1598005881-4f87b42cfc9e80ed51b9133d1cb84af4 (811238), страница 16
Текст из файла (страница 16)
Сделаем допущение, что срега вблизи тела неподвижна.Тепло, отдаваемое этой зоной, можно оценить так: О, сс (ТЯ вЂ” 7~), где сь - коэффициент теплоотдачи. Тепло, выделязщееся в рассматриваемом слое за счет химических реакций, как и ранее, мозно записать Приравнивая зти величины, найдем условия зажигания: т, ,«(Т,-Т,)=А~ -'~/ ~"(ц,т)П тз 114 Заменяя здесь с( через критерий ми, получим: à — (Т~ -7р) -~~ / 7ь'(л Т) с(Т Мц т ~2ягс (т °,,) = ' — — и1, (ХУ.4) Это соотношение позволяет найти концентрационные границы зазигання.
Нызе было установлено, что зажигание происходит в том случае, когда раскаленное тело создает в слое газа такую температуру, прж которой начинает распространяться влемя.Очевидно, на пределе, у границ области зажигания, зта температура будет равна температуре пламени, температуре горения. Используем зто условие для получения основных закономерностей. Объединив все постоянные для деыной смеси величины в постоянный мяожитель, получим приближенно для реакции второго порядка: Е ь(П цр р лет~'~л Ф (Ху. о) Если порядок реакции отличается от второго, то у )О, появится степень— 'г Рассмотрим ряд случаев.
Если поджигание сферическим телом производится в покоящейся среде, то ми = 3 и Е 7~,~ = (Ху. 6) ~(8Р~ 2 ) Построенные на основе етого соотношения кривые в виде зависжмостей концентрационных границ от диаметра и давления изображены соответственно на Фиг.ХУ.З, ХУ.4. ХХЕ Пользуясь теми же допущениями, что и ранее,можно получить при- ближенное решение: Пра увеличении диаметра и росте давления концеытрвцвонвые границы зажигания расшврэются и асимстотически стремятся Рл 4ж Рл ч1 ел в~ а дг м м ~У. Фщг. 3У.3. Концевтрацковыые грвйицй зажигания светильного газа в зависимосты от диаметра Фиг. 1У.4. Концентрационные грайицы зажигаитя водорода в зависимости от давления к определенным постоянным значениям - пределам эажэгения.СУ- щастие размеры и давленая,ниже которых зажигание невозможно.
Качественно все зто хорошо и согласуется с результатемж эксперимента. В отношении быстродвижущейся мм среды мокко применить закон теплообмена: Ни = Лжэ ' . Тогда 0,5 Е Зависимости границ эажигаиия от скорости потоков для пеытена при различкых (1 показаны ва фшг.ТУЛ. Кривые имешт типичиый вид граничных кривых стабилизвцви племени с помощьш тел плохообтекаемой формы. в е с сш Фиг.)У.З.Коицеитрациснные грайипй зажигания для тел различных размеров в завиоимости от скорости по- тока ТХЗ з 3. Концентрационные границы эакигания Рассмотрим сначала концентрационные пределы воспламенения. В соответствии с определением они являются лизино-химической характеристикой горючих смесей и не зависят от аппаратурных условий - мощности источника поджигания и размеров сосуда. Концентрапионные пределы зависят от рода топлива, а также от температуры, давления в смеси и т.п.
Однако добиться полной независимости пределов воспламенения от условий эксперимента не всегда удается. Так, нап)шмер, трудно зто сделать при давлениях ниже 0,3 бар. Данные, полученные при этих давлениях, следует считать условньззи - концентрационными границами для запаяны< условий на данной экспериментальной установке.
Обычно принято определять пределы воспламенения прн атмосйерном даолении и комнатыой температуре !З=20оС). Р случае же необходимости влияние начальных давлений и температур рассматривается положительно. Концентрационные пределы воспламенения ряда горючих показывают табло и Фиг.1у.б.данные таблицы свидетельствуют о том, что пределы распространения пламени по относнтелып!м концентрациям ( с. ) тем шире, чем выше максимальная нормальная скорость распространения пламени и температура горения. Тндична зависимость конпентрационных пределов воспламене!пш от молярного стехиометрического козй4ациента (Фиг.1у.6).
С увеличением этого коэ4~пдента, а в пределах одного гомо- логического ряда - с увеличением молекулярного веса как бедяые, так и богатые концентрационные границы воспламенежя смещаются в сторону уменьшения концентрации го)зочего,в сторону обеднения смеси; общая ширина диапазона воспламенения по концентрациям несколько сокращается. Разность примерно постоянна и равна 1,4.
Интересно отметить, что для большинства топлив температура продуктов сгорания на пределах воспламенения примерно одинакова и равна 1600 К. Скорости нормального распространения пламени также оказываются почти одинаковымн для нижнего и верхнего пределов - приблизительно 10 см/с. Согласно теоретическому решению (гл.й!), скорость нормального распространения плачена должна уменьшаться до нуля в со- 117 ответствив с обогащением влн обеднением смеси.
