Основы теории горения Сполдинг Д.Б. (1014184), страница 31
Текст из файла (страница 31)
Я вЂ” газовая постоянная. г — стехночшрячеекое отношение. Усе — критерий Рейпольдса. Бс — критерий Шьгвлта. !ВВ Т вЂ” темпера~ура; абсолютная т«мп ра1ур». 1 — вре!»я 1,— арена горения яасюшы К вЂ” масса исходного газз на едва!щу массы сталя, х — аксназ н»е рассшн1ше (прз с»!ел»гп!и стр,Ц х,— акспальное расстояняе да нап»ла под»ге!ппвзнпа. х,— акспалыше расстояние до сеченов, где струя кз.
саегся сгешог х,у,з — прямоугольные коордшшты. (у †скорос сгруа. я,п,ы †компонен скорости по осям х, у, 2. и -огноскгельн»я объемная концентрацяя (безразнерн»я) й ††со сыеен (зесовое отнашенол воздуха к топлпау в снес»!(. в — коэффициент тсплообменз. 9 — толшнпа неподвяжвой пленка. — от!1ос!гтелы1ый избыток воздуха, я — константа нспареция. 2 — коэгйфнцненг тсплонровода,ютя.
Р— коэффнцневт даяамняеской внэкастн т — коэффнцненг кпнецашшеской вязкости. » — постоянная Стефана. Ла ратур» »а 1 В ье»м О Н. (ВП(, Р ош»ы ю С Ы 5»ып Е, В Ц»!ВО!19. 1ояа я.1ыз, 1 »1Р е! ! тн и Ре мь Вуюпо шм оп союьютю, аггп з . Ф1. 1 и*, ВаНЬ сг, 1959 Хом у Н. Н. 1РЛВ ГЬ Саыптыгг о! Со ! НШ!юн и 2 тоы, ШП у, Н тт У ас ! Ш5. 5Ь» м П т. К.
»па Р к!осе й. С, ЛЬ грцоп аа Взыас- 1 о, к с .!! и, В я уота ак хо и и !Жх. тьгг 2»1. ц'., Уь 5» .е ы Ргзю» ша Рпгпаиа, сьзрп », Н»11, тю аоп, 1952. ол. ЛН СССР. !9!3 Глава пятая ВЛИЯНИЕ ХИЯ(ИЧЕЕКИХ ФАКТОРОВ е Основные пОлОжения тепрнн ГАзовык РеАкцнн Ло пш.теднего времени почти все ясслеловання горения были посвящены изученюа хиыии горения. В рсзулыате этих работ получены обширные матсряалы я гипотезы о ариропе химнческнь реакции между топливом и кислородом. В этой книге ие приводится обзора соответствующнк Работ отчасти поточу, что такие обзоры были уже сделаны Постом (Зозй (945) и Лыонсотг н Эльбе (Еечы апб топ Ейе, (95П, а, кроме тато, и потому, что современный уровень разлития химии горения еще недостаточен для практического испольчовзпня результатов научных исследований.
Послелнее объясняется том, что для упрощения эксперимента в лабораторных условяях изучение реакций проводилось при вх медленном протекании, т е. прн сравнительно низких температурал, тогда как все характеристики пламен определяются главным образом реакциями, которы» протекают при очень высоких температурах, По.
зтоыу практически роль левиков в основном ограничнлась абъясненяем значения предпламепаых реакций, вызывающих «детонацию» в карбюраторных даигзтеляь и самовоспламенение в ливенах. Этн прошссы, по.вилнмамут не имеют существенного значения при работе «ачср сгораивн газовых турбнн, где установившееся двпгкеппе газа обеспечивает смешение продуктов сгорания с горючеуг смесью и н результате нагрева. вне смеси до высокой температуры, когда начинаегся быстрая реакция; естественно, з этом слу~ае шсто панические нсслелаванкн не ыогут быть испальзованьь Поэтому в лальнейшем будет изложена лишь зчементариая теория химических рсаквий с ~очки зрения кинетической теоРвн газов каи основа общего представления с распространении и погасанин планен. Летальное изложевие предмета читатель может нэйг|г в литературе, укя.
