Front plamena izgaranja. Plamen može oblikovati harmoniku pod utjecajem vlastitog odjeka fronte plamena.
Kada pokretna smjesa gori, rezultirajuća brzina širenja plamena bit će zbroj 
.
Uvjet da fronta plamena miruje (tj. nepomična) je 
- rezultirajuća brzina je nula, 
.
Kao model, razmotrite Busen plamenik.
Kad se plin i zrak dovode do ušća cijevi brzinom W, formirat će se stožac, a povećanje brzine će dovesti do povećanja visine (površine) stošca i smanjenja kuta na vrhu. Ili je moguće i suprotno.
4.3. Procesi u ravnoj fronti plamena.
R 
Pogledajmo frontu plamena. To će činiti usko područje gdje h f
je debljina prednje strane, i h x
– debljina zone kemijske reakcije. Štoviše, može se podijeliti u 2 zone: zonu grijanja i zonu reakcije.
Svježa smjesa plina i zraka ulazi u zonu 1. koncentracija plina u zraku ostaje konstantna jer kemijska reakcija još nije započela, već se samo zagrijava zbog topline koja se oslobađa u zoni reakcije. Počinje tamo gdje ulaz topline postaje jednak hladnjaku ili matematičkim jezikom 
, što odgovara temperaturi paljenja T B. U zoni grijanja, opskrba toplinom je veća od hladnjaka 
, te u reakcijskoj zoni 
. Prijenos topline u fronti plamena provodi se toplinskom vodljivošću. A maksimalno oslobađanje topline nalazi se u reakcijskoj zoni, a smanjuje se na 0 na kraju fronte.
Na širenje fronte plamena ne utječe samo brzina kemijske reakcije, već i transport tvari i produkata izgaranja.
4.4 Stabilizacija laminarne fronte plamena.
P 
Kada se stvarni plin dovodi u plamenik, brzina širenja se mijenja od maksimalne u središtu do minimalne vrijednosti na periferiji. U ovom slučaju, prednja strana plamena je savijena iz konusnog oblika. A normalna brzina širenja plamena može se samo nadoknaditi 
, i druga komponenta 
odnijet će točku na vrh baklje. Na periferiji zbog sposobnosti hlađenja stijenki U n značajno opada u odnosu na svoju prosječnu vrijednost, stvarajući mogućnost izravne kompenzacije brzine protoka W
ubrzati U n. Zbog toga se front plamena na rubu pretvara u vodoravnu ravninu i formira se stabilna zona izgaranja - zapaljivi prsten. Ovo područje može postojati samostalno.
Fronta plamena općenito je određena kosinusnim zakonom, a njegova stabilnost određena je stabilizacijom prstena za paljenje. Stoga ćemo odrediti glavne ovisnosti stabilnog plamena.
Jer Budući da svi plamenici rade u promjenjivim načinima rada, moguće su situacije kada protok prekorači U n, ili je moguća obrnuta situacija.
Odvajanje plamena povezano je s postojanjem zapaljivog prstena i njegovim uništenjem. Do odvajanja će doći ako brzina protoka premaši kritičnu brzinu odvajanja (zona II na slici 8).
Nekoliko će čimbenika utjecati na veličinu brzine uzlijetanja. S povećatipromjer kapacitet hlađenja plamenika smanjuje, I maksimalna brzina izbijanja plamenapovećava se(ravno 3,2,1). Sa siromašnom smjesom (povećanje primarnog zraka) se smanjuje maksimalna brzina uzlijetanja. A sa smanjenjem količine primarnog zraka (difuzijski plamen), maksimalne brzine će se povećati.
Do klizanja dolazi kada U n prelazi brzinu protoka plamena (zona 3 na sl. 8).
Proboj plamena povezan je s kapacitetom hlađenja stijenki plamenika. Stanje bez klizanja 
. Kako se promjer povećava, normalna brzina izgaranja raste, što više, ako su sve ostale stvari jednake, raste vjerojatnost proboja, to veća mora biti brzina protoka koja sprječava proboj plamena (krivulje 1,2,3 na sl. 8) 1 . Maksimalne brzine odsutnost proboja primijetit će se pri vrijednostima viška zraka nešto manjim od stehiometrijskih. Hlađenje otvora plamenika koristi se kako bi se smanjila vjerojatnost proboja.
Postoje i metode za stabilizaciju plamena.
