1598005881-4f87b42cfc9e80ed51b9133d1cb84af4 (А.В.Талантов - Основы теории горенияu), страница 17

Эти особен- Н ности хорошо объясняются. На М ныиней границе в смеси в из- бытке имеется кислород, и подо тому замещение его другим газом примерно с теми ке Физическими характеристиками не меняет условий воспламенения, и же т злю» иены н смесь воспламеняется при той ке доле горючего. На верхней ~У 9 В Р границе замена части кислородобавок йа концентрационные пределы метено-воздуш- да, нахопящегося в недостатке, ной смеси уменьшает долю горючего, способного вступить в реакцию.

минимальный процент кислорода в верхнем пределе практически не зависит от содержания инертной примеси. Полная Флегматизация смеси наступает прн значительных количествзщ примеси. Все названные газы различаются по своим Физическим особенностям (Л , Сл ), что и определяет тот процент примеси,котормй обеспечивает полную Флеьюатиэацию смеси. Простые Физические сообрвления позволяют заключить,что э44ект примесей тем выше,чем больше теплоемкооть и меньше теплопроводность. Существуют и активные Флегматизирующие присадви, действие которых заключается не только в разбавлении смесв, но и в подавлении хвмических реакций. В качестве таких Флегматнэаторов используется бромистый атил, иодистый метил, бромоФорм, четыреххлоркстый углерод, хлороФорм и др.

?22 5 4. Искровое зажигание Зажигание искрой является весьма распространенным видом вынужденного воспгаменения. Зажигание смеси искрой производится в каждом цикле работы карбюраторного двигателя внутреннего сгорания; в воздушно-реактивных двигателях зажигание искрой используется цля инициирования процесса горения при запуске двигателя. 14еханизм этого процесса весьма сложен и нередко становится предметом дискуссий. Дело в том, что при искровом разряде наблюдается значительное местное выделение энергии,развиваются высокие температуры.

Следовательыо,искровой разряд можно рассматрщвать как своеобразное накаленное газообразное тело. Однако к~и прохождении через газ электрического тока высокого напряжения проиоход~т интенсивное местное возбуждение молекул газа н нх ионизация. Последнее может изменить как характер, так н интенсивности химических реакций.различное объяснение этих особенностей привело к появлению двух теорий искрового зажигания: ионной и тепловой.

Согласно ионной, или химическсл теории, основная роль в процессе зажигания принадлежит активным частицам типа свободных радикалов, обраэухщимся в искровом разрядюм промежутке. Диффундируя в окружа3хб~ю среду, она лнлцинруют реакции горения. Тепловая теория объясняет зажигание тепловым эффектом искры. Однако разумно полагать, что все фькторы, как тепловые,так и электрические, участвуют в процессе. Вопрос заключается в том, в каких случаях какие кэ ш~х являются решахщими.

По-видимому, если критерием зажигания являются условия распространения фронта пламени, то на первый план выступает тепловая сущность процесса. Сам процесс ь" ю:годин искрой можно представить следухщим образом. Электрический разряд практически мгновенно в весьма малом объеме создает голе температур в десятки тысяч градусов. В дальнейшем этот объем нагретого газа начнет расширяться за счет передачи тепла соседним слоям при одновременном понижении максимальной температуры (фиг.17.10).Если смесь неспособна реагировать, то температурная кривая становится все более пологой (сория сплолсыс линий,фиг.1У.10).

В случае 123 реагировения смеси падение максимзльной температуры прк соответствуюлкх условиях прещратится на уровне температуры горения (серия пунктирных линий) за счет тепла химических реакций. Пркбликенно мозно полагать, что звкигение возникнет в том случае, когда начальный объем нагретого до температуры горения газа окажется не тоньше нормального ламиыарного пламени: )( - йл (1У.Н) Если считать,что нагрев этого газа происходит лишь за счет печальной энергии, то минимальную энергию для случая сферического источника приближенно мозно оценить твк: Фиг.

1У. 10. Изменение температуры йосле проскока искры 124 СяУг (У - Уо) 3 ~ или з К ~' Ся~г (Тг Тэ) у (1У. 9) пн )(ля каждой смеси существует некоторея предельная минимельнвя мощность искры, начиная с которой происходит искровое эвлигание, т.е. пламя рвспростреняется в объеме.Эта минимальыая мощность является, естественно, функцией состеза смеси и долина зависеть от девления н температуры. Зависимость минимельной мощности искры от соствва смеси сходна у различных горючих (см.фиг.1У.1). Существует минимвльная из минимальных мощностей, начиная с которой воспламенение данных газов невозможно деке при оптимальном их соотношении.

Наименьшего значения эта мощность достигает при составе смеси, близком к стехиометрии, но в области богатых смесей. Смещение в богатую область возрастает с увеличением молекулярмсго весе углеводородов. Объясняется оно различием тепло4мзических свойств богатых и бедных смесей и, в частности, разлшчкем коэ44ициентов дшрФузкк кислоропа к топлява. Млнимэльная воспламеняющая энергия большинства углеводороцо-возлушных смесей оптимальных составов при атмоорерном давлении к комнатной температуре составляет 0,2 — О,ЭмДж .

