پدیده‌های فیزیکی فهرست‌شده در بخش قبل در طیف گسترده‌ای از فرآیندها مشاهده می‌شوند که هم در ماهیت واکنش‌های شیمیایی و هم در حالت تجمع مواد درگیر در احتراق متفاوت هستند.

همگن، ناهمگن و احتراق انتشاری.

احتراق همگن به احتراق گازهای از پیش مخلوط شده اشاره دارد. نمونه های متعدد احتراق همگن فرآیندهای احتراق گازها یا بخارها هستند که در آن عامل اکسید کننده اکسیژن موجود در هوا است: احتراق مخلوط هیدروژن، مخلوط مونوکسید کربن و هیدروکربن ها با هوا. در موارد عملا مهم)، شرط اختلاط اولیه کامل همیشه برآورده نمی شود. بنابراین ترکیب احتراق همگن با سایر انواع احتراق همیشه امکان پذیر است.

احتراق همگندر دو حالت آرام و آشفته قابل اجرا است. تلاطم به دلیل تکه تکه شدن جبهه شعله به قطعات جداگانه و بر این اساس، افزایش سطح تماس مواد واکنش دهنده در طول تلاطم در مقیاس بزرگ یا تسریع فرآیندهای انتقال گرما و جرم در جبهه شعله در طول شعله کوچک، فرآیند احتراق را تسریع می کند. تلاطم مقیاس احتراق آشفته با خود شباهت مشخص می شود: گرداب های آشفته سرعت احتراق را افزایش می دهند که منجر به افزایش تلاطم می شود.

تمام پارامترهای احتراق همگن نیز در فرآیندهایی ظاهر می شوند که در آن عامل اکسید کننده اکسیژن نیست، بلکه گازهای دیگر است. به عنوان مثال، فلوئور، کلر یا برم.

در هنگام آتش سوزی، رایج ترین فرآیندها احتراق انتشاری است. در آنها، تمام مواد واکنش دهنده در فاز گاز هستند، اما از قبل مخلوط نشده اند. در مورد احتراق مایعات جامد، فرآیند اکسیداسیون سوخت در فاز گاز همزمان با فرآیند تبخیر مایع (یا تجزیه) اتفاق می افتد. مواد سخت) و با فرآیند اختلاط.

ساده ترین مثال احتراق انتشاری، احتراق گاز طبیعی در داخل است مشعل گاز. در آتش سوزی، رژیم احتراق انتشار متلاطم زمانی تحقق می یابد که میزان سوزش با سرعت اختلاط آشفته تعیین شود.

بین ماکرومیکسینگ و میکرومیکس کردن تمایز قائل شد. فرآیند اختلاط آشفته شامل تکه تکه شدن متوالی گاز به حجم های کوچکتر و کوچکتر و مخلوط کردن آنها با یکدیگر است. در مرحله آخر، اختلاط مولکولی نهایی با انتشار مولکولی انجام می شود که با کاهش مقیاس قطعه قطعه شدن، سرعت آن افزایش می یابد. پس از اتمام ماکرو اختلاط، نرخ احتراق با فرآیندهای ریز اختلاط در حجم های کوچک سوخت و هوا تعیین می شود.

احتراق ناهمگن در سطح مشترک رخ می دهد. در این حالت، یکی از مواد واکنش دهنده در حالت متراکم است، دیگری (معمولاً اکسیژن اتمسفر) به دلیل انتشار فاز گاز وارد می شود. شرط لازم احتراق ناهمگننقطه جوش (یا تجزیه) بسیار بالای فاز متراکم است. اگر این شرط برآورده نشود، پیش از احتراق تبخیر یا تجزیه می شود. جریانی از بخار یا محصولات تجزیه گازی از سطح وارد منطقه احتراق می شود و احتراق در فاز گاز رخ می دهد. چنین احتراق را می توان به عنوان انتشار شبه ناهمگن طبقه بندی کرد، اما نه کاملا ناهمگن، زیرا فرآیند احتراق دیگر در مرز فاز رخ نمی دهد. توسعه چنین احتراق به دلیل انجام می شود جریان گرمااز شعله به سطح مواد، که تبخیر یا تجزیه بیشتر و جریان سوخت را به منطقه احتراق تضمین می کند. در چنین شرایطی، زمانی که واکنش های احتراق به طور جزئی ناهمگن - روی سطح فاز متراکم، و تا حدی همگن - در حجم مخلوط گاز اتفاق می افتد، یک مورد مخلوط ایجاد می شود.