Sl. 9. Stabilizacija pomoću Sl. 10. Stabilizacija plamena
paljenje prstena s tijelom u obliku slova V.
N 
i smokva Slika 9 prikazuje uređaj koji provodi stabilizaciju zbog činjenice da plin ulazi u prstenasti utor 3 kroz kanale 2. Time se stvara stabilan prsten za paljenje koji sprječava kidanje plamena. Na sl. Na slici 10 prikazana je stabilizacija strujanja tijelom u obliku slova V. Zbog turbulencije stvara se privid zapaljivog prstena, a smanjuje se vjerojatnost odvajanja plamena (povećava se maksimalna brzina).
Stabilizator tunela prikazan je na sl. jedanaest. Mješavina plin-zrak izlazi iz plamenika 1 u tunel 3, gdje se formira baklja 2, koja se usisava u korijen baklje, stvarajući zonu njihovog povratnog kretanja, tvoreći stabilan prsten za paljenje. Jer ako je bilo sranje hladan zrak, onda bi to značajno pogoršalo uvjete paljenja.
Struktura difuzijskog plamena bitno ovisi o presjeku strujanja zapaljivih para i plinova i njegovoj brzini. Na temelju prirode strujanja razlikuju se laminarni i turbulentni difuzijski plamen.
Turbulentno zove nemiran, uskovitlani plamen stalno mijenjajućeg oblika.
s povećanjem protoka, plamen mijenja svoj oblik i postaje nemiran, vrtloži se vrtlozima, stalno mijenja oblik, ovo je turbulentni plamen.
Ovakvo ponašanje plamena u turbulentnom režimu objašnjava se činjenicom da mnogo velika količina zapaljivi plin, odnosno u datom trenutku sve više goriva mora oksidirati, što dovodi do povećanja veličine plamena i njegove daljnje turbulizacije.
Plamen Front- tanka površinski sloj, izravno ograničavajući plamen u kojem se odvijaju redoks reakcije.
Debljina fronte plamena je mala, ovisi o plinodinamičkim parametrima i mehanizmu širenja plamena (deflagracija ili detonacija) i može se kretati od desetinki milimetra do nekoliko centimetara. Unutar plamena gotovo cijeli volumen zauzimaju zapaljivi plinovi (GG) i pare. Produkti izgaranja (PG) prisutni su u fronti plamena. U okolini se nalazi oksidirajuće sredstvo.
Dijagram difuzijskog plamena plinski plamenik a promjene koncentracija zapaljivih tvari, oksidansa i produkata izgaranja duž presjeka plamena prikazane su na sl. 1.2.
Debljina fronte plamena raznih plinskih smjesa u laminarni način rada je 0,5 – 10 -3 cm potpuna transformacija goriva u produkte izgaranja u ovoj uskoj zoni je 10 -3 –10 -6 s.
Zona maksimalne temperature nalazi se 5-10 mm iznad svjetlećeg konusa plamena i za smjesu propan-zrak je oko 1600 K.
Difuzijski plamen nastaje tijekom izgaranja kada se procesi izgaranja i miješanja odvijaju istovremeno.
Kao što je ranije navedeno, glavna razlika između difuzijskog izgaranja i izgaranja prethodno pomiješanih zapaljivih smjesa je u tome što je brzina kemijske transformacije na difuzijsko izgaranje ograničen je postupkom miješanja oksidansa i goriva, čak i ako je brzina kemijske reakcije vrlo visoka, intenzitet izgaranja ograničen je uvjetima miješanja.
Važna posljedica Ova ideja je činjenica da su u plamenu gorivo i oksidans stehiometrijski omjer. Bez obzira na omjere protoka odvojeno dobavljenog oksidatora i goriva, fronta plamena je uvijek postavljena u takav položaj da se protok reagensa odvija u stehiometrijskim omjerima. To su potvrdili mnogi eksperimenti.
Pokretačka sila za difuziju kisika u zonu izgaranja je razlika u njegovim koncentracijama unutar plamena (CO = 0) i u okolnom zraku (početni CO = 21%). Kako se ta razlika smanjuje, brzina difuzije kisika se smanjuje i pri određenim koncentracijama kisika u okolnom zraku - ispod 14-16%, izgaranje prestaje. Ovaj fenomen spontanog slabljenja (samogašenja) opaža se tijekom izgaranja u zatvorenim volumenima.
