Тепловая теория горения. - раздел Образование, ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ ГОРЕНИЯ И ВЗРЫВА
При Адиабатическом, Т.е. Не Сопровождающемся Тепловыми Потеря...
При адиабатическом, т.е. не сопровождающемся тепловыми потерями сгорании, весь запас химической энергии горючей системы переходит в тепловую энергию продуктов реакции. Температура продуктов адиабатичес-кого сгорания не зависит от скорости реакций, протекающих в пламени, а лишь от их суммарного теплового эффекта и теплоемкостей конечных про-дуктов. Эта величина называется адиабатической температурой горения Тг. Она является важной характеристикой горючей среды. У большинства горючих смесей величина Тг лежит в пределах 1500-3000° К. Очевидно, что Тг – максимальная температура продуктов реакции в отсутствие внешнего по-догрева. Фактическая температура продуктов сгорания может быть только меньше Тгв случае возникновения тепловых потерь.
Согласно тепловой теории горения, разработанной советскими уче-ными Я.Б. Зельдовичем и Д.А. Франк-Каменецким, распространение пламени происходит путем передачи тепла от продуктов горения к несгоревшей (све-жей) смеси. Распределение температур в газовой смеси с учетом тепловыде-ления от химической реакции и теплопроводности показано на рис. 26.
Рис. 26.
Фронт пламени, т.е. зона, в которой происходит реакция горения и ин-тенсивный саморазогрев сгорающего газа, начинается при температуре само-воспламенения Тсв и заканчивается при температуре Тг.
Перед распространяющимся вправо фронтом пламени находится све-жая смесь, а сзади – продукты горения. Считается, что в зоне подогрева ре-акция протекает настолько медленно, что выделением тепла пренебрегают.
Процесс теплопередачи при стационарном распространении пламени не приводит к потерям тепла и понижению температуры по сравнению с Тг непосредственно за фронтом пламени. Теплоотвод из каждого сгорающего слоя газа при поджигании соседнего, еще не нагретого, скомпенсирован аналогичным количеством тепла, ранее полученным в поджигающем слое при его собственном поджигании. Дополнительное тепло начального поджи-гающего импульса заметно не искажает стационарного режима горения, так как его роль все более уменьшается по мере увеличения количества сгорев- шего газа.
Продукты сгорания теряют тепло только в результате излучения и при соприкосновении с твердой поверхностью. Если излучение незначительно, такое сгорание оказывается практически адиабатическим. Заметные тепловые потери возможны лишь на определенном расстоянии за фронтом пламени.
Таким образом, инициирование горения газовой смеси в одной точке приводит к нагреву близлежащего слоя, который разогревается путем тепло-проводности от продуктов реакции до самовоспламенения. Сгорание этого слоя влечет за собой воспламенение следующего и т.д. до полного выгорания горючей смеси. Отводимое из зоны реакции тепло в свежую смесь полностью компенсируется выделением тепла реакции и возникает устойчивый фронт пламени. В результате послойного сгорания фронт пламени перемещается по смеси, обеспечивая распространение пламени.
Если свежая смесь движется навстречу фронту пламени со скоростью, равной скорости распространения пламени, то пламя будет неподвижным (стационарным).
Теоретическое обоснование условий распространения пламени можно привести при рассмотрении стационарного пламени, когда скорость его рас-пространения Uпл равна скорости подачи газовой смеси υг: Uпл=υг (рис. 27). В данном случае соотношение между нормальной скоростью горения Uн и ско-ростью распространения пламени Uпл выразится уравнением:
Uн = Uпл*sinφ. (7.1)
Л
Л
Рис. 27.
К свежей смеси от единицы поверхности пламени в единицу времени путем теплопроводности подводится количество тепла:
(7.2)
где: - коэффициент теплопроводности;
- ширина фронта пламени.
Это тепло расходуется на нагрев свежей смеси от начальной темпера-туры То до температуры горения Тг:
(7.3)
где: с – удельная теплоемкость;
- плотность смеси.
С учетом уравнений (7.2) и (7.3) при Uпл=υг скорость распространения пламени определяется соотношением:
(7.4)
где: - коэффициент температуропроводности.
Поскольку скорость горения очень сильно зависит от температуры, сгорание основной массы газа происходит в зоне, температура которой близ-ка к Тг.
Скорость химической реакции, как рассмотрено в § 6.1., определяется уравнением:
. (7.5) Тогда скорость распространения пламени:
(7.6)
где: b – показатель, зависящий от свойств смеси, .
