного опрокинутого пламени"

На правах рукописи

Алексеев Максим Михайлович

ГИДРОДИНАМИКА И СТРУКТУРА ОБРАЩЕННОГО ОПРОКИНУТОГО ПЛАМЕНИ

01.02.05 - Механика жидкости, газа и плазмы

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата физико-математических наук

•' ' \

Г \

Томск - 2009

003471382

Работа выполнена на кафедре экспериментальной физики факультета автоматики и телекоммуникаций ГОУ ВПО «Сургутский государственный университет ХМАО - Югры».

Научный руководитель:

доктор физико-математических наук, профессор

Самсонов Виктор Петрович

(ГОУ ВПО «Сургутский государственный университет ХМАО - Югры»)

Официальные оппоненты:

доктор технических наук, профессор Голованов Александр Николаевич (ГОУ ВПО «Томский государственный университет»)

доктор технических наук, профессор Третьяков Павел Константинович (ИТПМ СО РАН, г. Новосибирск)

Ведущее предприятие:

ГОУ ВПО «Казанский государственный университет», г. Казань

Защита состоится 19 июня 2009 года в 14 час. 30 мин. на заседании диссертационного совета Д 212.267.13 при ГОУ ВПО «Томский государственный университет» по адресу: 634050, г. Томск, пр. Ленина, 36, ауд. 239 (корпус НИИПММ).

С диссертацией можно ознакомиться в Научной библиотеке Томского государственного университета по адресу: 634050, г. Томск, пр. Ленина, 36.

Автореферат разослан « Щ » мая 2009 года.

Ученый секретарь диссертационного совета доктор технических наук

Ю.Ф. Христенко

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность проблемы. Среди первостепенных актуальных задач научных и прикладных исследований научным советом по горению и взрыву РАН отмечены следующие направления:

- описание развития гидродинамической неустойчивости фронта пламени и турбулентное горение;

- разработка способов управления сгоранием топлива в энергетических и силовых установках для достижения высокой эффективности при низком уровне вредных выбросов;

- создание и развитие оптических методов диагностики процессов горения.

В промышленных горелках наиболее распространенным способом интенсификации процессов горения и теплообмена является принудительная закрутка газа в камере сгорания. Достижение необходимого эффекта связано с увеличением интенсивности закрутки, которая требует дополнительных энергетических затрат. Известно, что опрокидывание пламени позволяет достигнуть скорости вращательного движения газа того же порядка, что и в диссипативных вихревых структурах Рэлей-Бенара, Марангони и в течениях с принудительной закруткой. Наличие поверхности стабилизатора или стенок камеры сгорания позволяет создать необходимые направление и величину теплового потока из зоны горения.

Сопутствующими физическими эффектами, определяющими развитие вихревых структур, являются: немонотонное и неодномерное распределение концентраций компонент горючей смеси, харак-

терное преломление линий тока во фронте обращенного пламени и гидродинамическое растяжение фронта пламени (стретч-эффект).

В настоящее время имеются лишь отдельные теоретические и экспериментальные исследования в этом направлении.

Цель диссертационной работы состоит в получении закономерностей формирования обращенного пламени на тонких стабилизаторах с толщиной, меньшей тепловой ширины фронта пламени, расположенных вдоль или поперек потока заранее перемешанной горючей газовой смеси и исследовании устойчивости горения и влияния вихреобразования в обращенном пламени на интенсивность теплопередачи из зоны горения в стенки камеры сгорания.

Достижение указанной цели требует решения ряда научных

задач:

- разработка экспериментальной установки и методики комплексного изучения гидродинамических и теплофизических явлений, происходящих при обращении и опрокидывании газовоздушного пламени;

- разработка системы и методов визуализации течений в пламени, расчета температурных и концентрационных полей;

- определение областей устойчивости обращенного пламени в различных граничных условиях, создаваемых в модельном горелоч-ном устройстве при изменении безразмерных критериев Рейнольдса, Пекле, Карловича;

- изучение тепловой структуры пламени и ее влияния на тепломассообмен в модельной камере сгорания;

- построение физической модели формирования вихревых структур в обращенном пламени и их влияния на интенсивность процессов теплопередачи из зоны пламени в стенки камеры сгорания.

Научная новизна. В диссертационной работе впервые:

1. Предложен новый способ стабилизации обращенного пламени при расположении струны-стабилизатора вдоль оси струи газовоздушной смеси.

2. Экспериментально определены границы устойчивости обращенного пламени в координатах чисел Рейнольдса, Карловича и диффузионного числа Пекле. Подтверждена гипотеза о влиянии пограничного слоя, формирующегося на стабилизаторе, на границы устойчивости.

3. Получены новые данные о влиянии обращения и опрокидывания газовоздушного пламени на тепловую структуру пламени. Определены условия влияния стенок модельной камеры сгорания на устойчивость горения.

4. Изучены закономерности влияния вихревых структур на интенсивность процессов тепломассообмена. Установлено, что тепловой поток из зоны пламени к стенкам модельной цилиндрической камеры сгорания увеличивается на 20%.

5. Обнаружены гистерезисные явления при формировании обращенного пламени в координатах в виде зависимостей геометрических параметров пламени от скорости газовоздушной смеси.

6. Обнаружено и изучено явление дрейфа пламени вдоль стабилизатора.

7. Предложены новые оригинальные методы диагностики процессов горения: а) метод цифровой фотометрии исследования температурного и концентрационного полей прозрачного пламени; б) метод муарового аналога интерференции для измерения глубины выгорания поверхности теплообмена.

8. Предложено качественное описание физического механизма формирования вихревых структур в обращенном пламени и их влияния на интенсивность процессов тепломассообмена. Показано, что формирование вихревых структур в опрокинутом обращенном пламени происходит под влиянием встречной струи восходящих продуктов горения и обусловлено характерным профилем скорости газа с перегибом, формирующимся в пограничном слое.

На защиту выносятся:

1. Комплексная методика экспериментального исследования структуры обращенного пламени и вихревых течений, позволившая визуализировать поля скоростей, произвести измерения полей температур, измерить величину тепловых потоков из зоны горения на поверхность камеры сгорания, установить физические процессы, приводящие к вихреобразованию и увеличению интенсивности теплообмена.

2. Экспериментальные результаты, подтверждающие: а) влияние профиля скорости газа на границы устойчивости обращенного пламени в открытой атмосфере, в полуоткрытой цилиндрической трубе и в плоском канале Хил-Шоу; б) влияние профиля скорости газа на расширение области формирования вихревых структур в координатах чисел Рейнольдса по сравнению с необращенным пламе-

нем; в) изменение интенсивности теплопередачи на поверхность теплообмена при перестройке потенциального течения в вихревое.

3. Экспериментальное и теоретическое обоснование предлагаемых физических механизмов самоорганизации стационарных вихревых структур в пламени, согласно которому спонтанная самоорганизация вихревых течений вызвана: а) характерным профилем скорости газа в газовоздушной струе, формирующимся под влиянием пограничного слоя; б) свободно-конвективной неустойчивостью, в зависимости от ориентации фронта пламени и направления его распространения относительно вектора ускорения свободного падения.

4. Экспериментальное и теоретическое обоснование предлагаемых физических механизмов самопроизвольного дрейфа пламени вдоль вертикально расположенного стабилизатора-струны, согласно которому скорость дрейфа пламени связана с прогревом стабилизатора. Гистерезис геометрических параметров пламени в зависимости от скорости газовоздушной смеси обусловлен дрейфом пламени вдоль стабилизатора.

Практическая ценность и внедрение результатов диссертационной работы заключаются в следующем:

1. Обнаруженные закономерности формирования обращенного пламени и изменения его структуры дополняют представления о возможных причинах и условиях спонтанного вихреобразования при малых числах Рейнольдса, влиянии вихревой структуры на неустойчивость горения, скорость и полноту сгорания топлива, величину и направление теплового потока из зоны горения.

2. Полученные количественные данные могут быть использованы для разработки горелочных устройств с новыми эксплуатационными характеристиками, а также для повышения экономичности камер сгорания.

3. Оригинальные методы диагностики пламени могут применяться для широкого круга объектов исследования, связанных с горением и низкотемпературной плазмой.

