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 18

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) 18 страницаМальцев В.М., Мальцев М.И., Кашпоров Л.Я. - Основные характеристики горения (1043377) страница 182017-12-27СтудИзба
Просмтор этого файла доступен только зарегистрированным пользователям. Но у нас супер быстрая регистрация: достаточно только электронной почты!

Текст из файла (страница 18)

Двуокись углерода в пределах точности расчета в продуктах сгорания не присутствует.

При переходе от среды кислорода к среде воздуха температу­ра продуктов сгорания значительно снижается и лежит для пара­финов и ароматических соединений в пределах 1950—2050 °С, Вследствие этого, а также вследствие разбавления азотом содер­жание продуктов диссоциации значительно меньше, чем в кисло­родных смесях. Продуктами сгорания парафинов и ароматических соединений с воздухом при атмосферном давлении являются N2, СО2, Н2О, СО, O2•ОН, Н2, NO, H и О. Основную часть продуктов сгорания в воздухе составляют N2 (73—75,6), СО2 (11,1—14,8), пары Н2О (13,6—5,7) и СО (1—2%). Содержание кислорода ко­леблется от 0,5 до 0,9%. Количество •ОН и NO изменяется от 0,2 до 0,3%. В продуктах сгорания содержатся также незначительные количества атомного кислорода и водорода (0,02—0,04%). Конден­сированная фаза по данным расчета отсутствует. При горении аце­тилена и уротропина температура составляет соответственно 2130 и 2250 °С, а содержание радикалов ОН — 0,35 и 1,0%.

Расчетная температура при горении магния и алюминия в сре­де воздуха превышает расчетную температуру горения смеси Н2+ + 1/2O2 и составляет соответственно 2720 и 3270 °С. Газообразны­ми продуктами сгорания магния в среде воздуха (Р = 0,1 МПа, =1) являются N2 (77), MgO (11,35), Mg (6,7), О2 (1,88), О (1,54), NO (1,4%). Газообразными продуктами сгорания алюми­ния в среде воздуха являются N2 (87),О (4,8), А1 (2,87), А12О (1,48), А1О (1,33), NO (1,67), О2 (0,73%). Конденсированными продуктами при горении магния является MgO, а при горении алюминия А12О3, которые соответственно составляют 24 и 30% (масс.) от всех продуктов.

В продуктах сгорания элементоорганических соединений присут­ствуют продукты, не имеющиеся в пламенах углеводородов. Так, продуктами сгорания борорганических соединений в среде воздуха являются ВО, ВО2, В2О3, НВО2, следькН3ВО3, а ферроценй — FeO, FeOH и Fe.

Результаты табл. II. 1 качественно характеризуют состав про­дуктов сгорания основных реакционных зон реальных племен. Од­нако следует иметь в виду, что в реальных пламенах возможно присутствие дополнительных продуктов неполного сгорания, а со­держание атомов и радикалов может значительно отличаться от расчетных значений.

§ 2. УСТОЙЧИВЫЕ ГАЗООБРАЗНЫЕ ПРОДУКТЫ В ПЛАМЕНИ

1. Схема распределения газообразных продуктов в ламинарном диффузионном пламени

Первые исследования состава газа в пламени выполнены Хилгардом при изучении горения жиров и восков в воздухе. Газы из пламени он отбирал с помощью аспиратора и отсасывающей трубочки, которую вводил внутрь пламени снизу через отверстие в горелке. При этом он экспериментально установил диффузию азо­та внутрь пламени; отсутствие кислорода внутри пламени; проте­кание термического разложения (пиролиза) исходных соединений и химические превращения продуктов разложения во время их подъема.

Данные Хилгарда вскоре были подтверждены основательно вы­полненными .исследованиями Ландольта в 1856 г. при изучении состава газа в ламинарном диффузионном пламени городского газа в воздухе. Им экспериментально, установлена диффузия па­ров воды и двуокиси углерода внутрь пламени.

Теоретически процесс ламинарного диффузионного горения был подробно исследован Бурке и Шуманом в 1928 г. Согласно рассмотренной модели концентрации топлива максимальна по оси и снижается до нуля на поверхности пламени. Концентрация кис­лорода максимальна в окружающей среде (при достаточном уда­лении от пламени) и снижается до нуля на поверхности пламени. Химическая реакция с участием кислорода окружающей среды протекает в узкой зоне контакта на поверхности пламени. На рис. 1.1 представлена упрощенная схема распределения концентра­ций по сечению ламинарного диффузионного пламени. Данная схема предложена и экспериментально подтверждена в работе [4] при исследовании водород-воздушного пламени и соответствует теоретическим представлениям о диффузионном горении.

