Мальцев В.М., Мальцев М.И., Кашпоров Л.Я. - Основные характеристики горения (1043377), страница 16

Просмтор этого файла доступен только зарегистрированным пользователям. Но у нас супер быстрая регистрация: достаточно только электронной почты!

Текст из файла (страница 16)

§ 7. СКОРОСТЬ ГОРЕНИЯ

Различают нормальную, или линейную, и (м/с) и массовую и* [кг/(м²*с)] скорости горения. Нормальной скоростью горения называют скорость распространения фронта пламени по отноше­нию к несгоревшим реагентам. Скорость горения зависит от ряда физико-химических свойств реагентов, в частности теплопроводности и скорости химической реакции и имеет вполне определенное значение для каждого горючего (при постоянных условиях горения).

В табл. 1.16 приведены скорости горения (и пределы воспламе­нения) некоторых газообразных смесей. Концентрации горючего в смесях определены [1, с. 29] при 25 °С и атмосферном давлении. Пределы воспламенения за отмеченными исключениями получены при распространении пламени в трубе диаметром 0,05 м, закрытой с обеих сторон. Коэффициенты избытка горючего определены как отношение объемных содержаний горючего в реальной смеси к стехиометрической смеси (1) и.к смеси при максимальной ско­рости горения (2).

Как видно, при горении воздушных газовых смесей при атмо­сферном давлении и_макс лежит в пределах 0,40—0,55 м/с, а «макс — в пределах 0,3—0,6 кг/(м²*с). Лишь для некоторых низкомолекулярных непредельных соединений и водорода и_макс* лежит в пре­делах 0,8—3,0 м/с, а «макс достигает 1—2 кг/(м²-с). По увеличе­нию «макс исследованные горючие в смесях с воздухом можно рас­положить в следующий ряд: бензин и жидкие ракетные топлива, парафины и ароматические соединения, окись углерода, циклогек21сан и циклопропан, этилен, окись пропилена, окись этилена, аце­тилен и водород.

Влияние структуры молекулы горючего на скорость горения удалось проследить для низкомолекулярных углеводородов с прямой цепью [29]. Скорость горения растет с увеличением степени непредельности в молекуле: алканы<алкены<алкадиены<алкины. С ростом длины цепи этот эффект уменьшается, но все же скорость горения воздушных смесей для н-гексена примерно на 25% выше, чем для н-гексана.

Линейная скорость горения кислородных смесей значительно выше, чем воздушных (для водорода и окиси углерода в 2—3 ра­за, а для метана — больше, чем на порядок). Массовая скорость горения изученных кислородных смесей (кроме смеси СО + О2) лежит в пределах 3,7—11,6 кг/(м^2*с).

В табл. 1.17 приведены (по данным Н. А. Силина и Д. И. Пос-товского) скорости горения уплотненных смесей нитратов и перхло­ратов с магнием. Для приготовления смесей использовали порошко­образные компоненты с размера;ми частиц нитратов 150—250 мкм, перхлоратов 200—250 мкм и магния 75—105 мкм. Смесью запол­няли картонные оболочки диаметром 24—46 мм до коэффициента уплотнения 0,86. Образцы сгорали на воздухе при нормальных давлении и начальной температуре.

Из сопоставления данных таблиц 1.16 и 1.17 видно, что кон­денсированные смеси превосходят газовые смеси по массовой и уступают им по линейной скорости горения. Скорость горения сме­сей с перхлоратами меньше скорости горения смесей с нитратами, а смеси с нитратами щелочных металлов горят с более высокой скоростью, чем смеси с нитратами щелочноземельных металлов.

Таблица 1.16. Пределы воспламенения и скорости горения смесей с воздухом (I) и кислородом (II) при нормальном давлении и комнатной температуре [1, с. 30; 29, с. 11]

* Открыт нижний конец трубы. ** Сухой воздух, 0,97% На в моноокиси углерода.

Таблица 1.17. Скорости горения конденсированных смесей (неорганический окислитель+магний)

§ 8. УСТОЙЧИВОСТЬ ПЛАМЕН ТВЕРДЫХ И ЖИДКИХ ГОРЮЧИХ ПРИ ОБДУВЕ ВОЗДУШНЫМ ПОТОКОМ

Условия (пределы) устойчивого горения неперемешанных га­зов впервые теоретически рассмотрены Зельдовичем [6]. При го­рении неперемешанных газов в зону реакции (на поверхность пламени) направлен поток реагентов: с одной стороны — окислителя, а с другой горючего. Горение возможно лишь в определенном интервале скоростей потока реагентов. При уменьшении потока реагентов ниже некоторого минимального значения m_{np мин} горение становится невозможным вследствие увеличения относительных потерь тепла в окружающую среду я происходит лишь перемеши­вание холодных газов (нижний предел горения).

При увеличении потока реагентов происходит соответственное увеличение массы вещества М, реагирующего на единице поверх­ности пламени в единицу времени, до М_макс (когда реагирует максимально возможное в данных условиях количество реагентов) Дальнейшее увеличение потока реагентов вызывает охлаждение пламени и уменьшение М (избыток веществ не успевает прореаги­ровать) . При значениях m_пр._макс и М_кр, в результате дальнейшего уменьшения скорости реакции и понижения температуры происхо­дит срыв горения (верхний предел горения). Вместо горения идет перемешивание холодных газов. Согласно Зельдовичу

где —плотность; D —коэффициент диффузии; Е — энергия активации- k — кон­станта скорости реакции.

Таким образом, величина М_Kp (и связанная с ней величина mпр.макс) зависит от диффузионных условий и скорости химиче­ской реакции. При обтекании потоком воздуха горящего образца (рис. 1.14) вблизи поверхности образуется пограничный слой, который часто в той или иной мере является турбулентным. В пре­делах этого пограничного слоя вблизи его внешней границы рас­полагается диффузионное пламя, к которому с одной стороны под­водятся пары горючего, а с другой — кислород воздуха. В общем случае горение изменяет параметры пограничного слоя. Эти изме­нения в некоторых случаях можно учесть в первом приближении с помощью «параметра вдува». Коэффициент турбулентного обме­на в пламени становится заметно выше коэффициента молекуляр­ного переноса лишь при больших числах Рейнольдса.

Рис. 1.14. Схема распределения скорости воздушного потока и температуры

пламени.

Характеристики

Список файлов книги