4. Диссертационная работа выполнялась на кафедре экспериментальной физики Сургутского государственного университета (2005-2008 гг.). Разработанные методы диагностики пламени применялись в экспериментальных исследованиях горения газовых и конденсированных систем, выполнявшихся по госбюджетной теме кафедры экспериментальной физики СурГУ. Госбюджетная тема зарегистрирована во ВНТИЦ за № 0120.0 802766. Выполнение рабо-

ты поддержано 2 грантами и 2 премиями Губернатора Ханты-Мансийского автономного округа - Югры в 2006 и 2007 годах.

Апробация работы. Основные результаты работы, изложенные в диссертации, опубликованы в работах [1-9] и докладывались на:

1Х-ом Всероссийском съезде по теоретической и прикладной механике (Нижний Новгород, Россия, 2006 г.);

13-ой Международной конференции по аэрофизическим методам исследования (Новосибирск, 2007 г.);

Международной конференции «Сопряженные задачи механики реагирующих сред, информатики и экологии (Томск, 2007 г.);

9-ом Международном Симпозиуме по самораспространяющемуся высокотемпературному синтезу (Дижон, Франция, 2007 г.);

8-ой научной конференции «Наука и инновации 21 века» (Сургут, 2007 г.);

9-ой научной конференции «Наука и инновации 21 века» (Сургут, 2008 г.).

Количество основных работ по диссертации - 9.

Структура и объём диссертации. Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения, списка литературы из 94 наименований и 2 приложений. Общий объём составляет 128 страниц, включая 44 рисунка.

КРАТКОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность проводимых в диссертации исследований, изложены: цель работы, научная новизна, научная и практическая ценность, сформулированы положения, выносимые на защиту, приведена структура и объем диссертации.

В первой главе приводится обзор работ, посвященных особенностям течения газа при обращении пламени на теле обтекания, влияния обращения и опрокидывания пламени на его структуру и перестройку течения, методам исследования структуры обращенного опрокинутого пламени и тепломассообмена в вихревом течении.

Обзор литературы показывает, что исследования, посвященные формированию обращенного пламени на бесконечно длинном и тонком стабилизаторе, расположенном параллельно потоку, отсутствуют. Отсутствуют также исследования опрокинутого обращенного пламени, стабилизированного на стабилизаторе, расположенном как параллельно, так и перпендикулярно потоку газа.

Количество работ, посвященных изучению закономерностей формирования вихревых структур в опрокинутых пламёнах, ограничено. Остаются малоизученными возможности использования самопроизвольных вихревых структур для повышения интенсивности тепломассообмена в камерах сгорания и их к.п.д.

Фундаментальные гидродинамические явления, сопровождающие обращение и опрокидывание фронта пламени, такие как формирование вихревых структур при малых числах Рейнольдса, гистерезис параметров пламени и коэффициента теплоотдачи по числу Рейнольдса и Пекле остаются до сих пор неизвестными.

Исходя из недостаточной изученности и важности такого объекта как обращенное и опрокинутое обращенное пламя, сформулирована цель работы и составлена программа исследований.

Во второй главе даны описания разработанных автором экспериментальных установок, методов исследования обращенного и опрокинутого обращенного пламени, описана методика проведения экспериментов.

Объектами исследования являлись обращенное пламя в открытой атмосфере и опрокинутое обращенное пламя в цилиндрической камере сгорания на продольном стабилизаторе, обращенное пламя и опрокинутое обращенное пламя на поперечном стабилизаторе в камере Хил-Шоу.

В качестве горючей газовой смеси использовали смеси пропана с воздухом. Концентрацию пропана в смеси при проведении экспериментов меняли от 3% до 6%. Горючая смесь подавалась на круглую трубку - сопло горелки. Диаметр сопла горелки менялся от 4 до 6 мм. В качестве стабилизатора использовалась стальная проволока диаметром 0,6 мм, которая располагалась вдоль или поперек потока горючей смеси.

При проведении экспериментов с обращенным пламенем было установлено, что опрокидывание пламени относительно направления вектора ускорения свободного падения делает невозможным стабилизацию фронта пламени на продольном стабилизаторе в открытой атмосфере, поэтому горелочное устройство было помещено в цилиндрическую прозрачную камеру сгорания диаметром 28,6 мм. Верхний конец камеры был закрыт диафрагмирующей крышкой, что позволило получить устойчивый фронт пламени.

Камера Хил-Шоу, в которой исследовалось обращенное пламя на поперечном стабилизаторе, представляет собой две параллельные, плоские пластины, которые расположены одна от другой на

малом расстоянии. В качестве одной из стенок могла использоваться плексигласовая пластина. Измерение глубины выгорания пластины методом муарового аналога интерференции позволяло рассчитать распределения температур на поверхности теплообмена.

Пламя, образуемое при горении газовой смеси на стабилизаторе, фотографировали цифровой фотокамерой. Цифровые фотографии позволяли вычислять температурные поля методом цифровой фотометрии и определять следующие параметры фронта обращенного пламени: длину конуса пламени, высоту поднятия конуса пламени над соплом, угол раскрытия конуса пламени, диаметр конуса пламени в зависимости от расхода газовой смеси.

Измерения тепловых потоков из зоны горения обращенного пламени и «опрокинутого» обращенного пламени, образованных на продольном стабилизаторе, осуществляли теплоприемником-кало-ри метром.

Разработанный в рамках работы метод муарового аналога интерференции измерения глубины впадины на поверхности тела достигается путем наложения друг на друга двух изображений периодической структуры. Изображение периодической структуры в виде системы параллельных темных и светлых полос, нанесенной на стеклянную плоскую пластину, накладывается на исследуемый участок поверхности. Тень периодической структуры на искривленной поверхности создает объектное муаровое изображение, искаженное в соответствии с изменением кривизны поверхности. Наблюдение производится со стороны стеклянной пластины в лучах отраженного от поверхности света. Наблюдатель видит муаровый аналог интерференционной картины в области углубления на поверхности тела. Порядок интерференции на муаровом аналоге интерференционной картины вычисляют, отсчитывая номер муаровой полосы, начиная от края. Затем по формулам: Лх-к-й или Ах = (2к + 1)<И2 вычисляют локальное значение глубины неровности. В случае если углубление на поверхности теплообмена создается путем «выжигания» вблизи пламени, можно, пользуясь методикой, описанной в работах [1, 2], каждой «интерференционной» полосе поставить в соответствие определенную температуру пламени.

Оригинальный метод цифровой фотометрии позволяет рассчитывать температурные и концентрационные поля излучающих прозрачных оптических неоднородностей. Современное программное обеспечение позволяет получить распределение амплитуды све-

товых лучей на плоскости ПЗС-матрицы цифровой фотокамеры. Фотометрическое изображение пламени, представляющее собой картину изолиний интенсивности световых волн и полученное с помощью программы обработки изображений «GIMP 2.2», приведено на рис. 1.

Рис. 1. а) Фотометрическое изображение обращенного пламени; б) температурное поле пламени, полученное методом цифровой фотометрии

Цветные линии на изображении пламени соответствуют тому или иному значению интегральной энергетической светимости пламени. Внешне фотометрическое изображение напоминает интерференционную картину пламени. Аналогия фотометрического изображения с интерференционной картиной не случайна. Результирующее значение энергетической светимости, как и порядок интерференции световых лучей, определяется локальными значениями показателя преломления света и геометрической длиной пути луча в оптической неоднородности.

В общем случае порядок линии <5(5с,у) в плоскости изображения связан с локальным значением спектральной плотности энергетической светимости Ят(х,у,г) соотношением:

Зная геометрическую форму неоднородности и решив это уравнение одним из известных методов, например методом Шарди-на, можно получить радиальные распределения спектральной плотности энергетической светимости. Свечение пламени обусловлено

мм

излучением сажевых частиц, которые с большой точностью можно считать абсолютно черным телом и тогда можно использовать закон Стефана-Больцмана, для определения температуры. Измерив температуру в любой точке пламени и сопоставив ей полученное значение светимости, можно получить температуру в любой точке пламени.

В третьей главе приведены результаты экспериментальных исследований.