ганной в конце главы. ~зо Кн вчыиа ыорн Как взвестно, с достаточной точностью можно считать, что газ представ.гает собой аб.вако лискрегпо распрелеленпых молекул, гюлодящцхся в быстром движении Такие напевна, Как давление, вязкость, теплопроводнссть и Лиффузия, можно объяснимо если исходить ич этой гипотезы. Пусть, например, имеется ! смз газа с плотностью р г)см', чолекулы которого движутся го средней скорастыа и. В некоторый момент времени по направлению опной вз граней куба двюкется в среднем Чь часть всех ыолсггул, и поэточу масса цолекул, тдарпюжихся в гдопппу времени об эту грань, равна ап О.
Осли предпотож~ггь, что молекулы облалают илепльнои упругостью, то езменеаие ггюгтжества движения в единицу' врсмюпг будет равно дзтыению р газа па грань: р =-.- . — К)с. ', р 3 а, где 8, — ко ффипнсат для перехода от дян к граимам силы. Бстш газ ндеальггьгй, то р=.—,т у) зг', (5-2) тле )( — универсальная газовая постоянная, равная 0848.!О'1' смгз люль."К; Д( — молекулярный вес газа; У в абсолютная температура, "К. Из уравнений (5-!) и (5.2) ыожно нанти выражение для средней скорости молекул: и= )'Вй,йТ) И =1,58 !О')гЦД( см)сен (5-3) Например, для воздуха с молекулярным весом 29 при комнатной теиперагуре 288т К величина и .=5,07.10'сл)сем. Следует сравнить вы,таковая для скорости и п скорости звука, равной РОтй,)(Т)тг!.
для воздуха велпчпиа й = 1,4. Очевндно, звук ~ззгг волна не может рзспространятьсн быстрее, чеч да~музеи м лекулы газа, апыг показывает, что скорость зэука несколько мспыпе скдысги мшыкул. Ре чна ме ну газом н арды тетю Реакция меткду газом н тверпытт талом может про тенать только в том случае, если молекулы газа улара зю ются о поверсшосм, тела. Пус~ь, напрнчер, рсагнруюшим газом является кяслорзд в газовой счссп, имеющей плотность рл причем оююсительнзп весовая концентрация кис. порода иа поверхности равна т ,. Тогда верхний предел скороша рзакпин будет определяться количеством молекул к~гслзрадэ, которые ударяогся о единицу поверхности в единицу вречени, т. г.
в~=же,ррг)6 — — 2,63 !О'тор,ЗУУ)гь( гО)сзр сск. (5-4) Если на поверхности гела играются неровности, нли если тело состоит из отдельных зерен, то необхолнио учитывать поверхность всех неровяостей в зерен. Эта полива поверх. ность ьюткет быть во иного раз боггыпе поверхности,определяемой внешними контуразти. Плотносмь газа обратив «ропорвиональца аб«озк гной температуре. Поэтому, как это следует из уравнения (5-4), количество молекул, ударяюшихся в еднпяцу времени о по. верхиость тела, при постоянноы давлеппи обратно проиорциопально корню квадратному нз абсолютной темперагу ры. Например, если прп сгораяии углерода в воздухе концеитрэпия кислорода яа поверхности умепыпается домо,= =0,02 г)з и температура поверхности равна 1 600' К, причем катклая ударяющаяся о поверх:юсть молекула кислорода образует молекулу окиси углерола, то скорость выгорании углерода определяется следуюшнм образом (12;!6) 2,63.!О'.0,02 1,29 10-' К Х (273)1 500))г150г)723=665 10 'г)слцсгк, где 1,29 10 'г)гзг'- плотность воздука прв 273'К; сред.
ний молекулярный,вес смеси принят равным 29, Виергн акгнааи Саударение двух мотекул является необхолпмьш. но педостатачныи усювнеьг для протекания реакции Необходимо также, ыобы соухаренне было досгэточна эффекттгвным и привело к разрушеишо цепей, образуюгцич структуру мо. и кул. Мотекулы, нз которых состоит газ, ггмвн)т различные скорости, отличаююнеся от некоторого срелнего звачения; только относиткчьио небольшое качичество молекул имеет гчень большее илн очень малые скорости, большинство же молекул имеет скорости, близкие к срелнему значению.