نمونه ای از احتراق ناهمگن، احتراق سنگ و زغال چوب. هنگامی که این مواد می سوزند، دو نوع واکنش رخ می دهد. برخی از انواع زغال سنگ هنگام گرم شدن، اجزای فرار را آزاد می کنند. احتراق چنین زغال‌هایی با تجزیه حرارتی جزئی آنها با آزاد شدن هیدروکربن‌های گازی و هیدروژن انجام می‌شود که در فاز گاز می‌سوزند. علاوه بر این، در طی احتراق کربن خالص، مونوکسید کربن CO می تواند تشکیل شود که حجم آن می سوزد. با هوای بیش از حد کافی و دمای بالای سطح زغال سنگ، واکنش های حجمی آنقدر نزدیک به سطح رخ می دهد که تا حدودی مشخص، دلیلی وجود دارد که چنین فرآیندی را ناهمگن در نظر بگیریم.

نمونه ای از احتراق واقعاً ناهمگن، احتراق فلزات غیرفرار نسوز است. این فرآیندها می توانند با تشکیل اکسیدهایی که سطح در حال سوختن را می پوشانند و از تماس با اکسیژن جلوگیری می کنند، پیچیده شوند. اگر در طول فرآیند احتراق تفاوت زیادی در خواص فیزیکی و شیمیایی بین فلز و اکسید آن وجود داشته باشد، فیلم اکسید ترک می‌خورد و دسترسی اکسیژن به منطقه احتراق تضمین می‌شود.

احتراق ناهمگن مواد قابل احتراق مایع و جامد در یک اکسید کننده گازی. برای احتراق ناهمگن مواد مایع ارزش عالیتبخیر خود را دارد. احتراق ناهمگن مواد قابل اشتعال که به راحتی تبخیر می شوند، عملاً به احتراق همگن اطلاق می شود، زیرا چنین مواد قابل احتراق حتی قبل از احتراق زمان دارند تا کاملاً یا تقریباً به طور کامل تبخیر شوند. در فناوری احتراق ناهمگن سوخت های جامد، عمدتاً زغال سنگ، حاوی مقدار معینی از مواد آلی، که با گرم شدن سوخت، تجزیه می شوند و به صورت بخار و گاز آزاد می شوند، اهمیت زیادی دارد.
قسمت ناپایدار حرارتی سوخت معمولاً فرار و - فرار نامیده می شود. با گرم شدن آهسته، یک الگوی مرحله ای واضح از ابتدای مرحله احتراق مشاهده می شود - ابتدا اجزای فرار و احتراق آنها، سپس احتراق و احتراق جامد، به اصطلاح پسماند کک، که علاوه بر کربن، حاوی بخش معدنی سوخت - خاکستر است.
-
-
-
-

همچنین ببینید:. فرهنگ لغت دایره المعارف متالورژی. - م.: مهندسی اینترمت. 2000 .

سردبیر N.P. لیاکیشف

ببینید "احتراق ناهمگن" در فرهنگ های دیگر چیست:احتراق ناهمگن - احتراق مایعات و جامدات. مواد قابل اشتعال به صورت گازی عامل اکسید کننده برای شهر مواد مایع، فرآیند تبخیر آنها از اهمیت بالایی برخوردار است. G. g. مواد قابل اشتعال در عمل به راحتی تبخیر می شوند. به یک شهر همگن اشاره دارد، زیرا چنین چیزهای قابل اشتعال حتی قبل از ... ...

ببینید "احتراق ناهمگن" در فرهنگ های دیگر چیست:- وضعیت هتروژنین دگیماس T sritis chemija apibrėžtis Skysčio ar kietosios medžiagos degimas. atitikmenys: انگلیسی. rus احتراق ناهمگن احتراق ناهمگن ... Chemijos terminų aiškinamasis žodynas

ببینید "احتراق ناهمگن" در فرهنگ های دیگر چیست:- هتروژنین degimas statusas T sritis Energetika apibrėžtis Degimas, kai reaguojančiosios medžiagos yra skirtingos agregatinės būsenos ir reakcija vyksta jų skirtingų fazių sąlyčio. atitikmenys: انگلیسی. صدای احتراق ناهمگن…… Aiškinamasis šiluminės ir branduolinės technikos terminų žodynas

احتراق- یک تبدیل شیمیایی پیچیده و سریع رخ می دهد که با انتشار مقدار قابل توجهی گرما و معمولاً یک درخشش روشن (شعله) همراه است. در بیشتر موارد، گاز بر اساس واکنش های اکسیداتیو گرمازا یک ماده است... دایره المعارف بزرگ شوروی

تبدیل شیمیایی پیچیده و سریع یک ماده، مانند سوخت، همراه با آزاد شدن مقدار قابل توجهی گرما و درخشش روشن (شعله). در بیشتر موارد اساس احتراق گرمازا است... ...