В работах [5—7] показано, что в реакционной зоне на поверх­ности пламени сгорает стехиометрическая смесь. Действительно, если предположить, что на поверхности пламени концентрация од­ного из реагирующих газов (например, кислорода) не равняется нулю, то за пределами реакционного -поверхностного слоя образо­валась бы горючая смесь, в которой при наличии высокой темпе­ратуры реагировал бы кислород. При этом фронт пламени сме­стился бы до того устойчивого положения, при котором концент­рации реагирующих веществ равны нулю, а соотношение компо­нентов стехиометрическое.

2. Измерение концентрации газообразных продуктов в пламени

При экспериментальном исследовании вначале обычно отби­рают пробу газообразных продуктов из пламени, затем ее разде­ляют на компоненты и анализируют их содержание. Рассмотрим некоторые вопросы, относящиеся к отбору проб и достоверности разделения.

Отборные зонды проектируют с учетом обеспечения минималь­ного возмущения пламени. Это возмущение возникает ;при отборе пробы и при внесении в пламя самого зонда. Зонд должен обес­печивать быстрое расширение газа и удаление пробы в холодную область вне пламени. Это может быть достигнуто при использовании заостренного кварцевого микрозонда с маленьким входным отверстием. Угол при вершине конуса в 15—45° обычно вполне достаточен. Соединяющую трубку выбирают такой, чтобы обеспе­чить путем изменения разряжения регулируемый расход массы на входе, гарантирующий пяти- или десятикратное падение давления сразу после входного отверстия. Размеры самой трубки не су­щественны, так как возмущение пламени вызывает в основном ее суженная часть.

Отверстие зонда выбирают наименьшим, но обеспечивающим удовлетворительный отбор проб. Обычно требуемый расход массы составляет несколько микрограммов в секунду. Для пламен в об­ласти давления в десятки кПа (доли атмосферы) этот расход мо­жет быть получен при отверстиях диаметром 10—100 мкм. Ско­рость отбора проб зондом составляет обычно 10-7÷10-5 м3*кПа/с [8, с. 165]. Выбранный диаметр должен быть больше длины сво­бодного пробега молекул в самой горячей (с наименьшей плот­ностью) части пламени, иначе будут нарушаться условия от­бора.

Пробы можно отбирать порциями, используя подходящий со­суд, или вводить пробы в анализирующий прибор из отводящей трубки проточной установки. При периодическом отборе не тре­буется соединять отборное устройство с анализующей аппаратурой и пробы можно анализировать не сразу. Однако достоверные результаты анализа трудно получить вследствие адсорбции газа на стенках сосуда, что особенно существенно для полярных со­единений, таких, как вода. Чтобы избежать этого, в некоторых случаях используют тефлоновые или покрытые полиэтиленом со­суды. Лучшим решением проблемы является использование не­прерывной проточной системы. В этом случае адсорбирующая по­верхность в конце концов приходит в равновесие с отбираемой пробой и вещество, достигающее анализирующего прибора, иден­тично веществу на входе в зонд; При использовании тефлоновой линии для достижения равновесия с влажной пробой требуется только несколько секунд, в то время как в сравнимых условиях при наличии стеклянной или (металлической системы для этого требуется несколько минут. Хотя требуемая в проточных системах скорость откачки зависит обычно от размера зонда и давления в линии отбора, небольшие диффузионные насосы, обеспечиваю­щие расход нескольких литров в секунду при давлении ~0,3 Па (2,5*10-3 мм рт. ст.) обычно отвечают предъявляемым в этом слу­чае требованиям. Для периодических отборов скорость имеет вто­ростепенное значение, но тем не менее необходим достаточный ва­куум (~0,01 Па, ~10-4 мм рт. ст.).

Аэродинамика потока во фронте пламени нарушается как в ре­зультате ввода зонда, так и отбора пробы, но при этом имеется тенденция к взаимной компенсации, так что небольшой заострен­ный зонд, вводимый вдоль потока с горячей стороны пламени, фактически не дает заметного возмущения.

Расчет, выполненный при условии несжимаемости потока, по­казывает, что 5%-ное изменение скорости газа наблюдается на расстоянии около 5—10 радиусов зонда в направлении, противопо­ложном движению потока. Для зонда с r=10 мкм это расстояние составит 0,05—0,1 мм, что не является серьезным аэродинамиче­ским возмущением. Эти данные также подтверждены эксперимен­тально при помощи шлирен-фотографии процесса поступления по­тока газа в зонд.

Одним из слабо решенных является вопрос, будет ли состав зондовой пробы газа в данной точке суммой потоков всех компо­нентов, протекающих через поперечное сечение трубки. Так как пламя характеризуется резкими концентрационными градиентами, возмущение потока, вызывамое при отборе пробы, должно влиять на первоначальные градиенты и состав газа, поступающего в зонд.