Svaki plamen zauzima određeni volumen u prostoru, čije vanjske granice mogu biti jasno ili nejasno ograničene. Kada plinovi gore, oblik i veličina nastalog plamena ovise o prirodi početne smjese, obliku plamenika i stabilizirajućim uređajima. Utjecaj sastava goriva na oblik plamena određen je njegovim utjecajem na brzinu izgaranja.
Visina plamena jedna je od glavnih karakteristika veličine plamena. Ovo je posebno važno kada se radi o spaljivanju i gašenju plinskih fontana i izgaranju naftnih derivata u otvorenim spremnicima.
Visina plamena je veća što je veći promjer cijevi i protok veći, a što je manja to je veća normalna brzina širenja plamena.
Za određenu mješavinu goriva i oksidansa, visina plamena proporcionalna je brzini protoka i kvadratu promjera mlaza:
gdje je brzina protoka;
Promjer mlaza;
Koeficijent difuzije.
Ali u isto vrijeme, oblik plamena ostaje nepoznat i ovisi o prirodnoj konvekciji i raspodjeli temperature u fronti plamena.
Ova ovisnost traje do određene brzine protoka. Povećanjem brzine strujanja dolazi do turbulizacije plamena, nakon čega prestaje daljnje povećanje njegove visine. Ovaj prijelaz se događa, kao što je već navedeno, pri određenim vrijednostima Reynoldsovog kriterija.
Za plamen, kada postoji značajno oslobađanje neizgorenih čestica u obliku dima, koncept visine plamena gubi svoju definiciju, jer teško je odrediti granicu izgaranja plinovitih produkata na vrhu plamena.
Osim toga, u plamenu koji sadrži čvrste čestice, u usporedbi s plamenom koji sadrži samo plinove izgaranja, zračenje se značajno povećava.
Tema 7. ŠIRENJE PLAMENA.
7.1. Toplinska teorija izgaranje.
Kod adijabate, tj. nije popraćeno toplinskim gubicima izgaranja, cjelokupna rezerva kemijska energija ulazi sustav goriva Termalna energija produkti reakcije. Temperatura produkata adijabatskog izgaranja ne ovisi o brzini reakcija koje se odvijaju u plamenu, već samo o njihovoj ukupnoj toplinski učinak i toplinske kapacitete finalnih proizvoda. Ta se veličina naziva adijabatska temperatura izgaranja Tg važna karakteristika zapaljiva okolina. Za većinu zapaljivih smjesa, vrijednost Tg leži u rasponu od 1500-3000 ° K. Očito, Tg - Maksimalna temperatura produkti reakcije u odsutnosti vanjskog zagrijavanja. Stvarna temperatura produkata izgaranja može biti samo manja od T g u slučaju gubitka topline.
Prema toplinskoj teoriji izgaranja koju su razvili sovjetski znanstvenici Ya.B. Zeldovich i D.A. Frank-Kamenetsky, širenje plamena događa se prijenosom topline s produkata izgaranja na neizgorenu (svježu) smjesu. Raspodjela temperature u plinskoj smjesi, uzimajući u obzir oslobađanje topline iz kemijske reakcije i toplinsku vodljivost, prikazana je na slici. 26.
Front plamena, t.j. zona u kojoj dolazi do reakcije izgaranja i intenzivnog samozagrijavanja plina izgaranja počinje na temperaturi samozapaljenja Tst, a završava na temperaturi Tg.
Ispred fronte plamena koja se širi udesno nalazi se svježa smjesa, a iza produkti izgaranja. Vjeruje se da u zoni zagrijavanja reakcija teče toliko sporo da se zanemari oslobađanje topline.
Proces prijenosa topline tijekom stacionarnog širenja plamena ne dovodi do gubitka topline i smanjenja temperature u usporedbi s Tg neposredno iza fronte plamena. Oduzimanje topline sa svakog gorućeg sloja plina kada se zapali susjedni, još nezagrijani sloj, kompenzira se sličnom količinom topline koju je prethodno primio sloj za paljenje tijekom vlastitog paljenja. Dodatna toplina početnog impulsa paljenja ne narušava značajnije stacionarni režim izgaranja, budući da se njezina uloga sve više smanjuje kako se povećava količina izgorjelog plina.
Produkti izgaranja gube toplinu samo kao rezultat zračenja iu dodiru s čvrstom površinom. Ako je zračenje neznatno, takvo izgaranje ispada praktički adijabatsko. Zamjetni gubici topline mogući su samo na određenoj udaljenosti iza fronte plamena.
