اللهب لا يثبت في مكانه من تلقاء نفسه. فجبهة اللهب تستقر حيث توازن سرعةُ انتشارها الذاتية سرعةَ وصول الخليط. فإذا كان الخليط سريعًا انقلع اللهب، وإذا كان بطيئًا ارتدّ.
وفي الممارسة يقيم الجريانُ نفسه هذا التوازن.
منطقة إعادة الدوران
خلف حامل اللهب (ريش دوّامية، أو مخروط، أو درجة) تتكوّن منطقة إعادة دوران منخفضة السرعة. تُحتجَز فيها نواتج احتراق ساخنة تُشعل الخليط الطازج باستمرار. وهذه هي الشعلة الدليلية التي تُبقي اللهب حيًّا.
وحول هذه المنطقة تدور أسئلة التصميم: حجمها، وزمن المكوث فيها، ودرجة حرارتها، ومساحة تماسّها مع الخليط الطازج.
عدد الدوامية
حين يُفرَض دوران محوري، تنفتح منطقة إعادة دوران على المحور متى تجاوز عددُ الدوامية عتبةً معيّنة — وهو انهيار الدوامة. وهذه أشيع آليات تثبيت اللهب في المواقد الصناعية.
ودون العتبة لا توجد إعادة دوران مستقرة ويكون اللهب عرضةً للانقلاع. وفوقها بكثير يقصر اللهب أكثر مما ينبغي فيلتصق بالجدار ويُحدث سخونة موضعية مفرطة.
صعوبات النمذجة
الجريان الدوّامي متباين الاتجاه. النماذج المتماثلة الاتجاه ذات المعادلتين تُخطئ انهيار الدوامة وحجم منطقة إعادة الدوران؛ ونموذج إجهادات رينولدز أقرب إلى الواقع بوضوح [1]. وينطبق القيد نفسه في الفواصل الإعصارية.
قد تكون الظاهرة عابرة. منطقة انهيار الدوامة تتذبذب؛ والحل المستقر يتعثر في التقارب، وهذا في الغالب إشارة من الفيزياء. انظر ملاحظة التقارب.
الانطفاء والإشعال كيميائيان. إذا كان السؤال عن حدّ الاستقرار فنموذج الاحتراق القائم على المزج غير كافٍ. انظر ملاحظة نمذجة الاحتراق.
معيار القبول
ما يُطلب من التحليل عادةً ليس هل يوجد لهب، بل كم يبلغ هامش الاستقرار: عند أي فائض هواء وأي حمل يبدأ الانقلاع. ويُعرف ذلك بمسح مدى كامل، لا بحساب نقطة تشغيل واحدة.
المراجع
- Launder, B. E., Reece, G. J. & Rodi, W. (1975). Progress in the development of a Reynolds-stress turbulence closure. Journal of Fluid Mechanics, 68(3), 537–566.
- Magnussen, B. F. & Hjertager, B. H. (1977). On mathematical modeling of turbulent combustion with special emphasis on soot formation and combustion. Symposium (International) on Combustion, 16(1), 719–729. DOI: 10.1016/S0082-0784(77)80366-4