1598005881-4f87b42cfc9e80ed51b9133d1cb84af4 (А.В.Талантов - Основы теории горенияu), страница 14

Горение в замкнутом обыя!е в на !Ольний:,!о.!!:!! ° !'; -:.;. пз аналогично горению прн постоянном давлении. )!ет!Руд!!о п! !' !зз! . зт. с помощью Л.28). При Ъ 0 приб!!ияенн ь!!— я сгоревшее вещество,а следовательно, и повышение давления составляют всего лишь 2 - 3~~. Кроме предыдущего, существует несколько путей определения скорости распространения пламени в бомбе постоянного объема, Рассмотрим их. Кропнфференцируем вырезание для давления: — =):) (х-!) — ° с(Р !(х Иг но Ы~ иибС~9 Р ~Р ~ к , а — — ~ †) ,следовательно, !(Ы (~,у, ' я. ~!з. ) НР !о, (Х-!)( р ) «Р (Ш. 29) ) г ('Й~ (Х-ч)ъ1л с~)Ф Бырзлзя Ъ лз формулы О(!.27): 97 Имея кривую изменения давления во времени и фоторазвертку процесса, мозно найти нормальную скорость по выракению (Ш.29).

)(ля этого с кр!вой хода давления необходимо взять величину давления в рассматриваемый момент времени и его первую производлую (фнг.Ш.15), а с фоторазвертки - размер поверхности сферы. Однако задачу отыскания мозно решить с помощью только одной кривой давления. Для этого необхолнмо Г выразить в 4щнк- 1 ции Р ! Г -чйя, но К- Е,ь)у . Следовательно, Г 4йц му, но и подставляя в (!П.29), получим: ЫР ЭК(Х- ~®~ (, ~-,— <,,11 Р~-4 ~ з-' * Таким образом, зная Р и — для данного момента времени, бр молно найти ин . Величины 0н будут переменныыи в ходе процесса, так как при горении в замкнутом объеме меняется давление и температура.

Так как давление и температура несгоревшей смеси связаны уравнением адиабаты, а нормальная скорость зависит от давления и температуры в соответствии с препддущим, -ог ьа ие Р т -о,г огое ьг о,ь и,-Р '.Р' то или -ог до ев и„т' т -т. нормальная скорость при горении углеводородных горючих в бомбе постоянного объема изменится прпоерно в два раза. Аналогичным образом скорость распространения пламени молет быть найдена только по фоторазвертке развития пламени.

Видимая скорость определяется непосредственно по развертке, ибо — - ио . Для начального момента времени и„ -— дя сй е как зто было показано ранее. Юля произвольного момента времени скорость ие монет быть ч йп ° ° ° и. --~ — —. у4.: ((С ' Плотность связана с давлением, давление в свою очерепь— с долей вьпореншего вещества, а последнее - с относительным обьемом продуктов сгорания. Эти однозначные связи позволяют рассчитать нормальную скорость. Однако записать выражение для ц „в явном виде затруднительно иэ-за появления уравнения с дробными степенями, связываплего 'ь и М . На практике для отыскания ~1» удобно пользоваться вспомогательными грарнками оу =~(Ъ) .

рассчитанными для заданных смесей заранее. Наилучшим слелует считать одновременное определение скорости обоими методами. Такой путь позволяет устранить как случайные, так и систематические ошибки и в случае совпадения результатов считать их достоверными, Процесс горения в замкнутом объеме обладает характерной особенностью: температура после онончания горения на пери4ерии ы в центре не одинакова. Действительно, температура в центре тотчас после сгорания первых порций: Тцм -Та+— и бз Температура в центре после сгорания всей смеси повысится за счет сжатия: м К1 Тчз Тцн Х (Тв + б )А и - к Температура у стенки в момент подхода пламени: ~М т„„=т,х ".

Температура у стенки в конечный момент времени после сгорания: ~сиз-7уя + Со Н Иэ сопоставления этих величин можно видеть, что н.~ з м т,х ".—," ~с,.—,")Х ", т.е. температура в центре выше,чем у стенки: Тст, < Тцк Разница зта при некоторых условиях может достигать сотен гра- дусов. Явление это называется Махе-эффект по имени физика, впервые обратившего на него внимание. В некоторых случаях дальнейшее повышение температуры в центре после сгорания приводит к появлению вторичного свечения.

Однако оно не связано с выделением энергии прн горенин,а объясняется Махе-эффектом. з 7. Результаты экспериментальных исследований нормальной скорости распространения пламенн К настоящему времени накоплен цовольно значительный материал о нормальной скорости распространения пламени и ее зависимостях. Денные экспериментальных исследований в основном накопятся в разумном соответствии с теорией. Некоторая неоднозначность и несогласованность результатов эксперимента объясняются различием используемых метопнк и ошибками, свойственными нм. Типичные кривые скорости распространения пламени в функции состава смеси пля различных горючих показаны на фнг.Ш.10, Ш.17.

Фиг.Ш.1б дает результаты эксперимента в трубках диаметй„ О» сЪс 'с Ю ~а 0 з 4 6 8 ГО % горюгеео уе гпеююи Фнг.Ш.16. Скорость распространенйя йламени в трубках оиг.Ш.17. Нормальнэя скорость распространения плесени углеводороде-возщшних смессл 100 ром 25 мм, фигЛ.17 - полученные методом горелки. Видно, что скорость распространения пламени, определенная методом трубки, как и следовало ожидать, значительно больше, чем полученная на горелке для тех же смесей. Физико-химической константой, не зависящей от аппаратурных условий эксперимента, мо; но считать лишь нормальную скорость, определяемую на горелке.