Таким образом, пламя не сможет распространяться по горючей смеси, если его температура будет ниже теоретической температуры горения на ве-личину превышающую (см. § 9.3).
- характеристический интервал температур в химической кинетике. Изменение температуры на эту величину приводит к изменению скорости реакции в “e” раз.
Предельное значение скорости распространения пламени UПРЕД опреде-ляется соотношением:
(7.7)
В отличие от рассмотренного случая нормального горения, в реальных условиях взрывов в замкнутом пространстве процесс дефлаграционного горе-ния самоускоряется. Это связано с расширением поверхности горения, воз-никновением движения газов и повышением давления при горении.
В И ГОВОРОВ В М ПЛОТНИКОВ Е В КАРАТАЙ... ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ ГОРЕНИЯ И ВЗРЫВА...
Если Вам нужно дополнительный материал на эту тему, или Вы не нашли то, что искали, рекомендуем воспользоваться поиском по нашей базе работ:
Тепловая теория горения.
Что будем делать с полученным материалом:
Если этот материал оказался полезным ля Вас, Вы можете сохранить его на свою страничку в социальных сетях:
Свойства газов.
Основное уравнение кинетической теории газов имеет вид:
, (2.1)
где: WK
Свойства газовых смесей.
При рассмотрении смесей газов добавляются понятия: «концентрация» и «парциальное давление».
1. Весовая концентрация Сi i–го газа, входящего в со
Парциальные давление и объем.
Давление – это сила, действующая на единицу поверхности. Оно прямо пропорционально числу молекул, сталкивающихся с этой поверхностью. Давление зависит не только от числа молекул, но и от скорости и
Свойства жидкостей.
До сих пор мы рассматривали газы. Но одно и то же вещество в зави-симости от соотношения между средней кинетической и средней потенци-альной энергиями частиц может находиться в одно
Свойства сжиженных газов.
Сжижение газов осуществляется путем охлаждения их ниже темпера-туры кипения. Промышленный метод сжижение газов основан на использо-вании положительного эффекта Джоуля-Томпсона, т.е.
Свойства твердых веществ.
Сильный нагрев твердого тела приводит к плавлению и переходу в жидкое состояние, а затем при испарении – в газ. Ряд твердых веществ может непосредственно из твердой фазы перейти в г
Химизм реакций горения.
Как Вы уже уяснили, горением называется быстропротекающая хими-ческая реакция, сопровождающаяся выделением тепла и свечением (пламе-нем). Обычно – это экзотермическая окислительная
Тепловой эффект реакции.
То, что в каждом индивидуальном веществе заключено определенное количество энергии, служит объяснением тепловых эффектов химических реакций.
По закону Гесса: Тепловой эффек
Кинетические основы газовых реакций.
По закону действующих масс скорость реакции при постоянной темпе-ратуре пропорциональна концентрации реагирующих веществ или, как гово-рят, «действующих масс».
Скоростью химической реакции
Энергия активации реакции.
Для объяснения данного явления часто пользуются следующим приме-ром (рис. 9):
На площадке лежит шар. Площадка расположена перед горкой. Поэто-му шар мог бы скатиться сам вн
Катализ.
Кроме повышения температуры и концентрации веществ, для ускоре-ния химической реакции используют катализаторы, т.е. вещества, которые вводятся в реагирующую смесь,
Адсорбция.
Адсорбция – поверхностное поглощение какого-либо вещества из га-зообразной среды или раствора поверхностным слоем другого вещества – жидкости или твердого тела.
Горение газообразных, жидких и твердых веществ.
В зависимости от агрегатного состояния горючего вещества различают горение газов, жидкостей, пылевидных и компактных твердых веществ.
Согласно ГОСТ 12.1.044-89:
1.
Гомогенное и гетерогенное горение.
Исходя из рассмотренных примеров, в зависимости от агрегатного со-стояния смеси горючего и окислителя, т.е. от количества фаз в смеси, разли-чают:
1. Гомогенное гор
Диффузионное и кинетическое горение.
По степени подготовки горючей смеси различают диффузионное и ки-нетическое горение.
Рассмотренные виды горения (кроме взрывчатки) относятся к диффу-зионному горению. Пламя,
Нормальное горение.
В зависимости от скорости распространения пламени при кинетиче-ском горении может реализоваться либо нормальное горение (в пределах не-скольких м/с), либо взрывное дефлаграционное (
Дефлаграционное (взрывное) горение.
Нормальное горение неустойчиво и в закрытом пространстве склонно к самоускорению. Причиной этому является искривление фронта пламени вследствие трения газа о стенки сосуда и изменен
Общие показатели для горючих веществ и видов горения.