Никаких пределов зто решение не дает. Физическая природа действителных концентрационных пределов обусловливается тепловыми по- С% Ы /2 йй га,1О ьп ЮО Ю та ЛО маюь Ацд ноль птопл Фиг. 1у.б. Концентрационные пределы распространения пламени углезодородо-воздушкых смесей ~ - метан; 2 - пронзи; ь -а-дентан; ' 4 - л -гекоан; 5 - о -гептан; 6 - и -октан; т -с -нонаы; 8 -а -цеквн; 9 — с -зтилен; <с - пропилеи; и - бутин; ~2 - цйклопропан; ~Ъ вЂ” циклогексан; ~4 - бензол; ~5 - толуол; ~б — 0 -ксилол; ют - м -бутилобензол терями за счет излучения и теплоотвода в продукты. Относительная доля этих теплопотерь возрастает с уменьшанием скорости распространения пламени и, следовательно,тепловыделения. При какой-то скорости тепловыделения поступавшей энергии недостаточно для покрытия потерь тепла и нагрева новых порцвй газа,и пламя гаснет.
Этим и объясняется существование концентрационных пределов распространения пламени. В отличие от пределов воспламенения, концентрационные границы зажигания зависят, кроме названных условий, еще от потерь, определяемых обстановкой эксперимеНта (размерн и 119 геометрия трубы, мощность, геометрия и особенности источника подиигвния и пр.).
Рассмотрим влияние различных факторов на ::онцентрационныв границы зажигания. При малых размерах трубы, в которой изучается распространение пламени, концентрационные границы чувствительны к диаметру ее. Это влияние становится существенным по мере приближения диаметра трубы к толстые зоны горения ламвнарного племени. Предельные диаметры труб для углеводородо-возлушных смесей стехиометрического соатава при нормальном давлении и температуре ° 100оС составляют 1,Е7 — 1,85 мм.
С увеличением диаметра трубы влияние стенок уменьшается н совершенно исчезает при Ы * б0 мм. Прецелы и границы зажигания зависят также от положения трубы и места зажигания. Для исключения конвекционных аффектов трубы обычно располагаются вертикально. Поджигание производится у открытого конца, чтобы избежать влияния повышения давления. Концентрационные пределы при распространении пламени сверху вниз и снизу вверх различны. Пределы шире при подкигании у нижнего конца.
В случае, когда температура источника ниже температуры продуктов полного сгорания данной смеси, условия зажигания в значительной степени зависят от тепла семой химической реакции, так как именно зто тепло позволяет сформироваться фронту пламени вокруг источника поджигания. При атом поджигание будет зависеть от многкх условий: от времени пребывания, от температуры, материала, геометрии источника подиигания, а также от катвлиткческого действия'его на химическую реакцию. Если значительное количество тепла подвоцить к малому объему, то при атом температура повысится, собственная реакцвя перестанет играть решазишю роль, а вместе с тем и прекратится влияние источника воджигвния.
Влияние давления, температуры и разбавления смеси инертнымк примесями обычно изучается применительно к коыцентрационным пределам, т.е. дри большой мощности источника и в трубах достаточных размеров. Типичные граничные кривые зажигания простейших углеводородов по давлению дави на фкг.1у.7. Пределы воспламенения 120 слабо зависят от давленая примерно по О,Э бар.При болев низких давлениях они быстро смыкаются. В трубе диаметром 50 мм при давлениях меньше 0,05 бара Пламя, полученное с использованием любой смеси и любого источника поджигания,распространяться не может. Обычно наблюдаются деа значения предела давления - бедный и богатый. Бедным является предел распространения нормальных пламен, а богатый связан с появлением холодных пламен. В целом поведение грвыичных кривых по давлению находится в разумном согласии с предсказаниями теории.
Р бор ал 01 йт цл хз хл л,п сс Фиг. 1У.7. Концентрационные пределй распространения пламени топливо-воздушных смесей по давлению ( й 20оС): 1' - метен; 2 — бутан; 3 — гексан Повышение начальной температуры смеси влечет за собой незначительное расширение границ (пределов) зажигания (фиг.1у.й). Большую чувствительность к изменению температуры обнаруиивают богатые границы. Изменение границ хорошо истолковываетоя с позиции теории зажигания.
Соотношение для Тг~л (17.7) не содержит в явном ниде величину Тз . Постоянство Тг,р и приводит к наблюдаемой в опытах закономерности. Повышение начвль- 121 эзар ~ ЛК эе зс ег ю Г ной температуры при неизменной температуре на границе позволяет несколько обеднить бедную или еще более обогатить богатую смесь. Разбавление горючей смеси инергными примесями сужает облаоть воспламенения вплоть до превращения смеси в невоспламеняшдуюся. Типично в этом отношении поведение метано-воздушной смеси при разбавлении ее аргоном, гелием;азотом,угле- кислым газом (фиг.)7.9). Прнмеси, как правило,слабо влия- В й ют на бедную гранаду и сильно 4Х смещают богатую.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
