Диссертация (1172857), страница 38
Текст из файла (страница 38)
Не объясняет этатеория и влияние ингибиторов на цепно- тепловой взрыв, влияние на процессгорения вне области цепно- теплового взрыва. Не описывает многое иззакономерностей цепно- теплового взрыва.Подводяитогвышесказанному,можноконстатироватьследующее.Тепловая теория распространения пламени, предложенная в середине 20-го века иявлявшаяся в то время, безусловно, прогрессивной, не может удовлетворительнообъяснить ряд наблюдаемых экспериментально явлений и вследствие этого имеетвесьма ограниченную область применения. С ее помощью вряд ли возможноудовлетворительнопредсказатьвеличиныконцентрационныхпределовраспространения пламени.
Цепная теория позволяет более точно предсказатьвеличины КПР (например, на основе представлений о двухстадийном характерегорения органических соединений в воздухе [249, 283, 285]). Однако утверждениео том, что только кинетика химических реакций без учета теплопотерь способнаобъяснить существование КПР, вряд ли верно. Поэтому может быть сделан выводо том, что теплопотери обусловливают существование пределов и в определеннойстепени влияют на них. Величины же пределов определяются в основномкинетикой химических реакций и в первую очередь критической температуройперехода медленного окисления в цепно- тепловой взрыв.8.8 Об эмпирическом правиле постоянства нормальной скорости горениягазов и паров на пределах распространения пламениКак известно [121], пламя в газовых смесях не может распространяться сочень малыми скоростями.
Обычно вблизи концентрационных пределов303распространения пламени нормальная скорость горения составляет несколькосантиметров в секунду. Тепловая теория распространения пламени объясняет этоналичиемтеплопотерь(вчастности,теплоотдачейизлучениемприраспространении пламени в сосудах достаточно большого объема [121] иликондуктивно - конвективными теплопотерями [286]). При этом в рядеисследований утверждается, что нормальная скорость горения смеси, по своемусоставу близкой к концентрационным пределам распространения пламени(околопредельных смесей), практически не зависит от состава смеси (нижний иливерхний предел рассматривается, есть ли в смеси инертные или химическиактивные флегматизаторы и т.п.).
В других исследованиях показано, чтонормальная скорость горения околопредельных смесей может зависеть отперечисленных выше факторов. Тем самым можно констатировать, что единогомнения о постоянстве нормальной скорости горения околопредельных смесей нет.В связи с этим настоящий раздел посвящен рассмотрению указанного вопроса.Рассмотрим вначале работы, в которых отмечается приблизительноепостоянство нормальной скорости горения околопредельных смесей.
В работе[287] на основе представлений о доминировании кондуктивно – конвективныхтеплопотерь получена формула для нормальной скорости горения на пределе Su:,(8.74)где α – эффективный коэффициент диффузии;g – ускорение свободного падения;ρb и ρu – плотности продуктов сгорания и несгоревшей смеси.При этом утверждается, что нормальная скорость горения на пределесоставляет 6-8 см/с. На пределе оказывается постоянной и видимая скоростьраспространения пламени SL. Качественно аналогичный результат получен вработе [7], где получена формула для видимой скорости распространенияпламени SL снизу вверх в трубе вблизи предела:304,(8.75)где r – радиус трубы.В этой же работе измерены нормальные скорости горения смесей пропан(С3Н8) – воздух – бромистый водород (HBr) при распространении пламени в трубедиаметром 5 см.
В начале измеряли фотодатчиками видимую скоростьраспространения пламени, фотографировали пламя с целью определения егоформы и размеров и затем вычисляли нормальную скорость горения. Оказалось,что для всех околопредельных смесей, соответствующих кривой флегматизации,нормальная скорость горения составляла около 10 см/с независимо от того, чтоадиабатическая температура горения в зависимости от состава смеси изменялась впределах от 1590 до 2100 К. Данный факт авторы [7] объяснили на основепредставлений равенстве на пределе скорости конвективного подъема пузырькавидимой скорости распространения фронта горения.
В работе [200] утверждается,что вблизи нижнего предела независимо от вида исходного органическогогорючего газа высокотемпературная реакция, определяющая скорость пламени,заключается во взаимодействии оксида углерода СО и кислорода О2, из чегоможно сделать вывод о постоянстве нормальной скорости горения на пределе.Приблизительное постоянство нормальной скорости горения на пределе длясмесей пропан (С3Н8) – воздух – трифторбромметан (CF3Br) обнаруженоэкспериментально в работе [145] при изучении распространения пламени сверхувниз в трубе.