В дальнейшем будут обсуждаться лищь такие результаты. Нормальная скорость распространения пламени углеводородоз имеет вид кривой с максимумом в богатой области вблизи стехиометрии ~К 0,9). Смещение максиыума скорости объясняется сдвигом максимума температуры из-за диссоциацни и различна теплофизических свойств продуктов сгорания, а также особенностями кинетики и различными коэффициентами диффузии горючего и окислителя.

Нормальная скорооть на грвыще не достигает нулевых значений, горение прекращается при скоростях порядка 10 см/с. Большинство углеводородов имеет примерно те ке ваксимвльные нормальные скорости распространения пламени, что и изображенные на фиг.Ш.17. Того же порядка оказываются и нормальные скорости распространения пламени бензина и керосина - горючих, являкщихся смесями зысокомолекуляных углеводородов. Интересно, что керосин, существенно отличающийся своими физическими характеристиками (испаряемость, антпдетонецнонные свойства) от бензина, но имеющий примерно ту же теплотворность и температуру горения, обладает практически одинаковой с бензином нормальной скоростью. Вообще нормальная скорость распространения пламени обнаруживает некоторую зависимость от структуры молекулы и числа атомов углерода в ней (фиг.щ.18).

Скорость распространения племени ненасыценных углеводородов больше, чем насыщенных. По мере увеличения чиола атомов углерода в молекуле скорость падает. Скорость распространения пламени насыщенных углеводородов не зависит от числа атомов з молекуле. Все это, очевидно, может быть объяснено прочностью знутримолекулярных связей и склонностью молекул вступать в реакцию.

Ненасыщенные углеводороды обладают большей активностью.что и вызовет Рост И.». 101 Влиянию давления посвящено много работ, что объясняется запросаьы практики, а такле возможностью выяснить эф4ективный порядок реакции пра этом. Результаты экспе)нптента свидеи сТс тельствуют о широком диапазоне изменения этой завискмостк.Так, если представить ее в ваде > Шй.31) то коэ44ициент п меняется от сб -0,5 до +0,3. 3то не всегда мокет быть объяснено с позиций теории нормальной скорости распространенна пламени и кинети- с Ой.

32) где щ = 1,5 — 2,0, в среднем а = 1,8. На 4кг.Ш.20 приведены данные лля бензина и керосина при сь = 0,95 и Р= 1 бар. Гра4ик показывает также зависимость, рассчитанную теоретически. 102 ческих закономерностей, установ Я~ломе Уэл~Рода ленных ннымн путямн Довольно Фиг.Ш.18. Скорость распро- закономерно показатель степе- нна скорости распространения пламени. Для большинства углеводороде-возвушвЫХ смеСей с умеренной скоростью распространения пламени он принимает значения и- = -(0,25 + 0,30). Такого хе порядка он и для смесей бензина и керосина с воздухом.

Довольно однозначное влияние температуры на скорость распространения племени отмечается всемв исследователями. В хорошем соответствии с теорией повышение начальной температуры смеси способствует увеличению нормальной скорости (4иг.Ш.19). Изменение температуры углеводородо-воздушных смесей укладивается в основном в рамки степенной зависимости Большой интерес как с точки зрения техники безопасности, так и для создажя топочных устройств представляет поведение смесей при их раэбавлении теми или иными примесями. Добавка 0н 'Я~ 5,2 2,0 4,6 42 04 0 об 08 40 42 44 т,е с~, Фиг.ш.19.

Нормальная скорость распространеншч пламени бензине-воздушнойсмеси прн различныХ начальных температурах (в К ): ~ - 873; 2 — 623; 3 — 773; 4 — 723; 5 — 673; 6 ",623~ 7 — 673~ Ю - 623; Р— 473; ~с - 423; я — 373; ~2 - 323 к смеси инертных газов изменяет концентрацию реагируюших вешеств,а также меняет физические свойства смеси.

Особенно сильно влияние добавки на концентрацию, в изменении же физических свойств играет большую роль отношение коэффициента теплопроводностн к теплоемкости,т.е. коэффациент переноса.В сс- 103 ответствии с этим и возникают зависимости скорости от разбавления смеси инертным разбазителем,подобные приведенным на фиг.!!!.21, !!!.22. Добавка !о!слорода оказывает положительный эф- шв ФигЛ.20. Зависимость нормальной скорости от температуры фект, тек кзк вызывает повышение температуры горения; разумеется, прш атом содеркание горючего в стехнометрической смеси увеличивается.

Уменьшение кислорода в смеси замедляет распространение пламени. В принципе существуют примеси, незначительная добавка которых монет существенно увеличить нормальную скорость. Так, например, небольшие количества влаги способны увели и!ть скорость распространения пламени сухой окиси углерода. Водяной пар в этом случае является поставщиком радикалов Он, играхших роль активных центров в реакции. Вообще, любую реакцню мозно ускорить добавкой активных центров, однако продолкительность жизни, их,кек правило,ничтолно мела, а консервация их пока еще недоступна.

104 Особый интерес пля практики представляет вопрос, какое влияние оказывает разбавление смеси собственннмн продуктами 4 Уи сч,~~ зм Фиг Л1. 22. Нормальная скорость в зависимости от замещения кислорода углекислым газом Фиг.1П.21.