ПОИСК Статьи Чертежи Таблицы Распространение пламени в неподвижной среде и в ламинарном потоке из "Сжигание газа на электростанциях и в промышленности Изд.2 " В случае неподвижных (или движущихся ламинарио) газов зона горения крайне узка, так как реакция протекает очень быстро. Согласно вычислениям Я. Б. Зельдовича (Л. 17], толщина зоны горения наиболее медленно горящей смеси (6% метана-t-94% воздуха) равна 0,6 мм для наиболее быстро горящей смеси водорода с кислородом данная величина равна 0,003 мм. Столь малая толщина зоны горения позволяет в первом приближении рассматривать пламя как поверхность, а распространение пламени в неподвижных смесях — как движение этой -поверхности. [c.25] Возьмем трубку, один конец которой закрыт, наполним ее горючей газо-воздуш ной смесью и подожжем смесь у открытого конца трубки. Возникшее в результате воспламенения пламя само становится источником высокотемпературного тепла и активных центров. Поэтому оно распространяется вдоль трубки, воспламеняя прилегающие слои горючей смеси. [c.25] Вначале пламя движется с практически постоянной скоростью, которая сравнительно невелика и для смеси любого состава не превышает 30 м сек. В neipBO M приближении такое распространение пламени можно считать происходящим в результате переноса тепла от пламени к непрореагировавшей смеси путем молекулярной теплопроводности. Описанный процесс называется равномерным распространением пламени. [c.25] Если Т1рубка имеет достаточную длину, то равномерное распространение пламени в некоторых горючих смесях может переходить в детонационное горение, происходящее со скоростью свыше 1 ООО м1сек. Переход от первого процесса ко второму в большинстве случаев сопровождается сильными вибрациями пламени. Природа и закономерности детонационного горения здесь не рассматриваются, так как они не имеют непосредственного отношения к процессу сжигания газа в горелках, хотя и представляют несомненный интерес с точки зрения техники безопасности. Скажем лишь, что горючая смесь при ее детонации поджигается не путем передачи тепла теплопроводностью, а ударной волной сжатия. [c.25] В связи с этим целесообразно охарактеризовать понятие взрыв . KOTQpoe не является вполне определенным. Обычно взрывом называют горение, но не в горелке, а в каком-либо объеме, сопровождающееся иногда разрушением емкостей вследствие теплового расширения или появления ударных волн. Это горение происходит в результате воспламенения и распространения пламени в данном объеме. Таким образом, термины пределы воспламенения н пределы взрываемости являются синонимами и численные значениях этих пределов совпадают. Пределы взрываемости не следует отождествлять, однако, с пределами детонации, указывающими в смесях какого состава может возникнуть детонационная волна. Данные, встречающиеся в литературе по пределам детонации, очень ограничены. Все же, судя по графикам, относящимся к некоторым газам, можно считать, что пределы детонации значительно уже пределов воспламенения. [c.25] Опыт показывает, что при сжигании одной и той же смеси в трубах различного диаметра скорость равномерного распространения пламени V возрастает с увеличением диаметра трубки. Эта зависимость связана с охлаждающим действием стенок, а также с относительным увеличением поверхности пламени за счет изменения наклона фронта и его местных искривлений, в частности, под влиянием конвекции. [c.26] Коэффициент температуропроводности ха рактеризует скорость изменения температуры. Он прямо пропорционален способности вещества проводить тепло (коэффициенту теплопроводности X) и обратно пропорционален его теплоаккумулирующей способности, т. е. а = Х1су. [c.27] Из формулы (2-2) видно, что нормальная скорость распространения пламени в какой-либо определенной смеси зависит от физических свойств смеси (коэффициента температуропроводности) и от х и-м и ческой активности смеси, так как время сгорания можно считать обратно пропорциональным средней скорости химической реакции при температуре горения. Таким образом, закономерности процесса перемещения пламени могут служить