1-69 (1046063), страница 5
Текст из файла (страница 5)
Практически все тепловыделение сосредоточено в узком интервале температур (шириной порядка ))ТУЕ) вблизи максимальной температуры горения. ' Качественные сообргжеввн о возможном нлцяввц лгффузвв активных газообразпых продуктов прц горгпвп гюрхлоргтз аммошш содержатся в работах [106, 107). г Врв значительных огргкп юоцзх лта теория может быть прнмезгяа также к так называемому бсснлгжчшому горевою, когда реакция полностью проходит в одной узкой лош и кводгпсвровзнной фазе. 1Я В самом простом виде выражение для скорости горения, по этой теории, может быть записано так: (8) где ). — коэффициент теплопроводности смеси, втекающей в зону реакции, вал/сз гея град; Фгюх — скорость выделения тепла в единице объема зоны реакции при Т Т„, кал!гззг сеь;; д— теплота реакции, зал)г; г — средняя теплоемкость, кал)г.
град. — Шв тг В теории принято, что Фю.„е ' . Что касается зависимости от концентрации С' вощесхтва (а для систем, реагирующих в газовой фазе, — тем самым и от давлении), то для случая простой реакции и-го порядка Ф„ых С". Отсюда приближенно получим ': ш ркчг г щек 7 г В случае более полного вывода: "( — ",~" —". (10) В литературо имеется ряд работ, где сделана попытка найти связь между скоростью горения и температурой горения. При этом температура горения изменялась за счет: 1) перехода от одной смеси к другои; 2) разбавления смеси инертным компонентом (например, азотом) или избытком горючего или окислителя; 3) изменения начальной температуры смеси; 4) отвода тепла нз зоны горения при помощи охлаждаемой горелки.
В первом случае однозначной связи между температурой и скоростью горения не обнаружено, что, впрочем, естественно, если исходить из формул (9) н (10), так как значения энергии активации могут меняться прн переходе от одной смосн к другой. Тем не менее оказалось [9], что для определенных групп смесей зависимость и (Т„) является одной и той же (например, на одну н ту же кривую ложатся точки для ряда углеводородов, спиртов и эфиров в смеси с Оз и Хз, однако эта кривая построена не по формулам (9) и (10)). В работах [21, 22] температура горения менялась за счет изменения начальной температуры. Зависимость ц (Тг) согласуется с формулами (9) и (10). Значения энергии активации для воздушных смесей бензола, и-гептана и изооктана, согласно [22], сходны между собой (табл. 12).
з В ряде случаев температура горения зависит от дзвлгцня (например, при цостаточпо высоких Т,„когда становится существенной диссоциация температура горовиц несколько возрастает цо мере увеличения давления)" Это обстоятельство надо учитывать прв рассмотреввв зависвыоств и (р). Таблица 12 Значение звергнв активации прв гороввп стехпометрпчеокпх воздушных смесей прп атмосферном давлении и, кн«4'посл Гогючнк гае Вб1 ]м1 1221* Рв1 — ~ 47 ] г,7 — ' 50 — 65 — 50 Водород . Ацотплсп Этппеп Мстнп .
Зтзп 16 20 24 Г1ропан Бспноп и-Ггптап Нзоокткн 26 33Д 27 — 43 34 30 53 26 Данные кнн снес«а с огнен <окнкко «с = О,ОЬ с- СЛ7, т. о. близок к « = 11. сн«сх В работе [20] температура горения менялась за счет теплоотвода от пламени к охлаждаемой горелке. В области 1300— 1900' К в координатах [п и, 1/Т„опытные точки хорошо ложатся на прямые, наклон которых (т.
е. значение энергии активации) слабо зависит от ю (за исключением смеси СН, — воздух) и яв.ляетсн примерно одним и тем же для воздушных смесей ацетилена, этапа, пропана и водорода. Авторы перечисленных работ подчеркивают, что вследствие слогкности механизма реакций в пламени величину энергии активации следует рассматривать как некоторую суммарную характеристику. Неудивительно поэтому, что численное значение энергии активации для данной смеси может сильно зависеть от метода определения. В табл.