Dakle, pokretanje izgaranja plinske smjese u jednom trenutku dovodi do zagrijavanja obližnjeg sloja, koji se toplinskim provođenjem produkata reakcije zagrijava do samozapaljenja. Izgaranje ovog sloja povlači za sobom paljenje sljedećeg, itd. dok zapaljiva smjesa potpuno ne izgori. Toplina odvedena iz reakcijske zone u svježu smjesu potpuno se kompenzira oslobađanjem reakcijske topline i pojavljuje se stabilna fronta plamena. Kao rezultat izgaranja sloj po sloj, fronta plamena se kreće kroz smjesu, omogućujući plamenu širenje.
Ako se svježa smjesa kreće prema fronti plamena brzinom jednakom brzini širenja plamena, tada će plamen biti nepomičan (stacionaran).
Teoretsko opravdanje uvjeta za širenje plamena može se dati pri razmatranju stacionarnog plamena, kada je brzina njegovog širenja Upl jednaka dovodnoj brzini plinske smjese υg: Upl =υg (slika 27). U u ovom slučaju odnos između normalne brzine gorenja U n i brzine širenja plamena U pl izrazit će se jednadžbom:
Un = Upl* grijehφ. (7.1)
Količina topline koja se dovodi svježoj smjesi s jedinice plamene površine po jedinici vremena pomoću toplinske vodljivosti:
(7.2)
gdje je: - koeficijent toplinske vodljivosti;
Širina prednje strane plamena.
Ta se toplina troši na zagrijavanje svježe smjese od početne temperature T o do temperature izgaranja T g:
Gdje: S – određena toplina;
Gustoća smjese.
Uzimajući u obzir jednadžbe (7.2) i (7.3) pri U pl =υ g, brzina širenja plamena određena je relacijom:
(7.4)
gdje je: - koeficijent toplinske difuzije.
Budući da brzina izgaranja jako ovisi o temperaturi, izgaranje većine plina događa se u zoni čija je temperatura blizu Tg.
Brzina kemijske reakcije, kao što je objašnjeno u § 6.1., određena je jednadžbom:
. (7.5)
Tada je brzina širenja plamena:
Gdje: b– indikator ovisno o svojstvima smjese, .
Prema tome, plamen se neće moći širiti kroz zapaljivu smjesu ako je njezina temperatura ispod teorijske temperature izgaranja za više od toga (vidi § 9.3).
- karakteristično temperaturno područje u kemijskoj kinetici. Promjena temperature za ovaj iznos dovodi do promjene brzine reakcije za “e” puta.
Granična vrijednost brzine širenja plamena UPR određena je relacijom:
(7.7)
Za razliku od razmatranog slučaja normalnog izgaranja, u stvarnim uvjetima eksplozije u ograničen prostor proces deflagracijskog izgaranja se samoubrzava. To je zbog širenja površine izgaranja, pojave kretanja plina i povećanja tlaka tijekom izgaranja.
7.2. Izgaranje u zatvorenom volumenu.
Kada plinovi sagore otvorena cijev a u toku se produkti reakcije slobodno šire, tlak ostaje gotovo konstantan. Izgaranje u zatvorenoj posudi povezano je s porastom tlaka. Ima veliki značaj za rješavanje problema sigurnosti eksplozije. Povećanje tlaka tijekom izgaranja u zatvorenim aparatima, kao iu prostorijama, može dovesti do razaranja i nesreća.
Tijekom izgaranja bez gubitaka topline (adijabatsko izgaranje) u zatvorenom volumenu, kao rezultat porasta temperature od T o do temperature izgaranja T g i promjene broja gram molekula tijekom reakcije, tlak raste od P o u P g:
(7.8)
gdje je: m, n – broj molova tvari prije i poslije eksplozije, stehiometrijski
th sastav smjese.
No, najveći tlak ne razvijaju stehiometrijske smjese, iako one imaju najveću toplinu izgaranja i stvaraju najveću T g, već smjese obogaćene gorivim tvarima, koje imaju najveću brzinu izgaranja. Tijekom deflagracijskog izgaranja, tlak doseže 7-10 atm, tijekom detonacije je mnogo veći.