Определяющими физическими явлениями, контролирующими устойчивость обращенного пламени и самопроизвольное образование вихревых структур, являются тепловая гравитационная конвекция и срыв пограничного слоя со стабилизатора. Роль тепловой гравитационной конвекции в условиях полуограниченного пространства описана в работе [2]. Для выяснения роли определяющих физических явлений и механизмов самоорганизации вихревых структур в обращенном пламени в условиях модельной цилиндрической камеры сгорания и камере Хилл-Шоу опыты проводили при различной ориентации горелочного устройства относительно вектора ускорения свободного падения. Роль срыва пограничного слоя изучали при изменении расположения и формы стабилизатора относительно вектора скорости потока.

Фотографии обращенных пламён приведены на рис. 2.

■ -1 и»-. ■.

1 / / 1 в в

Рис. 2. Фотографии исследуемых объектов: а) обращенное пламя на продольном стабилизаторе; б) опрокинутое обращенное пламя на продольном стабилизаторе;

в) обращенное пламя на поперечном стабилизаторе; г) опрокинутое обращенное пламя на поперечном стабилизаторе

Границы устойчивости обращенных пламён получали путем обмера по фотографиям геометрических параметров пламени при изменении расхода горючей смеси. Измеренные параметры обращенного пламени позволили построить графики зависимости этих параметров от числа Рейнольдса. Из физических соображений и из размерного анализа определяющих параметров задачи следует, что границы устойчивого горения заранее перемешанной газовой смеси могут быть указаны в координатах чисел Рейнольдса и диффузионного числа Пекле. Результаты расчета области устойчивости обращенного пламени в параллельном потоке представлены на рис. 3, опрокинутого обращенного пламени - на рис. 4.

35 30 25 20

10 5 О

О 300 600 900 1200 1500 Re

Рис. 3. Область устойчивости обращеного пламени в параллельном потоке

эо

S 20

а.

200 400 600 800 1000 1200 Re

Рис. 4. Область устойчивости опрокинутого обращенного пламени в параллельном потоке

А ▲

6.0% 5.5% 5.0% 4.5% 4.0%

Экспериментальные зависимости Реп(Яе) получены в широком диапазоне концентраций смеси, диаметров горелок и скоростей газа. Начиная от нижнего, и кончая верхним пределом воспламенения горючей газовой смеси, обращенное в потоке, параллельном поверхности стабилизатора пламя устойчиво в области, ограниченной замкнутой кривой Реп(Яе).

Из графиков видно, что увеличение концентрации пропана приводит к расширению границ устойчивого горения смеси в обращенном пламени. Каждому составу перемешанной горючей газовой смеси соответствует предельное значение радиуса

Нагревание стабилизатора приводит к тому, что конус пламени до полной стабилизации может самостоятельно дрейфовать вверх от среза горелки при неизменном расходе горючей смеси на расстояние 2-3 диаметра пламени. Скорость дрейфа фронта пламени определяется скоростью нагрева стабилизатора и не превышает нескольких миллиметров в секунду. Теплопередача из зоны горения на стабилизатор и диффузия на внешней границе струи определяют коэрцитивную силу гистерезисной зависимости безразмерного расстояния стабилизации г^/г^^ от числа Рейнольдса, которая

Рис. 5. Гистерезисная зависимость безразмерного расстояния стабилизации

от числа Рейнольдса: О - статическая зависимость (скорость дрейфа пламени равна нулю); о - динамическая зависимость (скорость дрейфа отлична от нуля)

Закономерности самопроизвольного формирования стационарных вихревых структур в «опрокинутом» обращенном пламени исследовали в камере Хил-Шоу. Было установлено, что в обращенном пламени до его опрокидывания образование вихревых структур не происходит. Это свидетельствует о ведущей роли тепловой гравитационной конвекции в самоорганизации вихревых структур. Изменение определяющих физических параметров в широком диапазоне показало, что критические условия самопроизвольного образования вихревых структур совпадают с областью устойчивости самого опрокинутого обращенного пламени. Этот результат не противоречит результатам исследований самоорганизации вихревых структур в опрокинутом пламени под горизонтально расположенной поверхностью теплообмена, приведенным в работах [1, 3]. Как и ожидалось, обращение опрокинутого пламени, расширяет границы самопроизвольного образования вихревых структур в связи с перестройкой поля скоростей газа вблизи стабилизатора.

Для выяснения роли гидродинамического растяжения фронта пламени методом цифровой фотометрии было изучено изменение распределения температур в бунзеновском, обращенном и обращенном «опрокинутом» пламени. Область максимальной температуры в бунзеновском пламени находится в вершине конуса, а в обращенных пламенах происходит смещение зоны максимальной температуры в область основания конуса пламени. За фронтом пламени вблизи поверхности стабилизатора образуется зона пониженной температуры. Градиент температур в касательном направлении относительно фронта пламени свидетельствует о наличии касательной составляющей вектора плотности теплового потока и влиянии «стретч-эффекта».

Характерные распределения температур и вихреобразование при опрокидывании пламени влияют на скорость теплообмена в камере сгорания. Измерение коэффициентов теплоотдачи из зоны пламени к стенкам камеры сгорания производили в трех сравнительных сериях экспериментов. Целью каждой серии экспериментов являлось исследование скорости изменения температуры в калориметре (рис. 6) от времени после инициирования горения.

Из графика видно, что «опрокидывание» пламени приводит к интенсификации процесса теплообмена примерно в 4 раза.

од

35 30 25

15 10 5 0

Рис. 6. График зависимости роста температуры в калориметре от времени

В четвертой главе на основании полученных экспериментальных данных обсуждаются физические явления, определяющие горение и теплообмен в обращенном пламени.

Формирование обращенного пламени определяется процессами конвективного переноса, теплопроводности и диффузии, поэтому важно оценить толщину пограничного слоя вблизи бесконечно длинного цилиндра, диаметр которого сравним с шириной теплового слоя впереди фронта пламени. Используя формулы преобразования Манглера и выражение для оценки толщины пограничного слоя из [4], толщину пограничного слоя в круглой струе 5 можно описать выражением:

8 = ^8 Я '

где 8 - толщина плоского пограничного слоя, г0 - радиус обтекаемого цилиндра, Я - радиус пламени. Полученное выражение для толщины пограничного слоя позволяет сделать вывод о решающей роли свободной конвекции при самопроизвольном формировании вихревых структур в пламени при его опрокидывании. Механизм вихреобразования, связанный со срывом пограничного слоя в параллельном потоке, очевидно, не работает.

1 1 1 ( камераоткрыта с обоих концов камера!закрыта сводного конца опрокинутое обращенное пламя V О А

О 25 50 75 100 125 150 175 200

В п. 4.1 обсуждается влияние дрейфа на продольном стабилизаторе на гистерезис условий стабилизации пламени. Получено выражение для оценки скорости дрейфа:

u=Q-{R + r0)-l-uH с-р-ДГ-Го '

где Q - удельная теплота сгорания пропановоздушной смеси, и„ -нормальная скорость распространения пламени, Rui- радиус основания и длина образующей конуса пламени, г0 - радиус стабилизатора, с - удельная теплоемкость стали, ЛТ- изменение температуры участка стабилизатора в единицу времени. Подставляя в полученное выражение численные значения входящих в него величин, получим

usl-lO-3 -í-5-10"3 м/с, что согласуется с экспериментальными данными. Очевидно, что теплопередача из зоны горения на стабилизатор и диффузия на внешней границе струи определяют коэрцитивную силу гистерезисной зависимости безразмерного расстояния

стабилизации /г/шах от числа Рейнольдса, которая представлена

на рис. 5 и составляет (0,1^0,5)-Re.

В п. 4.2 сравнивается теоретическое и экспериментальное отношение безразмерных коэффициентов теплоотдачи при ламинарном и турбулентном (вихревом) течениях. Теоретическая оценка для

Nuv 0,0296 -Re^-Pr0'43 0

условии устойчивого пламени:-=-гт-гн—«8, из экс-

J Nu, 0,33-«e -Pr1/3

Nu, (■dT/dt\ 0,16 периментальных данных = ^у^ "¡Jo? • Теоретические и

экспериментальные оценки совпадают по порядку величины.

С целью выяснения роли физических процессов вычислены числа Стантона, St¡ и Stv, характеризующие отношение количества теплоты и количества движения, переносимые потоком при ламинарном и вихревом режимах:

= 0,33 Re°-sPrm 33Re-uzpr-2n =00]3 ' RePr

0,0296

Re-Pr

Из полученных оценок видно, что в вихревом движении удельная доля переноса потока импульса примерно на 20% превышает перенос потока теплоты по сравнению с ламинарным течением. Это, по-видимому, означает, что интенсификация теплообмена достигается за счет увеличения локальной скорости неравномерно нагретых продуктов горения вблизи поверхности камеры сгорания.

