Главная » Просмотр файлов » Мальцев В.М., Мальцев М.И., Кашпоров Л.Я. - Основные характеристики горения

Мальцев В.М., Мальцев М.И., Кашпоров Л.Я. - Основные характеристики горения (1043377), страница 17

Файл №1043377 Мальцев В.М., Мальцев М.И., Кашпоров Л.Я. - Основные характеристики горения (Мальцев В.М., Мальцев М.И., Кашпоров Л.Я. - Основные характеристики горения) 17 страницаМальцев В.М., Мальцев М.И., Кашпоров Л.Я. - Основные характеристики горения (1043377) страница 172017-12-27СтудИзба
Просмтор этого файла доступен только зарегистрированным пользователям. Но у нас супер быстрая регистрация: достаточно только электронной почты!

Текст из файла (страница 17)

Скорость обдува горящих образцов влияет на поток реагентов в реакционную зону пламени. Поэтому возможно прекращение го­рения (срыв пламени) при слишком низких (u мин) и слишком высоких (u макс) коростях обдува пламен. Каждому горючему в заданных условиях обдува должен соответствовать предельный поток реагентов в пламя, занижение и превышение которого вызо­вет срыв пламени. При изменении скорости обдува изменяются характеристики горения и вследствие этого величины т, mпр. мин и mпр. макс. При интенсивном обдуве предельный поток реагентов в пламя возрастает примерно пропорционально u0,45. Физически реален случай, когда mпр.мин<m<mпр.макс. Обратный случай невозможен и соответствует срыву (затуханию пламени). Теоре­тически возможна область устойчивого горения и область срыва пламени при больших скоростях обдува. Размеры области устой­чивого горения определяются главным образом химико-кинетиче­скими свойствами горючего, окружающей газовой среды и началь­ной температурой. Важную роль играет константа скорости хими­ческой реакции в пламени и концентрация окислителя в потоке. С увеличением последних область устойчивого горения расши­ряется.

Следует иметь в виду, что многие твердые и жидкие горючие вещества- горят в среде неподвижного воздуха (при скорости u =0). Если специальным образом изменять поток реагентов в зо­ну реакции, то можно определить mпр.мин и mпр.макс, соответствующие u = 0. Если поток реагентов изменяется только за счет изме­нения скорости обдува образцов, горящих при u = 0, возможно определение только критических условий (u макс), соответствую­щих m пракс. Достичь mпр,.мин в этих условиях невозможно, т. е. u мин не существует. Этот случай изображен на рис. 1.15.

При экспериментальном исследовании устойчивости пламен твердых и жидких горючих веществ металлическая чашечка опре­деленного диаметра строго до краев заполнялась исследуемым твердым или жидким горючим. Устойчивость пламен оценивалась

нами по минимальной скорости воздушного потока (измерен­ной на высоте 30 мм от центра подложки), при которой проис­ходит полный срыв пламени с горящего образца. Скорость воздушного потока измеряли анемометром и пневмометриче-ской трубкой. Опыты проводи­ли при температуре воздуха 18°С.

Форма и структура пламен при обдуве воздушным пото­ком резко отличаются от фор­мы и структуры пламен при горении в среде неподвижного воздуха. Пламя располагается

по направлению обдува слоем вблизи поверхности образца и под­ложки. При увеличении скорости обдува происходит турбулизация пламени, перемешивание всех зон, которые наблюдаются при го­рении в неподвижном воздухе, изменение интенсивности свечения и срыв пламени с поверхности образца. Результаты сравнительных исследований устойчивости пламен некоторых углеводородов, азот-и кислородсодержащих соединений, а также ферроцена представ­лены на рис. 1.16 и 1.17.

Скорость воздушного потока, при которой происходит срыв пламени, зависит от диаметра образца. Эта зависимость вначале резко выражена, а затем (при дальнейшем увеличении диаметра образца) уменьшается. С ростом диаметра образца устойчивость пламени увеличивается, так как уменьшаются относительные поте­ри тепла, выделяющегося в окружающую среду и в материал под­ложки. Устойчивость пламен зависит от природы исследуемых со­единений. По увеличению устойчивости пламени горючие распо­лагаются (например, при диаметре образца 20 мм) в следующий ряд: уротропин <толуол < бензол < ацетон <зтанол <бензин < гептан < нитропропан<пентен-2<ферроцен<гексазадекалин. Срыв пламени при горении указанных соединений (во всем диапа­зоне исследованных диаметров образцов) происходит при незна­чительной скорости обдува, не превышающей 2—3 м/с.