Общими показателями для любых веществ и видов горения являются:
1) Группа горючести —это способность вещества или материала к го-рению. По горючести вещества и материалы п
И пылевоздушных смесей.
Показателями взрывной и пожарной опасности газов, паров жидкостей и пылевоздушных смесей (пылевого облака) являются:
1) Нижний и верхний концентрационные пределы воспламенения (рас
Видных веществ.
Показателями пожарной опасности при диффузионном горении твер-дых веществ и осевшей пыли являются:
1) Температура самонагревания– это самая низкая температ
Тепловое самовоспламенение (тепловой взрыв).
Самовоспламенение – это явление резкого увеличения скорости экзо-термических реакций, приводящее к самопроизвольному возникновению го-рения вещества в отсутствии ис
Самовозгорание.
Самовозгорание представляет собой процесс низкотемпературного окисления дисперсных материалов, заканчивающийся тлением или пламен-ным горением. Склонность к самовозгоранию веществ о
Цепное самовоспламенение (цепной взрыв).
По теории Аррениуса скорость химической реакций определяется чис-лом молекул, обладающей энергией активации. Однако саморазогрев горю-чей смеси при экзотермической реакции из-за нед
Зажигание.
Зажигание– это процесс инициирования начального очага горения в горючей смеси за счет ввода в смесь извне высокотемпературного источника тепловой энергии. Происхожд
Горение в замкнутом объеме.
При горении газов в открытой трубе и в потоке продукты реакции свободно расширяются, давление остается практически постоянным. Сжигание в замкнутом сосуде связано с ростом давления.
Движение газов при горении.
Расширение газов в пламени (по закону Гей-Люссака) приводит к тому, что горение всегда сопровождается движением газов. Обозначим через ρг – плотность исходной среды,
Факторы ускорения горения.
Различные режимы дефлаграционного горения отличаются только ско-ростью распространения пламени в связи с неодинаковым развитием повер-хности фронта пламени. Горение первоначально н
Условия возникновения взрыва.
Как мы выяснили ранее, взрывом называется химическое или физиче-ское превращение вещества, сопровождающееся крайне быстрым переходом его энергии в энергию сжатия и движения исходны
Ударные волны в инертном газе.
Ударное сжатие.При любом резком повышении давления в газе или жидкости возникает волна сжатия – ударная волна. Она распространяется по сжимаемой среде, переводя ее
Воспламенение при быстром сжатии.
Горючая среда может воспламеняться не только при введении в нагре-тый сосуд. Возможен и другой режим воспламенения, уже не самопроизволь-ного, а вынужденного – при нагревании горючей среды в сосуде
Возникновение детонации.
Ускорение горения в трубах. Для возникновения детонации необходи-ма сильная ударная волна, в которой происходит достаточное нагревание взрывчатой среды. Така
Стационарный режим распространения детонации.
Достаточно сильная ударная волна может вызвать воспламенение на-гретой ею взрывчатой среды. Однако горение, вызванное одиночным импуль-сом сжатия, может быть нестационарным. При оди
Вырождение детонации.
Концентрационные пределы детонации. Тепловые потери из зоны реакции детонационной волны в стенках приводят к отклонениям от зако-номерностей детонации, изложенных в
Концентрационные пределы распространения пламени.
Из теории горения следует, что по мере понижения содержания недос-тающего компонента горючей смеси, а с ним и температуры горения, умень-шается нормальная скорость пламени. Изложенн
Затухание пламени в узких каналах.
Если в затухании пламени главную роль играет теплоотвод излучением, который определяет пределы распространения пламени, то для быстрогоря-щих газовых смесей радиационные потери малы
Механизм флегматизации взрывоопасных смесей.
Достаточно широко используется метод обеспечения взрывобезопасно-сти, основанный на снижении концентрации горючего меньшей нижнего концентрационного предела. Для его объя
Хотите получать на электронную почту самые свежие новости?
Подпишитесь на Нашу рассылку
Наша политика приватности обеспечивает 100% безопасность и анонимность Ваших E-Mail
(7.2)
- коэффициент теплопроводности;
- ширина фронта пламени.
(7.3)
- плотность смеси.
(7.4)
- коэффициент температуропроводности.
. (7.5)
(7.6)
.
превышающую 
(см. § 9.3).
- характеристический интервал температур в химической кинетике. Изменение температуры на эту величину приводит к изменению скорости реакции в “e” раз.
(7.7)
Новости и инфо для студентов