В п. 4.3 обсуждается влияние гидродинамического растяжения пламени на его структуру, оценку которого проводили по результатам расчетов распределений температуры. Градиенты температур в окрестности максимума температуры определяют скорость теплоотдачи с участка поверхности фронта пламени. В связи с этим, параметр Карловица вычисляли, как отношение градиентов температур в направлении нормали и касательной к поверхности фронта пламени в данной точке. Результаты вычислений сопоставляли с условиями на границе области устойчивости обращенного пламени. Обнаружено, что если в любой точке границы устойчивости параметр Карловица больше 12, то фронт пламени срывается со стабилизатора и гасится.

Приводятся оценки возможных изменений температуры и концентрации на элементе фронта при обращении или опрокидывании пламени. Из полученных выражений видно, что угол наклона данного участка поверхности фронта пламени относительно вектора скорости горючей газовой смеси определяет изменение температуры и концентрации на нем. Это подтверждается результатами экспериментов, полученных в данной работе.

В приложениях приведены листинги программ для расчета и визуализации температурных полей методом цифровой фотометрии.

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ И ВЫВОДЫ

1. Разработаны методика комплексного изучения гидродинамических и теплофизических явлений, происходящих при обращении и опрокидывании газовоздушного пламени и экспериментальные установки для проведения исследований.

2. Разработан и апробирован оригинальный метод цифровой фотометрии для визуализации течений в пламени.

3. Разработан и опробован метод муаров для исследования глубины выгорания поверхности теплообмена. Показано, что он может быть использован при экспериментальном исследовании процессов теплообмена между пламенем и стенкой камеры сгорания.

4. Предложен оригинальный метод стабилизации обращенного пламени на стабилизаторе, расположенном параллельно потоку газа.

5. Получены области устойчивого горения газовоздушного пламени при стабилизации в параллельном потоке при изменении безразмерных критериев Рейнольдса и Пекле (при Re = 600\ PeD = 11+26 для обращенного пламени и РеD = 2+35 для опрокинутого обращенного пламени).

6. Обнаружен гистерезис устойчивого горения обращенного пламени по числу Рейнольдса. Дано объяснение физического механизма, управляющего коэрцитивной силой гистерезисной зависимости, составляющей (0,1+0,5)-Re.

7. Проведены расчеты температурных полей для бунзеновско-го и обращенных пламён. Обнаружено влияние стретч-эффекта на расположение максимума температуры. Расчетами параметра Карловича показано, что неравномерность распределения температуры на поверхности пламени может являться причиной развития неустойчивости пламени.

8. Обнаружено явление самопроизвольного формирования вихревых структур при «опрокидывании» обращенного пламени.

9. Исследовано влияние самопроизвольных вихревых структур на интенсивность теплообмена. Показано, что коэффициент теплоотдачи при «опрокидывании» обращенного пламени возрастает в несколько раз (Nuy/Nui ~ 4). Дано физическое объяснение полученного эффекта.

ОСНОВНЫЕ ПУБЛИКАЦИИ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ

1. Алексеев М.М. Вихревые структуры в плоском, опрокинутом «обращенном» пламени / М.М. Алексеев, В.П. Самсонов // Сб. аннотации докладов IX-го Всероссийского съезда по теоретической и прикладной механике, Том II: - Нижний Новгород, Россия, 2006. -С. 11.

2. Alexeev М.М. Method of digital Photometry for Vizualiza-tion and Calculation of physical Parameters Distributions in transparent radiating Flows / M.M. Alexeev, E.Yu. Murunov, V.P. Samsonov // 13rd Int. Conference on Meth. Aerophys. Research: - Novosibirsk, 2007. -P. 5-12.

3. Alexeev M.M. Experimental Investigation of Influence of "Stretch-Effect" on Flame Front Structure / M.M. Alexeev, E.Yu. Mu-runov, V.P. Samsonov // IX Int. Sympos. on Self-propagating High-temperature Synthesis: - Dijon, France, 2007. - P. 5.

4. Алексеев M.M. Метод цифровой фотометрии в исследовании структуры вихревого пламени / М.М. Алексеев, В.П. Самсонов // Письма в Журнал технической физики. - 2007. - Т. 33, вып. 11. -С. 34-40.

5. Алексеев М.М. Способ измерения глубины неровностей на поверхностях твердых тел / М.М. Алексеев, В.П. Самсонов // Патент на изобретение 564278 МПК F24C 9/00 Сург. гос. ун-т. -2006136940/28; Заявл. 18.10.2006; Опубл. 23.05.2008; Бюл. №11.

6. Алексеев М.М. Формирование обращенного пламени на тонком бесконечном стабилизаторе // В материалах Международной конференции «Сопряженные задачи механики реагирующих сред, информатики и экологии»: Томск, Россия, 2007. - С. 12.

7. Алексеев М.М. Дрейф фронта обращенного пламени на бесконечном тонком стабилизаторе / М.М. Алексеев, А.И. Медведев, А.Г. Мустяца // Наука и инновация XXI века: материалы VIII Окружной конференции молодых ученых - Сургут: Изд-во Сур. унта, 2008.-Т. 1.-С. 9-10.

8. Алексеев М.М. Новые методы экспериментальных исследований гидродинамики и тепло-массообмена в химически реагирующих среда / М.М. Алексеев, В.П. Самсонов. - Сургут: Изд-во Сур. ун-та, 2008.- 141 с.

9. Алексеев М.М. Стабилизация обращенного пропановоз-душного пламени на струне, натянутой вдоль потока / М.М. Алексеев, В.П. Самсонов // Физика горения и взрыва. - 2009. - Т. 45, № 2. -С. 3-11.

СПИСОК ЦИТИРУЕМОЙ ЛИТЕРАТУРЫ

1. Самсонов В.П. Исследование структуры пламени в пограничном слое методом осаждения сажи на поверхность / В.П. Самсонов // Химическая физика. - 1992. - Т. 11, № 11. - С. 1580-1587.

2. Самсонов В.П. Самопроизвольные вихревые структуры в пламени / В.П. Самсонов. - Томск: Изд-во Томского гос. ун-та, 2003. -124 с.

3. Алексеев М.В. Закономерности спонтанного образования вихревого диффузионного пламени / М.В. Алексеев, И.Г. Фатеев,

B.П. Самсонов // Физика горения и взрыва. - 1989. - Т. 25, № 6. -

C. 47-50.

4. Шлихтинг Г. Теория пограничного слоя / Г. Шлихтинг. -М.: Наука, 1974.-711 с.

Алексеев Максим Михайлович

ГИДРОДИНАМИКА И СТРУКТУРА ОБРАЩЕННОГО ОПРОКИНУТОГО ПЛАМЕНИ

01.02.05 - Механика жидкости, газа и плазмы

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата физико-математических наук

Подписано в печать 12.05.09. Формат 60x84/16.

Усл. печ. л. 1,2. Уч.-изд. л. 1,05. Печать трафаретная. Тираж 100. Заказ № П-47.

Отпечатано полиграфическим отделом Издательского центра СурГУ. г. Сургут, ул. Лермонтова, 5. Тел. 32-33-06.

ГОУ ВПО «Сургутский государственный университет ХМАО - Югры» 628400, Россия, Ханты-Мансийский автономный округ, г. Сургут, пр. Ленина, 1. Тел. (3462) 76-29-00, факс (3462) 76-29-29.

Содержание диссертации автор исследовательской работы: кандидата физико-математических наук, Алексеев, Максим Михайлович

Введение.

1. Особенности течения газа при обращении пламени на теле обтекания.

1.1 Влияние обращения и опрокидывания пламени на его структуру и перестройку течения.

1.2 Методы исследования структуры обращенного опрокинутого пламени и тепломассообмена в вихревом течении.

1.3 Программа исследований.

2. Методика эксперимента.

2.1 Объекты исследований.

2.2 Системы и методы визуализации вихревых течений, автоматического контроля и измерения параметров среды.

2.2.1 Метод муарового аналога интерференции для измерения глубины выгорания поверхности теплообмена.