За. кон распределения скоростей молекул известен, и поэтому !вз чпа,пс влггш шносл~етьшк кгшич ство соуларепаи схр ( — Е(РТЕ зпсргия которык превышает всг скорую кри~ левскую всшнину Е кпл(смоль Зависиьгость ехр ( — Е(((Т( ш Т представлена иа рвс 5-( лля различных ткагеюп( ЕгЕ Здесь 8 †универсальн газовал постояииаи, имею. шаа размсриосм кол(а моте 'К и чисаесное онвгение (385. Лрренггус (АггЬеииз, (888( первыи устаиовил, что скпросп реплики пропорпиоиальла «хр ( -Е(ЕТ(. и прел.
томит испол,зоаать шу связь прп обработке кслсрпишо к тальпыч даииыл Вслл пша Е п»зива тса шср и О акти яашш. Как видно иа рис. 5-(, при бесконечно ботьшом увлти~слтш температуры вшпшиил ечр ( — Е(ЕТ( стремится к лпнипе, котла. такам образом, все соулареоия привалит к реакппи Лтя бачьшиаскаа реакпий гореяия величп. па Е макалится в шнсрвалс от (О ~ВО до 88 ООО кол(г.
люлю тссшература реакпии ~ежи г в чрслслах ог ( ВОО ла л ас».. шз 2500 (( Такич обриюч. зале прп вы ош т тезшерагурвт относительное каш«ества соударений молекул, имеююнь необходимую энергию, может быть весьма малым. Прн кочкапгой температуре это количество обычно препебре. жимо мало. ««не вне у ив е вюши В отличие от гетерогенных реакций, когда реагенты находятся в различных фазах, газовые реакции называгагся гомагеннымв. Чиню соударений между иаходяшиыися в смеси матеггузаьги гнив 7 п й можно паимс используя представ.гения кинетической теории газов Висло соударений, отнесенное к сливине времени и единице объема, про. порцнонально пронаведению конце»граций, срелней скоростм молекул и плоюадн поперечного сечения мотекул.
установлено (Зеапь, )040), что масса молехул типа Г, стал. киваюшихся в единацу времена и в едипице объеыа с молекулвми типа й, прибавив~ельне равна. Где е — средний диаметр чолеку», М вЂ” средний молекупярныи вес. Термин диаметр молекулы ие следует понимать бук. вальио; оп обозначает расстояние межа> цеитраьш мойекул, на котором становится заметным влияние каках-либо чежмолекуляриых сил. Вгмнчвн) о нельзя непосредственно измерить, однако ее можно найти, использу» опытные ланиые по измерению вязкости. Лля кислорода п=З 62 )О ' сл, а лля водорода с=2,72 (О ' см. Приближенные соотяоше. вия (5.6) дают связь меткду а, коэффициентом вязкости и, коэффнцишшом тезлопроволиостн й, теплоенкосгью при постоянном павлении с н коэффипиенточ лиффузии (т прн тсловии равенства едгшиие крг«ерисв Пранхтля н Шмидта р=- —, =- Ор =2,07 ~О "--' —. гГг.ч гш (5-6) л .- „)мт ~очность соотаошеиий (5.6) зависит от того.
в какой мере выполняется приведенное устговие. В качестве примера найдем па уравнению (о-5) мэссу молекул кислорода, поторые соуларяюгся с молекуламн гоплнвз в газовой снеси, имегашей тсипературу 2000'К и ест осферное давление, если коииентоаггяи кислорода и топ. 1зе ;ива равны сгютветствс~гп 003 п 0015, тгг~ тпв~сшш пп пчпы для зоны реакции топгшво-воздушной смеси. Приничая средний молекулярный вес смеси равным малекуляр~юэгт весу воздуха, а — г,б2 10л см, пггтучньг К(352.10-'7ц2000п 20 ' 337.10ьг(сл' гек. Платность прог зааанпом давлекни пропорциональна Т ', пожаму количество соударений в едивиде объеып п в единцу времени для бнмоленудярной реакции прппарпианатг*- юг Т '*.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