Karakteristična značajka proces izgaranja u zatvorenom volumenu je neravnomjerna raspodjela temperature produkata reakcije neposredno nakon izgaranja. Početno zapaljeni dio zapaljive smjese, koji se nalazi u središtu posude, reagira pri početnom tlaku p o; posljednji sloj, koji gori na stijenci, reagira na konačnom tlaku R.
Zagrijavanje svakog sloja plina odvija se u dvije faze: tijekom kemijske transformacije i adijabatske kompresije. Iako su sastav produkata izgaranja i tlak isti u svim točkama volumena, konačna temperatura značajno ovisi o redoslijedu oba procesa zagrijavanja. Pod adijabatskom kompresijom od tlaka p o do pritiska R porast temperature od T o do T određen je Poissonovom jednadžbom
, (7.9)
gdje je: g = s r / sv.
Konačna temperatura produkata izgaranja bit će viša ako se plin prvo zagrije tijekom kemijske pretvorbe, a zatim mu temperatura raste tijekom kompresije prema jednadžbi (7.9), nego u slučaju obrnutog slijeda oba procesa.
7.3. Kretanje plinova tijekom izgaranja.
Širenje plinova u plamenu (prema Gay-Lussacovom zakonu) dovodi do činjenice da izgaranje uvijek prati kretanje plinova. Označimo s ρ g - gustoća početnog medija, ρ pr - gustoća produkata izgaranja, njihova brzina u odnosu na stacionarnu frontu plamena jednaka je u pr Za svaki kvadratni centimetar čeone površine protok donosi u n cm 3 zapaljive smjese svake sekunde, njegova masa je jednaka u n* ρ g, odnosno, iz ovog dijela plamena uklanja se u 1 sec u pr cm 3 produkata reakcije s masom u pr* ρ pr goruća smjesa i produkti reakcije jednaki su, dakle
u n* ρ g = u pr* ρ pr (7.10)
Jednadžba (7.10) izražava zakon održanja mase tijekom izgaranja.
Vrijednost u prelazi normalna brzina plamen onoliko puta koliko je gustoća početnog medija veća od gustoće produkata izgaranja. Povećanje brzine strujanja plinova tijekom izgaranja posljedica je širenja plinova.
Apsolutna temperatura izgaranjem se povećava 5-10 puta. Ako se izgaranje odvija pri konstantnom tlaku, plin se širi u r o / r pr jednom. Razmotrimo izgaranje stacionarne fronte plamena u otvorenoj cijevi, prikazano na slici 28.
Riža. 28. Shema za objašnjenje zakona područja: S – presjek cijevi, F – površina fronte plamena, ω – brzina početne gorive smjese, T 0 – temperatura i gustoća početne smjese, U H – normalna brzina izgaranja, U PL – brzina širenja plamena, U PR je brzina produkata izgaranja, T PR je temperatura i gustoća produkata izgaranja.
Budući da plamen miruje, ω = U PR. Tada npr. na 1 cm 2 površine fronte plamena F strujanje donosi ω cm 3 / s gorive smjese. Njegova masa je ω. Sukladno tome, U PR cm 3 /s produkata izgaranja mase U PR uklanja se iz ovog odjeljka. Zatim, prema zakonu održanja mase (jednadžba 7.10) pri ω = U PL:
(7.11)
Dakle, volumenska brzina produkata izgaranja premašuje brzinu izgaranja onoliko puta koliko je gustoća izvornog medija veća od gustoće produkata izgaranja.
S druge strane, ako U N cm 3 /s smjese izgori na 1 cm 2 površine fronte plamena, tada U N * F cm 3 /s izgori na cijeloj površini F. Pritom je volumen plina za izgaranje jednak volumetrijskoj brzini protoka plina ω*S cm 3 /s. Tada je U H *F = ω*S, odnosno ω = U H *F / S.
Uz jednakost ω =U PL:
UPL= U H* F / S. (7.12)
Dobivamo zakon o području: brzina širenja plamena u cijevi bit će onoliko puta veća od normalne koliko površina plamena prelazi poprečni presjek cijevi.