Очень высокая устойчивость пламен наблюдается у магния.

Горящий магний (в виде кубика диаметром 10 мм, наколотого на иглу) вводили в струю воздушного потока. С .помощью специального конического насадка скорость воздушного потока ,на уста­новке увеличивалась до 40 м/с. При этом срыва пламени не на­блюдалось, а на игле оставался шлаковый остаток. Устойчивость пламени магния объясняется высокой температурой горения




Рис. 1.16. Зависимость скорости воздушного потока, при которой происходит срыв пламени от диаметра образца: / —пентен-2; 2 — гептан; 3 — бензин; 4 — бензол; 5 — толуол.

Рис. 1.17. Зависимость скорости воздушного потока, при которой происходит срыв пламени, от диаметра образца: 1 — гексазадекалнн; 2 — ферроцен; 3 — нитропропан; 4 — этанол; 5—ацетон; 6 — уротропин.

(и вследствие этого высоким значением константы скорости реак­ции), а также влиянием высокотемпературных конденсированных продуктов сгорания, остающихся на поверхности образца.

ГЛАВА II

ПРОДУКТЫ СГОРАНИЯ

§ 1. РАСЧЕТНЫЙ СОСТАВ ПРОДУКТОВ СГОРАНИЯ

Для термодинамического расчета продуктов сгорания необхо­димо знать давление, начальный состав и полную энтальпию топли­ва (или исходного вещества). При расчете обычно делают сле­дующие допущения: 1) процессы горения являются адиабатными, т. е. теплообмен с окружающей средой отсутствует; 2) процессы являются стационарными; 3) горючее и окислитель смешиваются идеально и происходит полное сгорание; 4) газы, входящие в со­став рабочего тела, и их смесь идеальны.

В большинстве случаев эти допущения не приводят к заметным погрешностям. Плотность газов относительно невелика, и влияние межмолекулярных сил не сказывается. Однако при высоких дав­лениях или низких температурах плотность газа может стать зна­чительной, в результате чего погрешность может возрасти. Некото­рые авторы указывают [1, с. 260], что учет свойств различных газов необходим при давлениях более 20 МПа или температурах ниже 1100°С.

Кроме того, предполагают, что благодаря значительному вре мени пребывания продуктов сгорания в пламени успевают уста­новиться и энергетическое и химическое равновесия.

Для термодинамического расчета при заданном давлении нахо­дят состав продуктов сгорания и температуру, соответствующие равновесному состоянию. Состав диссоциированных продуктов сго­рания обычно является сложным и нередко включает более 15— 20 компонентов. Сначала предполагают наличие всех теоретиче­ски возможных компонентов (в результате расчета может ока­заться, что содержание некоторых компонентов пренебрежимо ма­ло). Уменьшить число веществ, включаемых в возможный состав продуктов сгорания, можно на основании анализа результатов вы­полненных расчетов или опытных данных.

Система уравнений для расчета температуры и состава про­дуктов горения складывается из следующих групп (предполагает­ся, что ионизация отсутствует).

Уравнения диссоциаций (обратимые реакции). Число урав­нений этого вида равно числу молекулярных компонентов l, вхо­дящих в состав продуктов сгорания.

Уравнения сохранения вещества, выражающие равенство
числа грамм-атомов каждого химического элемента в исходном
веществе (топливе) и в продуктах сгорания. Если в составе исход­ного вещества имеется т химических элементов, то число уравне­ний сохранения вещества, также равно т.

Уравнение, выражающее закон Дальтона: сумма парциаль­ных давлений компонентов смеси равна общему давлению смеси.

Уравнение сохранения полной энтальпии в исходном вещест­ве и в продуктах сгорания.

Таким образом, общее число уравнений равно l + m+1 + 1 = = l + m + 2. Неизвестными являются l парциальных давлений мо­лекулярных компонентов продуктов сгорания; т парциальных дав­лений атомных компонентов; число молей исходного вещества и температура продуктов сгорания.

