1 Для газообразных систем или систем газ 4- твердые частицы (или жидкие капли).

2) ламинарное диффузионное пламя при горении струи горючего газа в окислительной атмосфере. К этому типу примыкает пламя при диффузионном горении жидкого горючего, налитого в цилиндрический сосуд, и т. п.;

3) пламя при горении капли жидкого горючего или частицы твердого горючего в окислительной атмосфере;

4) турбулентные пламена в гомогенных или в предварительно не смешанных газовых смесях;

Горение конденсированных смесей также представляет собой промежуточный случай, в котором могут в той или иной степени сочетаться признаки, характерные для пламен типа 1, 2, 3 и 5. Турбулентность также может играть определенную роль при горении конденсированных смесей, однако в совершенно иных условиях по сравнению с пламенами типа 4.

Предварительно следует остановиться на определении скорости горения. При ламинарном горении газовых смесей и гомогенных конденсированных систем большое принципиальное значение имеет понятие нормальной скорости горения (u_н). По определейию, u_н равна скорости перемещения пламени относительно свежей смеси в направлении, перпендикулярном поверхности пламени в данной точке. Размерность u_н в системе СИ - м/сек, однако для скорости горения эта единица пока употребляется редко и только для газовых систем. Обычно величину u_н для газовых систем выражают в см/сек, а для конденсированных систем в мм/сек (если выражать скорость горения конденсированных систем в м/сек, то в обычном диапазоне давлений получаются очень малые дробные числа).

Примерно так же обстоит дело при измерении скорости горения газовой смеси на плоской горелке, с той лишь разницей, что в этом случае фронт горения неподвижен, а свежая смесь движется со скоростью v = u_н = V/S, где V -объемный расход газа через горелку, см³/сек; S - площадь проходного сечения горелки, см². Аналогия является тем более полной, что летучие ВВ сначала испаряются, и поток паров сгорает во фронте горения (однако для конденсированных веществ измеряется скорость горения относительно конденсированной фазы, а не газа).

Рис. 1. Ламинарное (а, б) и турбулентное (в, г) пламя в стехиометрической смеси природного газа с воздухом [50]; а, в - обычный снимок с длительной выдержкой; б, г - шлирен-фотография с весьма короткой выдержкой

При измерении скорости горения газовой смеси при помощи бунзеновской горелки фронт горения имеет конусообразную форму (рис. 1), и площадь его поверхности Sф значительно больше, чем площадь поперечного сечения горелки. Нормальная скорость горения (средняя) равна u_н = V/S_ф. Можно также выразить u_н через скорость v газа, втекающего во фронт горения: u_н = v sin φ, где φ - угол между вектором скорости газа и фронтом горения.

Таким образом, измерение нормальной скорости горения u_н наиболее просто для гомогенных конденсированных систем, так как в этом случае фронт горения плоский, а исходное вещество неподвижно (в лабораторной системе координат), и поэтому u_н равна видимой скорости распространения пламени u (в лабораторной системе координат).

Нужно, однако, подчеркнуть, что понятие нормальной скорости горения удается применить далеко не ко всем типам пламен (см. ниже). В частности, для наиболее интересующего нас случая конденсированных смесей поверхность фронта горения имеет сложную нестационарную форму, и измерить ее величину не представляется возможным. Поэтому для конденсированных смесей под скоростью горения подразумевают видимую скорость перемещения всей зоны горения (в лабораторной системе координат), какова бы ни была толщина этой зоны и поверхность фронта горения. Лишь в предельном случае достаточно мелкодисперсных смесей летучих компонентов, когда горение протекает аналогично горению гомогенных систем, скорость горения является нормальной скоростью горения. Помимо линейной скорости горения пользуются также массовой скоростью горения m = ρ u, где ρ - плотность свежей смеси. Очевидно, что т равна массе вещества, сгорающей в единицу времени на единице площади фронта горения (если взята u_н) или на единице площади поперечного сечения заряда (если взята u). В системе СИ размерность массовой скорости кг/м²сек, однако в литературе эта единица пока не встречается¹, и величину те выражают в г/см²сек (1 г/см²сек = 10 кг/м²сек).

Однако при сравнении скорости горения газовых и конденсированных систем годится только массовая скорость. Действительно, величина m для газовых смесей и летучих конденсированных веществ имеет один и тот же порядок. Напротив, линейная скорость горения при низких давлениях для газовых смесей на несколько порядков больше, чем для конденсированных систем (чтобы переработать в зоне реакции в единицу времени одинаковое количество вещества, надо подавать газ с большей скоростью, чем твердое или жидкое вещество, плотность которого значительно выше плотности газа).

Кроме того, надо учесть, что для конденсированных систем массовая скорость горения зависит от давления р по тому же закону, что и линейная, и отличается от нее лишь постоянным множителем (так как плотность конденсированных систем в интересующем нас интервале давления практически не зависит от р). Соответственно, если аппроксимировать зависимость u(р) при помощи степенной функции u = bp^v, то показатель степени v будет одним и тем же для линейной и массовой скорости горения.

Напротив, для газовых систем, плотность которых пропорциональна давлению, показатель степени v для массовой скорости горения будет на единицу больше, чем для линейной скорости горения. Поэтому, чтобы иметь возможность сравнивать данные для газовых и конденсированных систем, будем для газовых систем пользоваться массовой скоростью горения².