косвенной характеристикой закономерностей химических превращений, происходящих в зоне горения. [c.27] До сих пор рассматривалась только тепловая сторона явления распространения пламени. В действительности механизм этого процесса более сложен, так как между зоной горения и ближайшими слоями смеси происходит не только перенос тепла теплопроводностью, но и мае-сообмен. [c.27] Процесс диффузии горючего из зоны, предшествующей зоне горения, может иногда (например, при сжигании водородо-воздушных смесей) идти быстрее, чем процесс переноса тепла теплопроводностью. В этих случаях скорость процесса горения определяется скоростью прогрева свежей смеси. При сжигании высокомолекулярных углеводородных газов может наблюдаться обратная картина тепло распространяется быстрее, чем диффундирует горючее вещество. [c.27] Теория распространения пламени, разработанная в Институте химической физики Академии наук СССР (Н. Н. Семенов, Я. Б. Зельдович, Д. А. Франк-Каменецкий и др.), представляет собой попытку найти зависимость скорости распространения пла-.мени не только от скорости прогрева реагирующей смеси теплопроводностью, но и от скорости диффузионного массообмена, имеющего место в зоне горения и вблизи от нее. [c.27] Авторы теории считают, что нагрев горючей смеси происходит в результате передачи теплопроводностью части тепла, развивающегося в зоне горения. Кроме того, принимается во внимание, что скорость химических реакций зависит не только от температуры, но и от концентраций реагирующих веществ, которые меняются в результате химического реагирования и диффузии. Поэтому уравнение теплопроводности следует решать совместно с уравнениями диффузии. [c.27] Схема распространения пламени в потоке. [c.28] Кроме того, было учтено, что в пламени химическая реакция протекает в основном там, где развиваются наиболее высокие температуры, близкие к температуре горения. Поскольку горение идет в газовой фазе, оно, как указывалось выше, сопровождается лиффузионными явлениями. По этой прич ине газо-воздушная смесь, приближаясь к фронту горения, не только нагревается, но и одновременно разбавляется диффундирующими навстречу потоку продуктами горения. В результате в той части фронта горения, где развиваются самые высокие температуры, имеет место очень значительное разбавление смеси продуктами горения [Л. 17]. [c.28] Принимая во внимание эти обстоятельства, удалось приближенно проинтегрировать дифференциальные уравнения и выразить скорость распространения пламени формулой, учитывающей химико-физические факторы (энергия активации, отношение числа молей исходного вещества к числу молей продуктов реакции по стехиометри-ческому уравнению), диффузионные факторы (коэффициент диффузии реагирующих веществ в продуктах реакции) и тепловые факторы (теплота сгорания исходной смеси, теплопроводность продуктов реакции, температура горения и др.). Опытная проверка полученной формулы показала, что вычисленная скорость распространения пламени в смеси окиси углерода с воздухом близка к значениям, полученным из опыта. Эта формула дает возможность довольно точно объяснить зависимость скорости распространения пламени от свойств сгорающей смеси, а также от ее температуры и давления, при которой протекает процесс горения. [c.28] выше были рассмотрены процессы, протекающие прп сгорании неподвижной смеси газа с воздухом. [c.28] Процесс горения в ламинарном потоке (сокращенно — ламинарное горение) можно наблюдать при сжигании газа в бунзеновской горелке, применяемой в лабораториях (рис. 2-3). [c.29] Газ из городской сети (или из баллона) подается в горелку по трубке I в вытекает, из сопла 2, инжектируя из атмосферы часть (50— 60%) воздуха, необходимого для горения. Образующаяся смесь газа с этим первичным воздухом движется ламинарно по трубке 3 и сгорает вблизи от ее выходного отверстия. [c.29] В пламени бунзеновской горелки легко можно различить две слабо светящиеся зоны внутренний конус голубого цвета и внешнюю оболочку, называемую внешним конусом, которая имеет обычно бледно-фиолетовый цвет. [c.29] Вернуться к основной статье