Мальцев В.М., Мальцев М.И., Кашпоров Л.Я. - Основные характеристики горения, страница 8

нитрата аммония 980 °С [29]. Равновесная температура при горе­ний смеси перхлората аммония с полиформальдегидом при =1 и Р = 0,1 МПа — 2500°С [29, с. 173].

Вычисленная в работе [35] адиабатическая температура рас­пада ацетилена по схеме С₂Н₂—>2С+Н₂+yН (с учетом диссоци­ации водорода) составляет 2610, 2750 и 2834 °С при давлении со­ответственно 0,1; 1 и 10 МПа.

Продукты сгорания некоторых интерметаллических и термит­ных смесей могут иметь особенно высокую температуру, достигаю­щую 4000—5000 К (табл. 1.4). Расчет температур выполнен (за отмеченными исключениями) с учетом затрат тепла на фазовые переходы продуктов сгорания. Их диссоциация не учитывалась, так как предполагалась в рассматриваемых системах незначитель­ной.

3. Измеренные температуры

Температуры пламен воздушных смесей и диффузионного пла­мени амилацетата приведены в табл. 1.5. Измерения проведены методом обращения линий натрия в окрашенных пламенах влажных

Таблица 1.5. Температуры пламен воздушных смесей, измеренные при Р=0,1 МПа (некоторые в сравнении с расчетными температурами) [11, с. 578]

Горючее	Содержание горючего в смеси, % (об.)	tизм,oC	tрасч,oC
Н2	31,6	2045	2047
CO	37		2000
20 СО+СО2	35,6	1890*
10 СО+СО2	36,5	1850*
5 СО+СО2	37;6	1797*
10 СО+3 С02	38,6	1764*
Метан	10	1875	1910
Этан	5,8	1895
	Стехиометр.	1900	1925
Пропан	4,14	1925	1925
Бутан	3,2	1895
Изобутан	- 3,2	1900
Этилен	7,0	1975	2065
	Стехиометр.	1945	2045
Пропилен	4	1935
Бутилен	3,4	1930
Ацетилен	9,0	2325
Питсбургский природный газ	9	1930*	1950
Амилацетат	—	1422**

* Частично окрашенное пламя, сухая смесь.

** Температура измерена двухцветным методом, диффузионное пламя.

смесей при комнатной температуре (за исключением специально отмеченных в примечании к табл. 1.5 случаев). Приведен­ные значения являются максимальными температурами пламен, определенными для данного топлива. Концентрации даны в объ­емных процентах для сухих смесей. Все значения температуры указаны для исходных смесей при комнатной температуре и ат­мосферном давлении. На экспериментальные значения темпера­тур пламени, по-видимому, влияют потери тепла и перемешивание с окружающим воздухом. Однако это влияние во многих случаях не вызывает заметного отклонения от расчетных температур пламени; эти значения могут быть использованы как приблизи­тельные значения температур пламени исследуемых смесей [11, с..578]. Как следует из данных табл. 1.5, при горении воздушных смесей Н₂, СО и углеводородов достигается сравнительно высокая температура (2045—1875 °С) в ряде случаев приближающаяся к расчетной адиабатической температуре. Наиболее высокой темпе­ратурой (по сравнению с другими исследованными пламенами газообразных смесей) обладает пламя ацетилена (2325 °С). Пламена воздушных смесей природного газа также имеют сравнитель­но высокие температуры (1930°С),

Интересно отметить значительно более низкую температуру диффузионных пламен (1422 °С) при "горении в воздухе амилаце­тата по сравнению с температурами пламен воздушных смесей.

Это объясняется, очевидно, тем, что диффузионные пламена теря­ют гораздо больше тепла, чем пламена горючих, предварительно смешанных с окислителем.

Температуры пламен кислородных смесей приведены в табл. 1.6. Условия измерения температур аналогичны условиям измере­ния температур воздушных смесей, приведенных в табл. 1.5.

Как видно, при горении в кислороде измеренные температу­ры значительно выше, чем при горении в воздухе. Максимальная температура пламени кислородных смесей водорода 2660 °С, раз­личных по составу углеводородных газов 2730—2930 °С и ацетиле­на—3137 °С.

Впервые горение алюминиевого порошка в смеси с газообраз­ным кислородом применили Бекер и Стронг в разработанной ими кислород-алюминиевой паяльной лампе в 1930 г. В качестве го­рючего они использовали тонкий алюминиевый порошок, 94% {масс.) которого проходило .через сито с 80 отверстиями на один сантиметр. Для того чтобы горение было устойчивым, прибор обес­печивал образование и непрерывную подачу однородной суспен­зии алюминиевой пыли в кислороде. Поджигание осуществлялось бунзеновской газовой горелкой. Смесь сгорала с образованием очень яркого, ослепительно белого пламени и с выделением боль­шого количества дыма окиси алюминия. Частички дыма были на­столько малы, что дым не оседал в течение суток. Бекер и Стронг установили, что продукты горения содержат около 2% свободно­го алюминия. Испытывая действие пламени кислород-алюминие­вой лампы на различных материалах, они приблизительно опре делили температуру