2.2.2 Метод цифровой фотометрии для исследования температурного поля пламени.

2.2.3 Метод светящихся треков.

3. Закономерности самопроизвольного формирования вихревых структур в обращенном пламени.

3.1 Устойчивость обращенного пламени.

3.1.1 Границы устойчивости обращенного пламени в параллельном потоке.

3.1.2 Границы устойчивости опрокинутого обращенного пламени в параллельном потоке.

3.1.3 Границы устойчивости опрокинутого пламени, обращенного на поперечном стабилизаторе.

3.2 Изменение структуры и скорости теплообмена в обращенном пламени при его опрокидывании.

4. Физические явления, определяющие горение и теплообмен в обращенном пламени.

4.1 Влияние дрейфа на продольном стабилизаторе на гистерезис условий стабилизации пламени.

4.2 Механизмы влияния вихреобразования в «опрокинутом» пламени на интенсивность теплообмена.

4.3 Влияние гидродинамического растяжения пламени на его структуру

Введение диссертация по механике, на тему "Гидродинамика и структура обращенного опрокинутого пламени"

- описание развития гидродинамической неустойчивости фронта пламени и турбулентное горение;

- создание и развитие оптических методов диагностики процессов горения.

Течение среды с фронтальными химическими реакциями вблизи тела, формирующего пограничный слой, вызывает значительный научный и практический интерес в связи с фундаментальными проблемами теории турбулентности и возможностью существенной интенсификации процессов тепломассообмена. Влияние теплового и динамического пограничного слоя на формирование и устойчивость фронта горения многогранно и неоднозначно. Построение теорий, адекватно отражающих формирование и устойчивость фронта пламени, а также процессы переноса вблизи него сопряжено с недостатком экспериментальных данных. Сведения о закономерностях формирования пограничного слоя вблизи тела обтекания очень малых размеров в научной литературе отсутствуют вообще. Закономерности стабилизации пламени и горения газов вблизи тела обтекания, имеющего характерный размер, сравнимый с тепловой толщиной фронта, практически не изучены. В ламинарной струе газа развитие пограничного слоя вдоль оси струи приводит к появлению двух и более максимумов в радиальном профиле скорости, что является причиной периодического вихреобразования и неустойчивости горения. Опрокидывание пламени относительно вектора ускорения свободного падения является еще одной причиной расширения диапазона чисел Рей-нольдса и Рэлея, при которых возможно формирование вихревых структур.

Известно, что в промышленных горелках наиболее распространенным способом интенсификации процессов горения и теплообмена является принудительная закрутка газа в камере сгорания. Достижение необходимого эффекта связано с увеличением интенсивности закрутки, которая достигается путем усложнения конструкции камеры сгорания и требует дополнительных энергетических затрат. Это снижает экономическую и технологическую эффективность известных топочных устройств. Известно, что опрокидывание пламени позволяет достигнуть скорости вращательного движения газа того же порядка, что и в диссипативных вихревых структурах Рэлей-Бенара, Марангони и в течениях с принудительной закруткой. Наличие поверхности стабилизатора или стенок камеры сгорания позволяет создать необходимые направление и величину теплового потока из зоны горения. Сопутствующими физическими эффектами, определяющими развитие вихревых структур, являются: немонотонное и неодномерное распределение концентраций компонент горючей смеси, характерное преломление линий тока во фронте обращенного пламени и гидродинамическое растяжение фронта пламени (стретч-эффект), вызванное тангенциальной составляющей скорости потока относительно фронта пламени или изменением его кривизны. Первые два из этих эффектов позволяют получить различные конфигурации фронта пламени от плоской поверхности до вывернутого и перевернутого круглого конуса. Опрокидывание конуса пламени вершиной вниз вызывает появление от одного до нескольких максимумов (и минимумов) температуры на фронте пламени, что позволяет получить сверхадиабатические температуры в газовоздушном пламени и изменять направление тепловых потоков из зоны горения. Стретч-эффект усугубляет ситуацию с перераспределением тепловых потоков вблизи фронта пламени. Однако экспериментальные данные о влиянии стретч-эффекта на распределение температуры во фронте пламени и его роли в развитии неустойчивости горения и процессах переноса в научной литературе отсутствуют.

В опрокинутом пламени вблизи стенок камеры сгорания можно создать условия для формирования не только стационарных, но и колебательных вихревых структур. Периодическое вихреобразование при отрыве пограничного слоя порождает когерентные нестационарные вихревые структуры. Взаимодействие обоих типов вихревых структур является причиной появления гистерезиса геометрических параметров пламени и скорости тепловыделения в зависимости от расхода газа и, соответственно, тепловой мощности горелки.

При формировании обращенного пламени на стабилизаторе, расположенном вдоль оси струи горючей газовой смеси возможен ряд физических эффектов, вязанных с дрейфом пламени вверх-вниз по потоку. Явление самопроизвольного перемещения фронта пламени при постоянном объемном расходе горючей газовой смеси не изучено, хотя имеет технические приложения в области создания горелочных устройств специального назначения.

Есть еще одно важное приложение явления формирования вихревых структур в пламени, обращенном на стабилизаторе, расположенном вдоль оси струи, связано с возможностью формирования такого поля концентраций и температур, при котором в отдельных зонах пламени генерируются нано-частицы углерода. Кроме того, обращение пламени при продольном обтекании стабилизатора позволяет управлять положением пламени в широком диапазоне координат и осаждать углеродные наночастицы в заданных точках внутренней поверхности камеры сгорания.

Достижение указанной цели требует решения ряда научных задач:

- определение областей устойчивости обращенного пламени в различных граничных условиях, создаваемых в модельном горелочном устройстве при изменении безразмерных критериев Рейнольдса, Пекле, Карловича;

- изучение тепловой структуры пламени и ее влияния на тепломассообмен в модельной камере сгорания;

Научная новизна. В диссертационной работе впервые:

1) Предложен новый способ стабилизации обращенного пламени при расположении струны-стабилизатора вдоль оси струи газовоздушной смеси.

2) Экспериментально определены границы устойчивости обращенного пламени в координатах чисел Рейнольдса, Карловица и диффузионного числа Пекле. Подтверждена гипотеза о влиянии пограничного слоя, формирующегося на стабилизаторе, на границы устойчивости.

3) Получены новые данные о влиянии обращения и опрокидывания газовоздушного пламени на тепловую структуру пламени. Определены условия влияния стенок модельной камеры сгорания на устойчивость горения.

4) Изучены закономерности влияния вихревых структур на интенсивность процессов тепломассообмена. Установлено, что тепловой поток из зоны пламени к стенкам модельной цилиндрической камеры сгорания увеличивается на 20%.

5) Обнаружены гистерезисные явления при формировании обращенного пламени в координатах в виде зависимостей геометрических параметров пламени от скорости газовоздушной смеси.

6) Обнаружено и изучено явление дрейфа пламени вдоль стабилизатора.

7) Предложены новые оригинальные методы диагностики процессов горения: а) метод цифровой фотометрии исследования температурного и концентрационного полей прозрачного пламени; б) метод муарового аналога интерференции для измерения глубины выгорания поверхности теплообмена.

8) Разработан физический механизм формирования вихревых структур в обращенном пламени и их влияния на интенсивность процессов тепломассообмена. Показано, что формирование вихревых структур в опрокинутом обращенном пламени происходит под влиянием встречной струи восходящих продуктов горения и обусловлено характерным профилем скорости газа с перегибом, формирующимся в пограничном слое.

На защиту выносятся: 1) Комплексная методика экспериментального исследования структуры обращенного пламени и вихревых течений, позволившая визуализировать поля скоростей, произвести измерения полей температур, измерить величину тепловых потоков из зоны горения на поверхность камеры сгорания, установить физические процессы, приводящие к вихреобразованию и увеличению интенсивности теплообмена.

2) Экспериментальные результаты, подтверждающие: а) влияние профиля скорости газа на границы устойчивости обращенного пламени в открытой атмосфере, в полуоткрытой цилиндрической трубе и в плоском канале Хил-Шоу; б) влияние профиля скорости газа на расширение области формирования вихревых структур в координатах чисел Рейнольдса по сравнению с необращенным пламенем; в) изменение интенсивности теплопередачи на поверхность теплообмена при перестройке потенциального течения в вихревое.

