WarmFires.ru

Природа явления очевидна: горячая оболочка пламени, устремляясь вверх, увлекает за собой продукты горения и сами горючие газы, располагаемые внутри пламени (факела). В результате, перевёрнутый стаканчик заполняется газами, не содержащими кислород. Засасывание свежего воздуха свободноконвективными струями (а также диффузия кислорода в среде инертных газов внутрь стаканчика) оказывается недостаточным. Уже издавна замечали, что искры от огня гаснут у потолка чёрной бани. Ясно, что указанное явление накопления бескислородной среды у потолка сосудов в беспламенных процессах невозможно.

Ещё более интересны наблюдения пламени свечи при разных высотах расположения стаканчика над свечой. Постепенно погружая пламя в перевёрнутый стаканчик можно заметить, что невозмущённое пламя сначала начинает удлинняться у верхнего кончика, из жёлтого превращается в красноватое, начинает дымить тонкой струйкой, покрывая копотью «потолок» стаканчика. Наблюдать укрупнение сажистых частиц в ходе пиролиза можно с помощью луча лазера (лазерной указки): жёлтое пламя луч не рассеивает, а краснеющее - начинает рассеивать.

Ещё более неблагополучная ситуация возникает, если стаканчик сильно раскалён: в этом случае свеча в стаканчике тут же гаснет, а дым в стаканчик может вообще не проникать, поскольку подъёмная сила Архимеда для верхушки пламени, проникающей внутрь раскалённого стаканчика, исчезает, а напор струи в пламени свечи (в виде поступательной энергии, импульса) очень мал. Это значит, что горячий газ не поднимается в горячий колпак (как на рис. 1196), а обтекая, проходит мимо него (как на рис. 119в). Одновременно это указывает, что диффузные процессы проникновения молекул кислорода даже в столь малые открытые полости пренебрежимо малы. Значит, в реальных колпаках и полостях печей (в том числе и в топках русских печей) диффузией тем более можно пренебречь и полагать, что кислород в полости и каналы может в достаточных количествах поступать только за счёт транзитных движений масс воздуха. Характерные размеры объектов горения, в которых диффузия имеет значение (а тем более определяющее как в зоне пламени) не превышает нескольких миллиметров, что легко проверить и численными оценками. Установить количественную роль диффузии в воздухоподаю-щих каналах очень легко: достаточно вставить в канал пушистый тампон из ваты: конвективная составляющая тотчас исчезнет, а диффузная сохраняется неизменной.

Когда-то, лет сорок-пятьдесят тому назад в научно-популярных журналах рекомендовалоь изучать процессы в бытовых печах с помощью миниатюрных моделей из алюминиевой фольги с применением в качестве «дров» свечей. Такие рекомендации можно повторить и ныне (хотя интерес к конструированию печей в простом народе упал многократно, перестал быть массовым, как в эпоху развитой садоводческой лихорадки 1960-1970-х годов.). Прежде чем складывать или сваривать лично придуманную печь, можно сделать её уменьшенную модель (например, типа рис. 136) из жести или из толстой строительной фольги (а частично даже из оргалита с огнестойкой пропиткой) и опробовать её на улице «на лучине и бумаге» (особенно удобны были великолепно горящие закладки из молочных пропарафиненых бумаг и бумажных пакетов-пачек), подтверждая однородность прогрева и лёгкость растапливания. Очень удобны модели на двухкомфорочных газовых (имитирующих конвективную составляющую процесса) или электрических (имитирующих лучистую составляющую) плитках (рис. 142д,е). Можно делать и малюсенькие настольные модели печей (рис. 143г), в том числе и со множеством свечей. По отклонению приклееных в исследуемых зонах шерстяных или хлопчатобумажных ворсинок можно судить о направленности газовых потоков. Напомним, что для корректного численного моделирования газодинамических сопротивлений (турбулизации) необходимо сохранять величину числа Рейнольдса Ке=г(С/а), то есть снижая расход газов С (и мощность, например, в 100 раз с 5 кВт в печи до 50 Вт в свече), необходимо одновременно уменьшить и характерный размер а (тоже в 100 раз!). Для численного моделирования свободноконвективных явлений («вольных» всплытий за счёт Архимедовых сил) необходимо сохранять величину числа Грасгофа Сг=г(а4/С), то есть снижая расход газов в сто раз, необходимо уменьшить характерный размер изделия в три раза.