Ako uzmemo u obzir stacionarnu zapaljivu smjesu, tada kako se fronta plamena širi, oštro zagrijani plinovi nemaju vremena za širenje, a tlak u zoni izgaranja naglo raste, što se "širi" i gura plinove na obje strane plamena. , a ne samo da se istiskuju produkti izgaranja, već dolazi i do kretanja početne smjese ispred fronte plamena, kao na slici 29:
Brzina plinova raste kako početna smjesa izgara, a time i tlak plina. Pritom se s jednog kraja cijevi izbacuju stlačeni vrući izgoreni plinovi, a s drugog stlačena početna smjesa koja se eksplozivno zapali iz izbačenog plamena u atmosferi prostorije, nakon čega slijedi udarni val, požar i uništenje.
7.4. Faktori ubrzanja izgaranja.
Razni modovi deflagracijsko izgaranje razlikuju se samo u brzini širenja plamena zbog nejednakog razvoja površine fronte plamena. Izgaranje prvobitno stacionarnog plina uvijek je komplicirano vanjskim ometajućim utjecajima koji iskrivljuju oblik plamena. Najvažniji od njih su gravitacija, trenje i turbulencija goruće smjese.
Dakle, kada se zapali u sredini okomite cijevi, kao što je prikazano na slici 30, teška početna smjesa nalazi se iznad lakih produkata izgaranja. U tom se slučaju konvektivna strujanja početne smjese kreću prema dolje, a produkti izgaranja prema gore. Pod njihovim utjecajem dolazi do rastezanja fronte plamena i ubrzavanja izgaranja.
Dok se plamen širi prema dolje zapaljivo okruženje je nepomičan i poremećaj fronte plamena je neznatan. Pri niskim brzinama izgaranja i duljini cijevi, oblik plamena je blizu ravnog.
Međutim, u ovom slučaju, plin se također kreće niz cijev zbog širenja tijekom izgaranja. Trenje gibajućeg plina o stijenke dovodi do smanjenja njegove brzine na periferiji i istezanja fronte plamena, a profil brzine fronte plamena također ima oblik kupole. Površina plamena progresivno se povećava i izgaranje se ubrzava.
Prilično brzo izgaranje, u kojem brzina plamena doseže stotine m/s, događa se tijekom turbulizacije plinske smjese i, prema tome, tijekom turbulizacije fronte plamena. Turbulizacija uzrokuje značajno širenje fronte plamena, ubrzanje izmjene topline između produkata izgaranja i početne smjese i, sukladno tome, izgaranje. Ova vrsta izgaranja često se naziva eksplozija.
7.5. Uvjeti za eksploziju.
Kao što smo ranije saznali, eksplozija je kemijska ili fizikalna transformacija tvari, praćena iznimno brzim prijelazom njezine energije u energiju kompresije i kretanja početni materijali, proizvodi njihove transformacije i okoliš. Na temelju toga, kemijska eksplozija je izuzetno brza reakcija izgaranja, praćena naglim prijelazom oslobođene toplinske energije u energiju kompresije i kretanja polaznih tvari, produkata izgaranja i okoliša.
Eksplozija se sastoji od tri faze:
1) pretvorba energije kemijske reakcije u toplinsku energiju;
2) pretvorba toplinske energije u energiju visoko stlačenog plina;
3) širenje stlačenog plina u obliku udarnog vala.
Glavni uvjeti za pojavu kemijske reakcije u obliku eksplozije su:
1. Egzotermnost, što je zbog činjenice da je čvrstoća veza među atomima u produktima reakcije mnogo veća nego u polaznim tvarima, pa se oslobađa “dodatna” energija. U endotermnim reakcijama ne dolazi do eksplozije.
2. Stvaranje plina, jer:
· prvo, prijelaz u plinovito stanje tijekom kemijske reakcije bilo koje tvari u stalnom volumenu dovodi do povećanja tlaka;
· drugo, plinovi imaju vrlo visok koeficijent volumetrijske ekspanzije kada se zagrijavaju. Bez prisustva plinova dolazi samo do zagrijavanja tvari.
3. Velika brzina reakcija i njezina sposobnost samopropagiranja i samoubrzavanja. Do samoprostiranja dolazi ili zbog toplinskog "vala" uzrokovanog toplinskom vodljivošću (eksplozija deflagracije) ili zbog udarnog vala komprimiranih plinova (detonacija).
Toplinski val podržava toplina koja se oslobađa tijekom izgaranja, i udarni val– mi sami komprimirani plin.
Automatsko ubrzanje reakcije i pojava eksplozije nastaje kao posljedica porasta temperature reagirajućih tvari zbog topline reakcije, ili porasta aktivnih radikala, ili porasta tlaka u udarnom valu.