3) Экспериментальное и теоретическое обоснование предлагаемых физических механизмов самоорганизации стационарных вихревых структур в пламени, согласно которому спонтанная самоорганизация вихревых течений вызвана: а) характерным профилем скорости газа в газовоздушной струе, формирующимся под влиянием пограничного слоя; б) свободно-конвективной неустойчивостью, в зависимости от ориентации фронта пламени и направления его распространения относительно вектора ускорения свободного падения.

4) Экспериментальное и теоретическое обоснование предлагаемых физических механизмов самопроизвольного дрейфа пламени вдоль вертикально расположенного стабилизатора-струны, согласно которому скорость дрейфа пламени связана с прогревом стабилизатора. Гистерезис геометрических параметров пламени в зависимости от скорости газовоздушной смеси обусловлен дрейфом пламени вдоль стабилизатора.

Практическая ценность и внедрение результатов диссертационной работы заключаются в следующем:

1) Обнаруженные закономерности формирования обращенного пламени и изменения его структуры дополняют представления о возможных причинах и условиях спонтанного вихреобразования при малых числах Рейнольдса, влиянии вихревой структуры на неустойчивость горения, скорость и полноту сгорания топлива, величину и направление теплового потока из зоны горения.

2) Полученные количественные данные могут быть использованы для разработки горелочных устройств с новыми эксплуатационными характеристиками, а также для повышения экономичности камер сгорания.

3) Оригинальные методы диагностики пламени могут применяться для широкого круга объектов исследования, связанных с горением и низкотемпературной плазмой.

4) Диссертационная работа выполнялась на кафедре экспериментальной физики Сургутского государственного университета (2005-2008 г.г.). Разработанные методы диагностики пламени применялись в экспериментальных исследованиях горения газовых и конденсированных систем, выполнявшихся по госбюджетной теме кафедры экспериментальной физики СурГУ. Госбюджетная тема зарегистрирована во ВНТИЦ за № 0120.0 802766. Выполнение работы поддержано 2 грантами и 2 премиями Губернатора Ханты-Мансийского автономного округа - Югры в 2006 и 2007 годах.

Апробация работы.

Основные результаты работы, изложенные в диссертации, опубликованы в работах [1-9] и докладывались на:

- 1Х-ом Всероссийском съезде по теоретической и прикладной механике (Нижний Новгород, Россия, 2006 г.);

- 13-ой Международной конференции по аэрофизическим методам исследования (Новосибирск, 2007 г.);

- Международной конференции «Сопряженные задачи механики реагирующих сред, информатики и экологии (Томск, 2007 г.);

- 9-ом Международном Симпозиуме по самораспространяющемуся высокотемпературному синтезу (Дижон, Франция, 2007 г.);

- 8-ой научной конференции «Наука и инновации 21 века» (Сургут, 2007 г.);

- 9-ой научной конференции «Наука и инновации 21 века» (Сургут, 2008 г.);

Также основные результаты опубликованы в 2 журналах, относящихся к перечню Высшей аттестационной комисии [4, 7].

Количество основных работ по диссертации - 9.

Структура и объём диссертации.

Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения, списка литературы из 94 наименований и 2 приложений. Общий объём составляет 128 страниц, включая 44 рисунка.

Заключение диссертации по теме "Механика жидкости, газа и плазмы"

Заключение

1) Разработаны методика комплексного изучения гидродинамических и теплофизических явлений, происходящих при обращении и опрокидывании газовоздушного пламени и экспериментальные установки для проведения исследований.

2) Разработан и апробирован оригинальный метод цифровой фотометрии для визуализации течений в пламени.

3) Разработан и опробован метод муаров для исследования глубины выгорания поверхности теплообмена. Показано, что он может быть использован при экспериментальном исследовании процессов теплообмена между пламенем и стенкой камеры сгорания.

4) Предложен оригинальный метод стабилизации обращенного пламени на стабилизаторе, расположенном параллельно потоку газа.

5) Получены области устойчивого горения газовоздушного пламени при стабилизации в параллельном потоке при изменении безразмерных критериев Рейнольдса и Пекле (при Re=600\ PeD=11+26 для обращенного пламени и PeD=2+35 для опрокинутого обращенного пламени).

6) Обнаружен гистерезис устойчивого горения обращенного пламени по числу Рейнольдса. Дано объяснение физического механизма, управляющего коэрцитивной силой гистерезисной зависимости, составляющей (0,l+0,5)-Re.

7) Проведены расчеты температурных полей для бунзеновского и обращенных пламён. Обнаружено влияние стретч-эффекта на расположение максимума температуры. Расчетами параметра Карловича показано, что неравномерность распределения температуры на поверхности пламени может являться причиной развития неустойчивости пламени.

8) Обнаружено явление самопроизвольного формирования вихревых структур при «опрокидывании» обращенного пламени;

9) Исследовано влияние самопроизвольных вихревых структур на величину коэффициента теплоотдачи из пламени на стенки цилиндрической камеры сгорания. Показано, что коэффициент теплоотдачи при «опрокидывании» обращенного пламени возрастает в несколько раз (Nu^Nui~ 4). Дано физическое объяснение полученного эффекта.

Список источников диссертации и автореферата по механике, кандидата физико-математических наук, Алексеев, Максим Михайлович, Сургут

1. Алексеев М.М. Вихревые структуры в плоском, опрокинутом «обращенном» пламени / М.М. Алексеев, В.П. Самсонов // Сб. аннотации докладов 1. -го Всероссийского съезда по теоретической и прикладной механике, Том II: - Нижний Новгород, Россия, 2006. - с. 11 .

2. Alexeev M.M. Experimental Investigation of Influence of "Stretch-Effect" on Flame Front Structure / M.M. Alexeev, E.Yu. Murunov, V.P. Samsonov // IX Int. Sympos. on Self-propagating High-temperature Synthesis: Dijon, France, 2007.

3. Алексеев M.M. Метод цифровой фотометрии в исследовании структуры вихревого пламени / М.М. Алексеев, В.П. Самсонов // Письма в Журнал технической физики. 2007. - Т. 33, вып. 11.-е. 34-40.

4. Алексеев М.М. Способ измерения глубины неровностей на поверхностях твердых тел / М.М. Алексеев, В.П. Самсонов // Патент на изобретение 564278 МПК F24C 9/00 Сург. гос. ун-т. 2006136940/28; Заявл. 18.10.2006; Опубл. 23.05.2008; Бюл. №11.

5. Алексеев М.М. Формирование обращенного пламени на тонком бесконечном стабилизаторе // В материалах Международной конференции «Сопряженные задачи механики реагирующих сред, информатики и экологии»: Томск, Россия, 2007. с. 12.

6. Алексеев М.М. Новые методы экспериментальных исследований гидродинамики и тепло-массообмена в химически реагирующих среда / М.М. Алексеев, В.П. Самсонов. Сургут: Изд-во Сург. ун-та, 2008. - 141 с.

7. Алексеев М.М. Стабилизация обращенного пропановоздушного пламени на струне, натянутой вдоль потока / М.М. Алексеев, В.П. Самсонов // Физика горения и взрыва. 2009. - Т. 45, № 2. - с. 3-11.

8. Математическая теория горения и взрыва / Я.Б. Зельдович, Г.И. Баренб-латт, В.Б. Либрович, Г.М. Махвиладзе. М., Наука, 1980. - 478 с.

9. Лыоис Б. Горение, пламя и взрывы в газах / Б. Льюис, Г. Эльбе. М.: Мир, 1968.-592 с.

10. Ландау Л. Д., Лифшиц Е.М. Гидродинамика: В Ют. / Л. Д. Ландау, Е.М. Лифшиц. М.: Наука, 1988. - Т. 6. - 736 с.

11. Соколик А.С. Самовоспламенение, пламя и детонация в газах / А.С. Соколик. М.: Изд-во. АН СССР, 1960. - 427 с.

12. Дудкин В.А. О работе химического СО-лазера непрерывного действия при горении смеси С2 N20 - О2 / В.А. Дудкин, В.Б. Либрович, В.Б. Ру-хин // Физика горения и взрыва. - 1978. - Т. 14, № 1.-е. 141-143.

13. Абруков С.А. Закономерности распространения пламени в трубе в условиях невесомости, исследование его устойчивости / С.А. Абруков, Н.И. Кидин, В.П. Самсонов // Физика горения и взрыва. 1984. - Т. 20. - № 6. -с. 61-64.