В работе [123] изучена зависимость нормальной скорости горения Suвблизи верхнего предела для смесей H2 – O2 от концентрации азота в смесях сналичиемнебольшихколичествHBr(0,23%(об.)).Найдено,чтодляоколопредельных смесей величина Su составляет 10-15 см/с независимо отсоотношенияконцентрацийводородаикислородависходнойсмеси.Приблизительное постоянство нормальной скорости горения околопредельныхсмесей отмечено также в работах [138, 139]. В работе [137] изучены особенностираспространения пламени в смесях горючих газов с воздухом и парами хладоновпри распространении пламени сверху вниз, когда фронт пламени является почти305плоским, и видимая скорость распространения пламени близка к нормальнойскорости горения.
Изучены околопредельные смеси пропана и пропилена с 1, 1, 2– трифтортрихлорэтаном C2F3Cl3 и 1, 2 – дибромтетрафторэтаном C2F4Br2.Оказалось, что нормальные скорости горения для смесей, отвечающих нижнимветвям кривых флегматизации, близки друг к другу и составляют около 10 см/с.Нормальныескоростигорения,отвечающиеверхнимветвямкривыхфлегматизации, также близки друг к другу, однако составляют около 26 см/с.Причиныуказанногоэкспериментальнонормальнуюразличияизученоскоростьнеясны.влияниегоренияВглаве3фторированныхоколопредельныхнастоящейработыуглеводородовсмесейвидаметанна–окислительная среда (смесь азота и кислорода с содержанием последнего вокислителе 15, 20,6 и 25% (об.)) – фторированный углеводород (CHF3, C2HF5,C4F10). Несмотря на достаточно большой разброс данных, не наблюдаетсясколько- нибудь регулярных изменений нормальной скорости горения с ростомконцентраций фторированных флегматизаторов, которая составляет около 10см/с.В то же время имеются публикации, в которых говорится о невыполненииправила постоянства нормальной скорости горения околопредельных газовыхсмесей.
В работе [127] экспериментально изучено распространение пламенисверху вниз в околопредельных смесях водород – кислород – азот в трубахдиаметром 2,5 и 5,1 см. Показано, что критерии постоянства нормальной скоростигорения Su околопредельных смесей не выполняется. Величина Su изменялась впределах от 8 до 15 см/с, достигая минимума для стехиометрических смесей.
Вработе [137] хотя и обнаружено приблизительное постоянство нормальнойскорости горения околопредельных смесей, близких по составу к нижним иверхним концентрационным пределам соответственно, однако значение Su длянижнепредельных и верхнепредельных смесей различаются существенно (10 и 26см/ссоответственно).Вглаве3настоящейработыизученовлияниефторированных углеводородов (CHF3, C2HF5, C4F10) на нормальную скоростьгорения богатых околопредельных смесей водород – окислительная среда –306фторированный углеводород при содержании кислорода в азотнокислороднойокислительной среде 15, 26,6 и 25% (об.) соответственно.
Найдено, что правилопостоянства нормальной скорости горения не выполнятся (значения Suизменяются от 10 до 60 см/с).Как следует из приведенного выше краткого анализа, нормальная скоростьгорения околопредельных смесей далеко не всегда подчиняется правилуприблизительного постоянства.
При этом возникает вопрос: а должна линормальная скорость горения околопредельных смесей быть постоянной? Дляответа на этот вопрос проанализируем взаимосвязь нормальной скорости горенияи кинетики химических реакций во фронте пламени.В работе [4] путем численного моделирования распространение пламени всмесях водород – кислород – азот найдено, что нормальная скорость горениялинейно зависит от максимальной по фронту пламени концентрации атомов H.Аналогичный результат был получен в работе [262] для случая горения метана ввоздухе. В работе [288] утверждается, что скорость пламени определяетсяконкуренцией реакции атомов H во фронте пламени и диффузии этих атомов впредпламеннуюзону.Вработе[289]найдено,чтовбедныхиоколостехиометрических пламен в системе H2 + O2 +N2 теплопроводность неиграет существенной роли в распространении пламени, основной вклад даетдиффузия атомов H.
Качественно близкие результаты получены в работах [275,276], где путем численного моделирования распространения плоского пламени всмесях H2 + воздух и CH4 + воздух с детальным учетом кинетики химическихреакций и процессов переноса показано, что решающую роль в распространениипламени играет диффузия активных центров.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