12 приведены значения энергии активации, вычисленные, исходя вз зависимости и (Т,), .а также взнтые из работы~ [10], где они были определены из соотношения между энергией активации и температурой Горения на бедном пределе. Следует отметить, что для большинства горючих газов (в смесях с воздухом), исследованных в работе [10], значение энергии активации лежит в сравнительно узких пределах — от 25 до 30 ккал/моль. Значительные отклонения наблюдаются лишь для сероуглерода (16 ккал/моль), водорода (16 акал,'моль) и ацетилена (20 ккал/моль).
Расхояц)ение ме>1щу данными работ [10] и [29] чрезвычайно .велико. Следует иметь в виду, что значения энергии активации в работе [29] относятся к интервалу температур 1300 — 1000' К. .Возможно, что при адиабатической температуре горения (2200— 2500' К для данных смесей) значение энергии активации было бы ниясе. По-видимому, обычным интервалом следует считать 30 — 40 гкал!мол,ь. Представляет интерес оценить порядок величины для скорости выделения тепла (Фм, ) в зоне горения. Такая оцепка полезна при сравнении различных типов пламен и особенно при рассмотрении пламен, Где одновременно происходит горение гомогенной смеси н твердых частиц (см.
ниже). К сожалению, измеропио Фо.о«(по профилю температур) связано с большими трудпостпмп и погрошностями и практически выполнено только при ппкппх давлениях. Порядок величины Ф„„можно также оцешпъ, используя (8) н аналогичные нм соотношения. Для смесей углеводородов с воздухом такие оценки собраны п работе [30]. При атмосферном давлении наиболее вероятное значенпе составляет около 10с кал/смн сек. Отметим, что оценка но (8): с/он, те]соде — То)]е Б 2)с ))7 е г при т = 0,05 г/смз ° сек; с = 0,3 кал/г град; Т, = — 2300' К; Т = 300' К; А = 4 10 е кал/см сек град и Е = — 3 10е к л/смз сек дает Фмнх 3 10з кал/смн сек, т.
е. втрое выше, чем по работе [30]. Для кислородных смесей при атмосферном давлении т = =-- 0,1 — 0,5 г/см' сек (см. табл. 1). Приняв Т, =- 3000' К, получим из (11) Фнм,= 1,5.104 — 3,5 10о кал/см' сек. В работе [12] для смеси СеНс — Ое приводится скорость потребления кислорода в зоне реакции около 4 молей/см' сек, что дает для Ф„,„величину порядка 10' кал/см'сек. При росте скорости горения за счет увеличения давления Фн„, возрастает пропорционально квадрату скорости горения [см. (11)].
Соответственно, при 100 ата, когда для кислородных смесей водорода и метана массовая скорость горения порядка 10' г/см'.сек, величина Ф„кх становится порядка 10'о кал/смз сек, Е 2. ГОРЕНИЕ ЛЕТУЧИХ ВЗРЫВЧАТЫХ ВЕЩЕСТВ Горение летучих взрывчатых веществ (ВВ) происходит в гааовой фазе над поверхностью заряда и поэтому должно подчиняться тем же закономерностям, что и горение гомогенных Газовых смесей. Действительно, наиболее раннее и в то же время наиболее полное и достаточно успешное сравнение приближенной тепловой теории Я. В. Зельдовича и Д.
А. Франк-Каменецкаго (см. выше) с опытом было выполнено не для газовых смесей, а длн летучего В — нитрогликоля ОсГ)ОСНсСНс01)Ое [31], Абсолютная величина скорости горения летучих ВВ и ее зависимость от давления и начальной температуры близки к аналогичным зависимостям для газовых систем. Вместе с тем необходимо с самого начала подчеркнуть различна между горением взрывчатых веществ и горением газовых систем. Эти различия прежде всего касаются устойчивости фронта горения. При горении газовой смеси на горелке появление возмущений фронта горения связано с возникновением турбулентности в потоке свежей смеси.
Соответственно условие устойчивости ламинарного пламени совпадает с условием устойчивости ламинарного течения в труЛнр бе, т. е. с условием Вз = — — ~( Ве„р (где К вЂ” радиус труд бы; р — плотность газа; «) — динамическая вязкость газа, г/гз«сек). Наличие горения может лишь несколько изменять значение Веи„(по сравнению с течением без горения). Прн рассмотронни процесса развитии возмущений могут быть привлечены результаты, накопленные в теории турбулентности.