14. Шлихтинг Г. Теория пограничного слоя. М.: Наука, 1974. -711 с.

15. Феттинг. Стабилизация турбулентного пламени вблизи пределов срыва / Феттинг, Чудхари, Уилхелм // Вопросы зажигания и стабилизации пламени: Сб. науч. ст. М.: 1963. - с. 219-243.

16. Chaparro A. Transfer function characteristics of bluff-body stabilized, conical V-shaped premixed turbulent propane-air flames/ A. Chaparro, E. Landry, B. M. Cetegen // Combustion and Flame. 2006. - V. 145, № 1-2. - p. 290-299.

17. De Swart J.A.M. Detailed analysis of the mass burning rate of stretched flames including preferential diffusion effects / J.A.M. de Swart, G.R.A. Groot, J.A. van Oijen and etc. // Combustion and Flame. 2006. - V. 145, № 1-2. - p. 245-258.

18. Galizzi C. Experimental analysis of an oblique laminar flame front propagating in a stratified flow / C. Galizzi, D. Escudie // Combustion and Flame. -2006. V. 145, № 3. - p. 621-634.

19. Cheng Z. Lean and ultralean stretched propane-aircounterflow flames / Z. Cheng, R.W. Pitz, J.A. Wehrmeyer // Combustion and Flame. 2006. - V. 145, №4.-p. 647-662.

20. Wang P. Stretch rate of tubular premixed flames / P. Wang, J.A. Wehrmeyer, R.W. Pitz // Combustion and Flame. 2006. - V. 145, № 1-2. - p. 401-414.

21. Lock. A.J. Liftoff characteristics of partially premixed flames under normal and microgravity conditions / A.J. Lock, A.M. Briones, X. Qin and etc // Combustion and Flame. 2005. - V. 143, № 2. - p. 159-173.

22. Шторк С.И. О формировании когерентных винтовых структур в закрученной струе / С.И. Шторк, К.Э. Кала, Э.К. Фернандес, М.В. Хейтор // Письма в ЖТФ.-2005.-Т. 31, Вып. 15.-С.62-68.

23. Алексеев М.В. Закономерности спонтанного образования вихревого диффузионного пламени /М.В. Алексеев, И.Г. Фатеев, В.П. Самсонов // Физика горения и взрыва. 1989. - Т. 25, № 6. - с. 47-50.

24. Самсонов В.П. Исследование структуры пламени в пограничном слое методом осаждения сажи на поверхность / В.П. Самсонов // Химическая физика. 1992.-Т. 11, № 11.-е. 1580-1587.

25. Самсонов В.П. Влияние перестройки вихревой структуры на теплообмен в «опрокинутом» пламени / В.П. Самсонов // Физика горения и взрыва. — 2003.-Т. 39, №2.-с. 11-14.

26. Самсонов В.П. Влияние состава горючей смеси на вихревую структуру в пламени / В.П. Самсонов // Физика горения и взрыва. 2003. - Т. 39, № 3. -с. 1-6.

27. Гельфанд Б.Е. Газодинамические явления при воспламенении и горении гомогенных смесей вблизи неплоских поверхностей / Б.Е. Гельфанд, A.M. Бартенев, С.П. Медведев, и др. // Российский химический журнал. — 2001.-Т. XLV, № 3. с. 5-14.

28. Bae J.H. High-pressure combustion of submillimeter-sized nonane droplets in a low convection environment / J.H. Bae, C.T. Avedisian // Combustion and Flame. 2006. - V. 145, № 3. - p. 607-620.

29. Воронцов С.С. Определение полноты сгорания водорода в сверхзвуковом потоке оптическим методом / С.С. Воронцов, В.А. Константиновский, П.К. Третьяков // Физическая газодинамика. Новосибирск: ИТПМ СО АН СССР, 1976.-с. 69-72.

30. Баев В.К. Горение в сверхзвуковом потоке / В.К. Баев, В.И. Головичев, П.К. Третьяков. Новосибирск: Наука, 1984. - 255 с.

31. Миронов С.Г. Исследование оптическим методом процесса вибрационного горения водорода в трубах / С.Г. Миронов, А.В. Потапкин // Физика горения и взрыва. 2006. - Т. 42, № 1.-е. 34-38.

32. Guttenfelder W.A. Hydroxyl time series and recirculation in turbulent non-premixed swirling flames / W. A. Guttenfelder, M.W. Renfro, N.M. Lauren-deau, Ji Jun a.o. // Combustion and Flame. 2006. - V. 147, № 1-2. - p. 1121.

33. Moore T. Measurements and modeling of SiC14 combustion in a low-pressure Н2Ю2 flame / T. Moore, B. Brady and L.R. Martin // Combustion and Flame. 2006. - V. 146, № 3. - p. 407-418.

34. Mikofski M.A. Flame height measurement of laminar inverse diffusion flames / M.A. Mikofski, T.C. Williams, C.R. Shaddix and L.G. Blevins // Combustion and Flame. 2006. - V. 146, № i2. - p. 63-72.

35. Sutton G. A combustion temperature and species standard for the calibration of laser diagnostic techniques / S. Gavin, A. Leviclc, G. Edwards and D. Greenhalgh // Combustion and Flame. 2006. - V. 147, № 1-2. - p. 39-48.

36. Yang R. Diagnostics of flame temperature distribution of solid propellants by spectrographic analysis / R. Yang, Li Yu., Zhang Sh. a.o. // Combustion and Flame. 2006. - V. 145, № 4. - p. 836-844.

37. Бакакин Г.В. Фотометрический способ измерения линейных размеров / Г.В. Бакакин, П.Я. Белоусов, Ю.Н. Дубнищев, В.Г. Меледин, Ю.А. По-хальчук // Автометрия. 1977. - № 4. - с. 23-29.

38. Преображенский В.В. Контроль параметров процесса молекулярно-лучевой эпитаксии GaAs при низких температурах роста / В.В. Преображенский, М.А. Путято, Б.Р. Семягин // Физика и техника полупроводников. 2002. - Т. 36, вып. 8. - с. 897-901.

39. Бурдуков А.П. Исследование динамики горения частиц малолетучих топ-лив на основе измерения «термометрической» и цветовой температуры /

40. A. П. Бурдуков, В. И. Попов, В. Д. Федосенко // Физика горения и взрыва. 1999. - Т. 35, № 5. - с. 27-30.

41. Сергиенко И.А. Особенности испускательных и поглощательных характеристик частиц сажи при температурах горения / И. А. Сергиенко, А. В. Флорко, В. Г. Шевчук // Физика горения и взрыва. 2000. - Т. 36, № 2. -с. 33-39.

42. Альтман И.С. Об определении температуры частиц по спектру излучения / И. С. Альтман // Физика горения и взрыва. 2004. - Т. 40, № 1.-е. 7577.

43. Lafay Y. Experimental and numerical investigation of the effect of H2 enrichment on laminar methane-air flame thickness / Y. Lafay, B. Renou, G. Cabot, M. Boukhalfa II Combustion and Flame. 2008. - V. 153, № 4. - p. 540-561.

44. Быковский Ф.А. Исследование самовоспламенения и особенностей течения в плоской вихревой камере / Ф. А. Быковский, С. А. Ждан, В. В. Митрофанов и др. // Физика горения и взрыва. 1999. - Т. 35, № 6. - с. 26-41.

45. Голубев М.П. Оптический метод регистрации тепловых потоков / М. П. Голубев, А. А. Павлов, Ал. А. Павлов и др. // Прикладная механика и техническая физика. 2003. - Т. 44, № 4. - с. 174-184.

46. Дубнищев Ю.Н. Исследование структуры течения и энергоразделения в вихревой трубке квадратного сечения / Ю.Н. Дубнищев, В.Г. Меледин,

47. B.А. Павлов // Теплофизика и аэромеханика. 2003. - № 4. - с. 587-598.

48. Venugopal R. A 2-D DNS investigation of extinction and reignition dynamics in nonpremixed flame-vortex interactions / R. Venugopal, J. Abraham // Combustion and Flame. 2008. - V. 153, № 3. - p. 442-464.

49. Selle L. Joint use of compressible large-eddy simulation and Helmholtz solvers for the analysis of rotating modes in an industrial swirled burner / L. Selle, L. Benoit, T. Poinsot and etc. // Combustion and Flame. 2006. - V. 145, № 1-2.-p. 194-205.