Таблица 1.6. Температуры пламен кислородных смесей, измеренные при Р=0,1 МПа [11]

Горючее	Содержание горючего в смеси, % (об.)	t °с ИЗМ'
Водород	67,0 (H2+1/2O2) 73 78 82	2483 2527 2660 2427
Ацетилен	18,0 (смесь с избытком кисло- рода) 33 (смесь с избытком горючего) 44,0 50,0	2927 3007 3137 2927
Городской газ 578 кДж (138 ккал)	65	2730
Природный газ 1080 кДж (258 ккал)	45	2930
Смешанная природный и коксо- вый газ 854 кДж (204 ккал) .	57	2810
Карбюрированный водяной газ . 846 кДж (202 ккал)	50	2800

пламени (табл. 1.7) Молибден в пламени плавился, а вольфрамовую проволоку толщиной 1 мм расплавить не удалось. Таким образом, температура горения алюминия в сме­си с кислородом находится между 2535 °С (температура плавле­ния молибдена) и 3400°С (температура плавления вольфрама).

Квеллерон и Скартазини для изучения горения порошкообраз­ного алюминия в кислороде сконструировали горелку, дававшую непрерывное и устойчивое пламя [37, 38]. Горение порошкообраз­ного магния в кислороде на этой горелке исследовал Скартазини [12]. Образующееся при горении алюминия и магния ослепитель­но белое пламя имело длину около 0,15 м. Окись алюминия созда­вала большое дымовое облако, состоящее из очень мелких частиц. Колебания в составе смеси, даже очень небольшие, вызывали силь­ное изменение температуры пламени. Так, избыток кислорода в смеси в 2,5% (масс.) по сравнению со стехиометрическим ее со­ставом (47% кислорода) понижал температуру пламени алюми­ния на 400 °С. Образующаяся при горении окись магния состояла из очень мелких кристаллических частиц, размеры которых лежа­ли в пределах 20—1500 нм. Максимальная яркостная температу­ра по высоте исследованных пламен алюминия составила 3260°С, а пламен магния —2480 ( = 665 нм) и 2620 ( = 540 нм) °С.

Гросс и Конвей [39] при изучении особенностей горения так называемого «алюминиевого солнца» (горение капли алюминия в кислороде) провели измерение температуры зоны реакции с по­мощью Оптического пирометра. По их измерениям температура пламени лежит в пределах 3030—3530 °С. В работе [40] исследова­на цветовая и яркостная температура кислород-алюминиевой лам­пы-вспышки. Для всех типов ламп максимальная температура (определенняя пирометром) равна 3500 °С и приближается к рас­четной. Их яркостная температура несколько меньше и лежит в пределах 2930—3180 °С.

Максимальные значения температур продуктов сгорания метал­лов по данным ряда авторов сведены в табл. 1.7. На основании этих данных можно считать, что измеренная температура кисло­родных пламен магния достигает 2800 °С, кислородных пламен алюминия — 3000—3500 °С. Температура горения титана в кисло­роде лежит около 3000°С, циркония — >3000°С.

Рассмотренные в разделе 2 и 3 температуры рассчитаны или в большинстве случаев экспериментально определены для стехиометрических смесей, сгорающих при нормальном давлении. Вслед­ствие диссоциации продуктов сгорания расчетные и измеренные максимальные температуры пламен соответствуют несколько обо­гащенным по сравнению со стехиометрическими горючим смесям. Увеличение расчетных значений температуры с повышением дав­ления среды происходит вследствие подавления диссоциации про­дуктов сгорания. Рост измеренных значений температур с увели­чением давления может происходить также вследствие увеличе­ния полноты сгорания.

Таблица 1.7. Температуры продуктов сгорания металлов при Р=0,1 МПа

* По данным табл. II.1.

** По данным работы [32].

4. Температурные Характеристики пламен конденсированных систем в воздухе

Как следует из .изложенного выше, литературные данные о тем­пературах пламен почти полностью относятся к газообразным си­стемам. Экспериментальных данных о температурах горения не менее важных в практическом и теоретическом отношении конден­сированных систем значительно меньше. Измерение температур выполнено в основном для пламен горючих смесей. Сведения о температурах диффузионных пламен почти полностью отсутст­вуют.

Нами исследована температура и излучательная способность пламен различных твердых и жидких горючих, некоторых смесей и термита при горении в воздухе. Расчет температур произведен для равновесного состава, адиабатических условий и нормального дав­ления. Цилиндрические образцы небольшого диаметра сжигали в среде неподвижного воздуха при атмосферном давлении и комнат­ной температуре. Экспериментальное исследование температуры пламен твердых и жидких горючих производили двумя способами: с помощью платино-платинородиевой термопары (Pt—Pt 10% Rh) и методом лучеиспускания и поглощения в области линий Натрия ( = 589 нм). Исследование температуры пламен конденсированных систем проведено только методом лучеиспускания и поглощения.

Измерение термо-э. д. с. производили с помощью потенциомет­ра. При этом учитывали поправки на температуру холодного спая, потери термо-э. д. с. в измерительном приборе, соединительных про­водах и электродах, потери тепла вследствие излучений и тепло­проводности вдоль электродов.