Более сложным является вопрос об устойчивости горения газовой смеси в трубе нли сферической бомбе. Здесь, в частности, следует учитывать эффект автотурбулизацин плоского фронта пламени, предсказанный теоретически Л. Д. Ландау (32]. Однако в обычных условиях провидения опытов эффект автотурбулизации газового пламепи, по-видимому, не успевает развиться. Напротив, при горении жидких ВВ эффект автотурбулизации ' возникает очень легко, так что ламинарное ' горение жидких ВВ можно наблюдать только при достаточно низких давлениях.
Согласно (33], горение жидких ВВ устойчиво лигпь при т ( х изкр ° гдо «// 4х грн р„ (12) Здесь а' — поверхностное натяжение жидкости (при той температуре, которая достигается на поверхности горящей жидкости), Вин/см; д — УскоРенне силы тЯЯ«зстзг, сз«/сек'1 Р„ь Рг— плотности жидкости и газообразных продуктов ее горения. ' Этот эффект также быи иргдсказзи Л. Д. Лаздау 133] и з зюсз«илько другой иостзиозке рассыитризаиси В.
Г. Левизн»«[53]. В работе ]34] рассыатрвзаютсн зшкоторые синд«таз«и из тзорзз Л. Д. Ландау. ' В области горения зноииепсироваиных састзы пока иет установившийся тернши«щогни для обозначения иезозн«ущеииого н возмущенного гор«вин. В изрзоы случае применяются термины «стаиконариое горение», «устойчивое горении», «порыальвое распространение ила»«енин, «послойное горева«»; зо зтороы — «нестацноизрное ю)юоанн, «ноустойчззое горении>, «турбуиевтное горение», «возмущенное гор»ищи, а«оивнитизиое горение» н т.
Л. Дли описания перехода от первого рьжзма гороння ко второму применяют терыииы «шарушезие (иии срыв) устои юного режима горения», «проскок горения», «шроиншиовзкие горенки и глубь ззридз» и т. д. хз Применимость формулы (12) в качестве критерия устокчиво«:тп горении жидких ВВ подробно исследовал К. К. Андреев. Вычисленные им из (12) значения т«р для матилнитрата Н«С— . Π— ]х]О» оказались равными 0,32 г/гз«з иск, для нитрогликоля 11,88 г/сз»»исаи. Экспериментальнъге значения ги„р для метилнитратз .,и жат между 0,26 н 0,46 г/сз«'сек (вблизи 1,75 ата), для нитрогиииоля — около 0,90 г/сл» сгк (вблизи 20 алии) (35). Переход и иоан«ущенноьгу горению сопровождается усилением зависимо«го и (р) (36, 37).
Для твердых ВВ срыв ламинарного горения (при некотором критическом давлении р „) связан с проникновением газообразных продуктов горения в норы свежвго вещества (см, ]35, 198, 11)!), 230] к др.). Значепио рхр уменыпается прн увеличении пористосты заряда, а при заданной пористосги — по мере увеличения кристаллов вещества (так как при этом растет диаметр пор, хотя ых число уменьшается), Наличие жидкого слон на поверхности заряда способствует увеличению рир, Коли ВВ может растрескиваться в ходе горения (под влиянием температурных напряжспий (»0]), срыв ламинарного горения может происходить и в «го тох случаях, когда холодное вещество было монолитным ]43). Тривиальной причиной срыва ламинарного горения может быть проникновение продуктов в зазор (даже самый незначительный— н сии только он имеется) между зарядом и оболочкой' ]38).
А. Абсолютная величина скорости горения «с ]поло работ, посвященных горению ВВ, значительно меныпе, з ы дли газовых систем. Однако если для газовых систем почти зг< изипыо иолученьг при р ~(1 ата, то для конденсированных гигтн ы почти зсе работлг относятся к повызпенным давлениям, з изггь работ выиолнона прн давлениях до 1000 — 10 000 ащл. ',Но сзи;щио ирюздо зсого с запросами практики (для баллистнтиын иорохоз, используемых з ствольных системах, рабочее даьи из ни рлдии 10» аиьк; для твердых ракетных топлив — песьи из~и ~осипы«и атмосфер; высокие давления могут развиваться ири,зи рзиии 1111 и различных оболочках н т. д.). Кроме того.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