Согласно (17.9), зта мощность связана с величиной Ие, что хорошо подтверждается совпадением максимума Ие и минимума поцжигвщей энергии. Для различных углеводородов она также тем меньше,чем больше нормальная скорость. Прк мощности искры выше наименьшей всегда существует два значения состава смеси, яэляхющеся границами зажигания. увеличение мощности искры приводит к расширению границ залиганкя, которые, оцнако, асимптотически стремятся к постоянным величинам. Наступает момент, когда цэльнейшее возрастанке мощности искры не изменяет греякц зажигания.

Таную искру пркнято называть насщлалщей. Для различных горючих смесей насыщшалая искра различается пс величине. Характеристики зажигания с помощью насыщаилей искры в наибольшей степени свободны от влияния многих Факторов, свойственных чисто искровому процессу воопламенения и служащих основанием лля дискуссии опршроце искрового зажигания.

Полученные с помощью подобной искры характеристики очень устойчивы, воспроизводимы и весьма близки к характеристикам зажигания другими методами - накаленным телом, пламенем к пр. По существу эти границы зажигания - пределы воспламенения. В том, что искра не является насыщаищей,кзвестную роль играют потери тепла. Потерями на излучение и создание ударных волн, по-влднмому, моя~о пренебречь, ибо они относительно малы к меняются неэначнтельно. В случае необходимости они могут быть учтены состветствухцей константой. Наибольшую долю составляют потери тепла в электроды.

Они особенно велика, когда электролы расположены близко друг к другу: горячий обвею соприкасается с холодными электролами и отдает им зна ытельную долю тепла. Необходимая для зажигания энергия увеличивается с уменьшением расстояния между злектродамк,а также зависит от формы и материала лх Циг.17.11).Эксперимент свидетельствуот о том, что для каждой смеси существует мкнимальный разрядный промежуток, обеспечивающий поджигание при за- 125 й л9'к 04044442/лье Ы Фиг.1у.13. Изменение пределов воспламенения пропановоздуиной смеси струей горячих газов Фиг.

1У. 12. Влкяние скорости потока на вооплвменвхщую энергию И 26оС, пропановоздушная смесь: К = 0,77; Рбар; 1 - 0 07; 2 - 0,1; - 0,14) 126 данной мощности источника. Лальнейаее уменьшение зазора между электродами делает зажигание невозможны. Не помогает и увеличение мощности искры,как, емдю например, при использовании ~ЯЯ электродов с плоскими щечками или при дальнейшем уменьшении я еюь зазора. Величина подобного 494 искрового промежутка близка к 4 $ Ю предельному диаметру, в кото- ром может распространяться 4 4 ~' < пламя (гасящий диаметр). Оче- видно, это объясняется сход- 4 — ством Физической картины явления в обоих случаях. При движении смеси по от- 4 ношению к искре условия зажифиг.

17.11. Влияние величины гения ухудшаются иэ-за и формй разрядного промежутка на минимальную восйламе- пределення энергии искры на няхщую энергию 1 1, = 20~0) больший объем за счет движеметено-воздушная смесь) ния смеси в искровом промежутке,а также иэ-за увеличения теплоотвода за счет турбулентности. Минимальная энергия воспламенения в потоке превышаат подобную величину для неподвижной смеси и растет с увеличением скорости потока (фиг.1У.12). Отрицательная роль зурбулентности иллюстрируется и результатами эксперимента по поджиганию в замкнутой камере с интенсивным перевешиванием потока (фиг.1У.13). Пределн воспламенения для пропано- и метано-возлушной смеси при постоянной энергии поджигания сокращаются с ростом пульсационной скорости. Серии мгновенных фоторегистраций показывают, что при значительной турбулентности образовавшийся от искри небольшой очаг пламени разрушается затем под действием пульсаций.

5 5. Воспламенение струями Одним из распространенных способов залжгания смеси является воспламенение ее горячими струями. Так, в возлушно-реактивных двигателях розжиг «амер сгорания нередко осуществляется с помощью форкамеры (запальника),поцахщей струю горячих газов в камеру сгорания. В двигателе с индивилуальннми камерами процесс горения передается горячей струей в другие камеры с помощью пламяперебросных трубок.

Наконец, перспективно зажигание с помощью форкамеры, подавшей в нужный момент струю горячих газов в цилиндр порпневого карбюраторного двигателя. Такое зажигание обладает рядом достоинств и позволяет улучшить показатели работы двигателя.

Наиболее изучено зажигание при течении параллельных струй, одна из которых горячая, другая же несет горючую смесь. В некоторых случаях компоненты (горючее и окислитель) доставляются разными струями: один - холодной, другой - горячей. В этом случае имеет место так называемое диф$уэионное горение.