Izgaranje plinske smjese u zatvorene cijevi stvara jeku, što dovodi do potpunog restrukturiranja fronte plamena. Pojedinosti ovog fenomena po prvi su put reproducirane u numeričkim simulacijama.
Plamen u interakciji sa snažnim zvučnim valom može proizvesti zanimljive prostorne strukture (pogledajte, na primjer, impresivan video s "vizualizacijom vatre" zvučnih valova). Zvučni val u ovom slučaju ne mora biti vanjski: intenzivno izgaranje plinske mješavine goriva i oksidansa u zatvorenom volumenu, na primjer u cijevima, stvara jeku koja može iskriviti frontu plamena i promijeniti način reakcije izgaranja.
Izobličenje plamena tijekom izgaranja u cijevima poznato je više od jednog stoljeća, ali ovaj je proces sustavno proučavan tek u klasičnim eksperimentima Geoffreya Searbyja iz 1992. godine. Konkretno, Sirby je promatrao turbulizaciju plamena pod utjecajem vlastitog odjeka. Ovaj se fenomen sam po sebi ne čini iznenađujućim, ali teorijski opis ovog procesa još nije predložen. Pitanja koja su zahtijevala odgovore bila su: “Kako točno dolazi do prijelaza u turbulenciju?”, “Koje vibracije plamena prve zamahnu?” itd. Sve je to pak stezalo ruke istraživačima koji traže prilike praktična aplikacija ovaj učinak u tehnologiji (općenito govoreći, turbulencija plamena je od velike važnosti za raketnu industriju).
Nedavni rad rusko-švedskog istraživačkog tima A. Petchenko et al., Physical Review Letters, 97, 164501 (19. listopada 2006.), napravio je prvi korak prema izgradnji takve teorije. Autori ovog rada proveli su detaljnu numeričku simulaciju procesa izgaranja plinske smjese u dugoj i vrlo uskoj cijevi, zatvorenoj na jednom kraju (smjesa se palila s otvorenog kraja, a plamen se širio duboko u cijev) . Radi jednostavnosti izračuna, riješen je dvodimenzionalni, a ne trodimenzionalni problem, plinska smjesa smatralo se idealni plin, a proces izgaranja je modeliran hipotetskim jednostupanjskim i nepovratnim kemijska reakcija uz zadano oslobađanje topline i energiju aktivacije. Ali sva plinska i termodinamika - kompresija i ekspanzija, protok plina, prijenos topline, struktura fronte plamena - u potpunosti su uzeti u obzir.
Rezultati simulacije jasno su dokazali da kada se približio zatvorenom kraju, fronta plamena počela je "drhtati". Ovo podrhtavanje generiralo je zvučnu jeku iste frekvencije, koja je još više "zaljuljala" plamen. U neposrednoj blizini kraja cijevi oscilacije plamena postale su toliko jake da se fronta plamena doslovno presavila u harmoniku. Tijekom svakog perioda ovih oscilacija, fronta plamena se oštro destabilizirala, ispuštajući uzak i vrlo dugačak tok hladnog plina u područje okupirano vrućim produktima izgaranja. Mlaz je zatim brzo izgorio, fronta plamena pretvorila se u vrtlog i zatim se ponovno izravnala. Brzina struja koje stvaraju te oscilacije je desetke puta premašila “normalnu” brzinu širenja plamena na otvorenom prostoru.
Snažne oscilacije i vrtlozi koje oni stvaraju obično su prvi stupanj prijelaza u turbulenciju. Autori članka, međutim, ne žure objaviti otkriće mehanizma turbulizacije plamena. Činjenica je da danas dostupna računalna snaga omogućuje provođenje tako detaljnog modeliranja samo u iznimno uskim cijevima, najvjerojatnije čak iu kapilarama. Kako će se taj proces promijeniti u širokim cijevima, za koje su dobiveni eksperimentalni podaci i kod kojih je utjecaj stijenki na protoke znatno slabiji, ostaje za proučavanje. Također će biti zanimljivo provjeriti jesu li izobličenja plamena otkrivena u simulaciji isti "plamen tulipana" koji je opažen prije mnogo vremena, ali još uvijek ostaje neobjašnjen (vidi C. Clanet i G. Searby. O "plamenu tulipana" Fenomen (PDF, 1 ,3 MB) // Izgaranje i plamen, 1996. V. 105. P. 225-238).