Эту задачу в упрощенном виде исследовали теоретически и экспериментально [9]. Было показано, что при градиентах кон­центраций, характерных для невозмущенного потока газа в пла­мени, даже при сильно увеличенной скорости отбора пробы гра­диент концентраций изменяется при вводе зонда крайне мало, что связано с малыми размерами зонда и вследствие этого быстрым выравниванием концентраций за счет диффузии.

Зонд представляет собой сток тепла, что приводит к уменьше­нию температуры пламени и, следовательно, энтальпии газа в об­ласти отбора. Это особенно существенно для охлаждаемых зондов. В случае неохлаждаемого кварцевого зонда основной источник по­терь тепла — излучение нагретого зонда. Степень черноты кварца очень низкая ( = 0,02), поэтому при 2000 К в области наконечника зонда, как показали приближенные расчеты, теряется менее 1% энтальпии пробы газа. Это понижает температуру продуктов сго­рания менее чем на 20 градусов. Так как количество излучаемого тепла пропорционально температуре в четвертой степени, сниже­ние температуры пламени в точке отбора составит менее 1 градуса при 1000 К и пренебрежимо малую величину при более низких тем­пературах. Качественная точность этих расчетов доказана изме­рениями температуры поверхности кварцевого зонда, которая была только на 50 К ниже температуры газа в пламени при 2000 К [10].

Зонд представляет собой твердую поверхность в газообразной горящей системе. В его присутствии могут ускоряться или замед­ляться реакции, протекающие в пламени, и, как следствие этого, искажаются изучаемое пламя и состав отбираемой пробы. Из­вестно, что для катализа рекомбинации неустойчивых атомов, присутствующих в пламенах, кварц мало активен даже при высо­ких температурах. Однако каталитическое влияние металлического зонда может быть значительным. Подробные сведения о каталити­ческом влиянии зондов в других реакциях в настоящее время от­сутствуют.

Следует заметить, что отбираемый газ «не видит» зонд до вхо­да в него. Поэтому любые каталитические эффекты будут ограничиваться областью вблизи наконечника зонда в уже миновавшей части потока, т. е. существенного влияния возможного каталитиче­ского эффекта на состав отбираемого газа не будет. Воспроизводимость результатов, полученных при помощи различных кварце­вых зондов, подтверждает, что катализ, вероятно, не играет су­щественной роли при отборе проб.

Быстрое прекращение химической реакции — важное условие работы зонда. Это нужно, чтобы обеспечить достоверность пробы. Наиболее подходит для отбора пробы зонд, в котором достигается высокая скорость течения газа. Прекращение реакции происходит в результате падения давления и снижения температуры, обуслов­ленных расширением газа при протекании его через зонд. Замед­ление реакции имеет направленный характер, и можно предста­вить себе, что если давление и температура быстро падают по сравнению со временем реакции, то состав отбираемой пробы бу­дет «заморожен». Кинетический расчет разложения метана в плаз­менной струе позволил, например, оценить скорость снижения тем­пературы, необходимую для «замораживания» состава продуктов, соответствующего максимальному количеству образующегося аце­тилена. Для того чтобы предотвратить заметное разложение аце­тилена, необходима скорость снижения температуры ~ 106 К/с. В сопле Лаваля небольших размеров скорость снижения темпе­ратуры достигает 108 К/с [11, с. 570].

Течение в отборном зонде содержит элементы, характерные для потоков реагирующих газов в сверхзвуковых соплах для ракет и в аэродинамических трубах [12]. Точное количественное реше­ние задач для таких течений со многими одновременными элемен­тарными реакциями получено на быстродействующих счетных ма­шинах при использовании наиболее надежных данных о констан­тах скорости. Вычисления проведены для профилей СО, Н2 и Н при размерах типичного ракетного сопла, имеющего форму конуса с углом 25° и выходным радиусом 10 мм. Входящая в сопло смесь была равновесной при 3000 К и давлении 4 МПа с составом, ха­рактеризующимся массовыми долями элементов: углерод — 0,25, водород — 0,1, кислород — 0,65. Основными компонентами явля­лись СО, Н2 и Н2О с заметными следами Н и ОН. Результаты ясно указывают на прекращение значительных изменений состава на расстоянии ~5 см от входа в сопло, где температура падает примерно на 1500 К, а давление меняется приблизительно в 20 раз. Концентрации основных соединений на расстоянии 5÷25 см от­личаются на несколько процентов от значений на входе, в то вре­мя как концентрации атомов и радикалов отличаются много боль­ше. Это исследование доказало решающее значение уровня вход­ного давления при определении точки «замораживания». Установ­лено, что чем ниже входное давление, тем быстрее «тушение» реакций.

Характеристики

Список файлов книги

Свежие статьи
Популярно сейчас
А знаете ли Вы, что из года в год задания практически не меняются? Математика, преподаваемая в учебных заведениях, никак не менялась минимум 30 лет. 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
6418
Авторов
на СтудИзбе
307
Средний доход
с одного платного файла
Обучение Подробнее