Необходимым условием равновесия гетерогенной системы яв­ляется следующее: парциальное давление компонента смеси, при­сутствующего в различных фазах, должно быть одинаковым для всех фаз и равным давлению насыщенного пара компонента, т. е. равновесие гетерогенной реакции, например

где (Рi, конд)нас—давление насыщенного пара конденсированного компонента, зависящее от температуры. (Значения Pнас приведены в справочных таблицах.)

Химическое


характеризуется константой равновесия гетерогенной реакции


Так как величина (Pв, конд) нас однозначно определяется темпе­ратурой, ее включают в константу равновесия K1, записывая урав­нение следующим образом:

где k2=k1(pb, конд)нас —константа равновесия гетерогенной реакции.

Константа равновесия гетерогенной реакции не зависит от ко­личества конденсированной фазы и определяется лишь темпера­турой. Очевидно, что количество конденсированного компонента не может быть охарактеризовано парциальным давлением. Его следует оценивать числом молей конденсата nконд или массовой долей zконд. Таким образом, появление в продуктах сгорания од­ного конденсированного компонента вносит в систему уравнений два неизвестных: парциальное давление этого компонента и число молей конденсата. Одновременно появляются два новых уравне­ния и, следовательно, система остается разрешимой.

Однако в связи с тем, что гетерогенные реакции протекают медленнее гомогенных, вероятность того, что гетерогенные продук­ты сгорания будут находиться в состоянии химического равновесия уменьшается. Кроме того, неясны соотношения между скоростями газа и конденсированных частиц и, следовательно, между их температурами. Эти соотношения сильно зависят, в частности, от раз-мера конденсированных частиц.

Все это весьма затрудняет выполнение термодинамического расчета для гетерогенной системы. В качестве первого приближе­ния расчет выполняют при следующих допущениях: фазовое рав­новесие непрерывно поддерживается; конденсированные частицы всюду имеют одинаковые с газом температуру и скорость; общий объем конденсированной фазы пренебрежимо мал по сравнению с объемом газообразной фазы; конденсированные фазы не образу­ют между собой растворов.

Расчетный состав и температуры продуктов сгорания газооб­разных смесей h2, СО, С2Н2, C2N2 в кислороде приведены в работе [2, с. 283]; металлов в кислороде — в работе [3, с. 175] (табл. II.1). Расчетные состав и температуры продуктов сгорания некоторых углеводородов, металлов, и элементоорганических со­единений в воздухе рассчитаны на ЭВМ и приведены в табл. II. 1. Состав газообразных продуктов выражен в таблице в объемных процентах. При наличии газообразных и конденсиро­ванных продуктов сгорания содержание конденсированных про­дуктов указано в массовых процентах. Газообразные продукты при этом составляют в сумме недостающую массовую долю.

Горение в среде кислорода характеризуется высокими темпе­ратурами продуктов сгорания, например температура продуктов сгорания смесей Н2, СО и C2N2 с кислородом равна соответственно 2810, 2700 и 4577°С. При высокой температуре интенсивно про­текает процесс диссоциации, на что затрачивается огромная энер­гия, и это значительно снижает температуру продуктов сгорания. Пример необычно высокой температуры пламени представляет дицианкислородное пламя. В эквимолекулярной смеси C2N2 и О2, превращающейся при горении в СО и N2, диссоциация продуктов сгорания при температуре ниже 4000 °С не ощутима, и практически все тепло реакции передается продуктам сгорания. Поэтому, не­смотря на то что теплота реакции не превышает обычный средний уровень, дицианкислородное пламя является одним .из наибо­лее высокотемпературных. Теоретическая температура этого пла­мени подтверждается измерениями колебательной температуры радикалов CN [2, с. 283].

Продуктами сгорания смеси H2+1/2O2 (в порядке уменьшения содержания) являются Н2О, Н2, ОН, Н, О2 и О. Содержание активных продуктов, таких, как радикалы ОН, атомный водород и кислород, довольно значительно: 10; 8 и 4% соответственно. Продуктами сгорания смеси СО + 1/2О2 в порядке уменьшения со­держания являются СО2, СО, О2 и О. Содержание атомного кис­лорода составляет 4%. Горение смеси C2N2+O2, как отмечалось, характеризуется исключительно высокой температурой продуктов сгорания. Основными продуктами сгорания являются СО (66%) и N2(32%). Имеется также атомный азот (1,2%), атомный кис­лород, атомный углерод, CN и небольшие количества NO и С2.