50. Быковский Ф. А. Течение в вихревой плоскорадиальной камере. 2. Вихревая структура течения / Ф. А. Быковский, Е. Ф. Ведерников // Прикладная механика и техническая физика. 2000. - Т. 41, № 1.-е. 41-49.

51. Самсонов В.П. Самопроизвольные вихревые структуры в пламени при малых числах Рейнольдса: Диссертация на соискание степ. докт. физ.-мат. наук / В.П. Самсонов; Сургутский гос. ун-т. Сургут, 2003. - 203 с.

52. Самсонов В.П. Взаимодействие спонтанной вихревой структуры с фронтом пламени / В.П. Самсонов // Прикладная механика и техническая физика. 2003. - Т. 44, № 1.-е. 95-100.

53. Самсонов В.П. Устойчивость спонтанной вихревой структуры в пламени при колебаниях расхода горючей смеси / В.П. Самсонов // Физика горения и взрыва. 2003. - Т. 39, № 1. - с. 37-43.

54. Самсонов В.П. Измерение локальных тепловых потоков при теплообмене поверхности с вихревой структурой / В.П. Самсонов // Письма в журнал технической физики. 2003. - Т. 29, вып. 17.-е. 1-5.

55. Самсонов В.П. Метод раздельной визуализации полей скорости и температуры в стационарном вихревом пламени / В.П. Самсонов // Химическая физика. 2003. - Т. 22, № 9. - с. 1123-1131.

56. Самсонов В.П. Самопроизвольные вихревые структуры в пламени / В.П. Самсонов. Томск: Изд-во. Томского гос. ун-та, 2003. — 124 с.

57. Kang D.M. Combustion dynamics of a low-swirl combustor / D.M. Kang, F.E.C. Culick, A. Ratner // Combustion and Flame. 2007. - V. 151, № 3. - p. 412-425.

58. Wieske P. Experimental investigation of the extinction of curved laminar diffusion flames / Peter Wieske, Gerd Griinefeld // Combustion and Flame. -2008. V. 153, № 4. - p. 647-649.

59. Santamaria A. FT-IR and NMR characterization of the products of an ethylene inverse diffusion flame / A. Santamaria, F. Mondragon, A. Molina and etc. // Combustion and Flame. 2006. - V. 146, № 1-2. - p. 52-62.

60. Santamaria A. Effect of ethanol on the chemical structure of the soot extract-able material of an ethylene inverse diffusion flame / A. Santamaria, E.G. Ed-dings and F. Mondragon // Combustion and Flame. 2007. - V. 151, № 1-2. -p. 235-244.

61. Park J.S. Edge flame instability in low-strain-rate counterflow diffusion flames / J.S. Park, D.J. Hwang, J. Park and etc. // Combustion and Flame. 2006. - V. 146, №4.-p. 612-619.

62. Al-Abdeli Y.M., Time-varying behaviour of turbulent swirling nonpremixed flames / M.A. Mikofski, T.C. Williams, C.R. Shaddix and L.G. Blevins // Combustion and Flame. 2006. - V. 146, № 1-2. - p. 200-214.

63. Дубинкин Б.Н. О двух режимах горения в камере сгорания с зоной рециркуляции / Б.Н. Дубинкин, М.С. Натанзон, А.Э. Чалиян // Физика горения и взрыва. 1978. - Т. 14, № 6. - с. 3-11.

64. Шарыгин М.П. Влияние вихревых зон на интенсивность процессов пылеулавливания и горения / М.П. Шарыгин // Теоретические основы химических технологий. 1992. - Т. 26, № 3. - с. 347-353.

65. Сухинин С.В. Автоколебания в газовой полости реактивного двигателя твердого топлива / С.В. Сухинин, В.Ф. Ахмадеев // Физика горения и взрыва. 2001. - Т. 37, № 1. - с. 42-52.

66. Сухинин С.В. Колебания и вихри в камерах сгорания / С.В. Сухинин, В.Ф. Ахмадеев //Известия вузов. Физика. 1994. - № 4. - с. 111-118.

67. Булатова Е.В. Динамика и горение углеродной частицы в поле высокотемпературного вихря / Е.В. Булатова, Г.А. Десятков // Сибирск. физ.-техн. Журнал. 1992. - № 5. - с. 105-108.

68. Nishida О. Exhaust characteristics of soot from turbulent swirling flame / O. Nishida//Bull. Mar. Eng. Soc. Jap. .- 1987. V. 15, № l.-p. 10-18.

69. Orloff L. Cellular and turbulent ceiling fires / L. Orloff, J. de Ris // Combustion and Flame. 1972. -V. 18, № 2. - p. 389-401.

70. De Ris J. The role of buoyancy direction and radiation in turbulent diffusion flames on surfaces / L. Orloff, J. de Ris // Proc. Of 15th Symp. (Int.) on Combustion 1974: Pittsburgh, Comb. Inst., 1974. p. 175-182.

71. Фристром P.M. Структура пламени / P.M. Фристром, A.A. Вестенберг. -M.: Металлургия, 1969.-364 с.

72. Вильям Т. Рид. Фотографирование пламени // Физические измерения в газовой динамике и при горении. М.: ИИЛ, 1957. - с. 327- 341.

73. Самсонов В.П. Метод муаров в интерференционном изучении структуры вихревого пламени / В.П. Самсонов, И.В. Самсонова // Письма в ЖТФ. -2005. Т. 31, Вып. 4. - с. 49-53.

74. Nogenmyr K.-J. Large eddy simulation fnd laser diagnostic studies on a low swirl stratified premixed flame / K.-J. Nogenmyr, S. Fureby, X.-S. Bai and etc. // Combustion and Flame. 2009. - V. 156, № 1. - p. 25-36.

75. Хауф В. Оптические методы в теплопередаче/ В. Хауф, У. Григуль. М.: Мир, 1973.-240 с.

76. Гейдон А.Г. Пламя, его структура, излучение и температура/ А.Г. Гейдон, X. Г. Вольфгард. -М.: Металлургиздат, 1959, 333 с.

77. Абруков С.А. Теневые и интерференционные методы исследования оптических неоднородностей. Казань: Казанский университет, 1962. - 83 с.

78. Абруков С.А. Метод определения температурного поля пламени окиси углерода с воздухом // Уч. записки Казанского гос. ун-та: Сб. научных трудов. Казань, 1955. - Т. 115. - с. 3- 23.

79. Афанасьев В.В. Исследование условий возбуждения ламинарного кинетического поющего пламени/ В.В.Афанасьев, С.А. Абруков, Н.И. Кидин, А.К. Кузьмин// Физика горения и взрыва 1995. - Т. 31. - № 4. - с. 34-39.

80. Афанасьев В.В. Активное управление устойчивостью горения электрическим разрядом // Физика горения и взрыва 1999. - Т. 35. - № 4. - с. 43-52.

81. Karin Kylander & Olof S Kylander. GIMP: The Official Handbook. The Coriolis Group: 1999, ISBN 1-57610-520-2.

82. Костромин В. LINUX для пользователя. СПб.: БХВ-Петербург, 2002. -672 с.

83. Варгафтик Н.Б. Справочник по теплофизическим свойствам газов и жидкостей. М.: Наука, 1972. 720 с.

84. Вулис JI.A. Аэродинамика факела / JI.A. Вулис, Л.П. Ярин. Л.: Энергия, 1977.-216 с.

85. Петухов Б.С. Теплообмен и сопротивление при ламинарном течении жидкости в трубах / Б.С. Петухов. М.: Энергия, 1967. - 412 с.

86. Исаев С.И. Теория тепломассобмена: Учебник для вузов / С.И. Исаев, И.А. Кожинов, В.И. Кофанов и др.; Под ред. А.И. Леонтьева. М.: Высш. школа, 1979.-495 с.

87. Исаченко В.П. Теплопередача / В.П. Исаченко, В.А. Осипова, А.С. Суко-мел. -М.: Энергоиздат, 1981. 416 с.

88. Tummers M.J. Hysteresis and transition in swirling nonpremixed flames / M.J. Tummers, A.W. Hubner, E.Y. van Veen and etc. // Combustion and Flame. -2009. V. 156, № 2. - p. 447-459.