Характеристики

Список файлов книги

Свежие статьи
Популярно сейчас
Как Вы думаете, сколько людей до Вас делали точно такое же задание? 99% студентов выполняют точно такие же задания, как и их предшественники год назад. Найдите нужный учебный материал на СтудИзбе!
Ответы на популярные вопросы
Да! Наши авторы собирают и выкладывают те работы, которые сдаются в Вашем учебном заведении ежегодно и уже проверены преподавателями.
Да! У нас любой человек может выложить любую учебную работу и зарабатывать на её продажах! Но каждый учебный материал публикуется только после тщательной проверки администрацией.
Вернём деньги! А если быть более точными, то автору даётся немного времени на исправление, а если не исправит или выйдет время, то вернём деньги в полном объёме!
Да! На равне с готовыми студенческими работами у нас продаются услуги. Цены на услуги видны сразу, то есть Вам нужно только указать параметры и сразу можно оплачивать.
Отзывы студентов
Ставлю 10/10
Все нравится, очень удобный сайт, помогает в учебе. Кроме этого, можно заработать самому, выставляя готовые учебные материалы на продажу здесь. Рейтинги и отзывы на преподавателей очень помогают сориентироваться в начале нового семестра. Спасибо за такую функцию. Ставлю максимальную оценку.
Лучшая платформа для успешной сдачи сессии
Познакомился со СтудИзбой благодаря своему другу, очень нравится интерфейс, количество доступных файлов, цена, в общем, все прекрасно. Даже сам продаю какие-то свои работы.
Студизба ван лав ❤
Очень офигенный сайт для студентов. Много полезных учебных материалов. Пользуюсь студизбой с октября 2021 года. Серьёзных нареканий нет. Хотелось бы, что бы ввели подписочную модель и сделали материалы дешевле 300 рублей в рамках подписки бесплатными.
Отличный сайт
Лично меня всё устраивает - и покупка, и продажа; и цены, и возможность предпросмотра куска файла, и обилие бесплатных файлов (в подборках по авторам, читай, ВУЗам и факультетам). Есть определённые баги, но всё решаемо, да и администраторы реагируют в течение суток.
Маленький отзыв о большом помощнике!
Студизба спасает в те моменты, когда сроки горят, а работ накопилось достаточно. Довольно удобный сайт с простой навигацией и огромным количеством материалов.
Студ. Изба как крупнейший сборник работ для студентов
Тут дофига бывает всего полезного. Печально, что бывают предметы по которым даже одного бесплатного решения нет, но это скорее вопрос к студентам. В остальном всё здорово.
Спасательный островок
Если уже не успеваешь разобраться или застрял на каком-то задание поможет тебе быстро и недорого решить твою проблему.
Всё и так отлично
Всё очень удобно. Особенно круто, что есть система бонусов и можно выводить остатки денег. Очень много качественных бесплатных файлов.
Отзыв о системе "Студизба"
Отличная платформа для распространения работ, востребованных студентами. Хорошо налаженная и качественная работа сайта, огромная база заданий и аудитория.
Отличный помощник
Отличный сайт с кучей полезных файлов, позволяющий найти много методичек / учебников / отзывов о вузах и преподователях.
Отлично помогает студентам в любой момент для решения трудных и незамедлительных задач
Хотелось бы больше конкретной информации о преподавателях. А так в принципе хороший сайт, всегда им пользуюсь и ни разу не было желания прекратить. Хороший сайт для помощи студентам, удобный и приятный интерфейс. Из недостатков можно выделить только отсутствия небольшого количества файлов.
Спасибо за шикарный сайт
Великолепный сайт на котором студент за не большие деньги может найти помощь с дз, проектами курсовыми, лабораторными, а также узнать отзывы на преподавателей и бесплатно скачать пособия.
Популярные преподаватели
Добавляйте материалы
и зарабатывайте!
Продажи идут автоматически
6363
Авторов
на СтудИзбе
310
Средний доход
с одного платного файла
Обучение Подробнее