احتراق (واکنش)- (الف. احتراق، سوزاندن؛ ن. برنن، وربرننانگ؛ ف. احتراق؛ من. احتراق) واکنش اکسیداسیونی که به سرعت رخ می دهد، همراه با آزاد شدن وسایل. مقدار گرما؛ معمولاً با درخشش روشن (شعله) همراه است. در بیشتر موارد...... دایره المعارف زمین شناسی

احتراق- یک واکنش گرمازا اکسیداسیون یک ماده قابل اشتعال که معمولاً با قابل مشاهده همراه است تابش الکترومغناطیسیو انتشار دود G. بر اساس تعامل یک ماده قابل اشتعال با یک عامل اکسید کننده، اغلب اکسیژن اتمسفر است. متمایز کردن...... دایره المعارف روسی حمایت از کار

احتراق- شیمی پیچیده واکنشی که تحت شرایط خود شتاب پیشرونده مرتبط با انباشت گرما یا کاتالیز محصولات واکنش در سیستم رخ می دهد. با G. می توان به دمای بالا (تا چندین هزار K) دست یافت و اغلب اتفاق می افتد... ... دایره المعارف فیزیکی

احتراق- فرآیند شیمیایی پیچیده و سریع تبدیل همراه با آزاد شدن گرما. به طور معمول در سیستم های حاوی سوخت (به عنوان مثال زغال سنگ، گاز طبیعی) و یک اکسید کننده (اکسیژن، هوا و غیره) رخ می دهد. می تواند همگن باشد (از قبل... ... فرهنگ لغت بزرگ دایره المعارفی پلی تکنیک

احتراق گازها و مواد قابل احتراق بخار در یک اکسید کننده گازی. یک تکانه انرژی اولیه برای شروع احتراق مورد نیاز است. بین خود و اشتعال یا اشتعال اجباری تمایز قائل شد. به طور معمول در حال گسترش ... فرهنگ لغت دایره المعارف متالورژی

کتاب ها

• احتراق ناهمگن ذرات سوخت جامد، گرمیاکین ویکتور میخایلوویچ. در نظر گرفته شده است مبانی نظریفرآیندهای احتراق ذرات سوخت جامد، که نه تنها شامل سوخت های هیدروکربنی سنتی حاوی کربن، بلکه ذرات فلزی است که ...

انفجار اکسیژن احتراق

احتراق همگن به احتراق گازهای از پیش مخلوط شده اشاره دارد. نمونه های متعدد احتراق همگن فرآیندهای احتراق گازها یا بخارها هستند که در آن عامل اکسید کننده اکسیژن موجود در هوا است: احتراق مخلوط هیدروژن، مخلوط مونوکسید کربن و هیدروکربن ها با هوا. در موارد عملاً مهم، شرط اختلاط کامل اولیه همیشه برآورده نمی شود. بنابراین ترکیب احتراق همگن با سایر انواع احتراق همیشه امکان پذیر است.

احتراق همگن در دو حالت آرام و آشفته قابل تحقق است. تلاطم با تکه تکه کردن جبهه شعله به قطعات جداگانه و بر این اساس، افزایش سطح تماس مواد واکنش دهنده در تلاطم در مقیاس بزرگ یا تسریع فرآیندهای انتقال گرما و جرم در جبهه شعله در تلاطم در مقیاس کوچک، روند احتراق را تسریع می کند. احتراق آشفته با خود شباهت مشخص می شود: گرداب های آشفته سرعت احتراق را افزایش می دهند که منجر به افزایش تلاطم می شود.

تمام پارامترهای احتراق همگن نیز در فرآیندهایی ظاهر می شوند که در آن عامل اکسید کننده اکسیژن نیست، بلکه گازهای دیگر است. به عنوان مثال، فلوئور، کلر یا برم.

احتراق ناهمگن در سطح مشترک رخ می دهد. در این حالت، یکی از مواد واکنش دهنده در حالت متراکم است، دیگری (معمولاً اکسیژن اتمسفر) به دلیل انتشار فاز گاز وارد می شود. یک پیش نیاز برای احتراق ناهمگن، نقطه جوش (یا تجزیه) بسیار بالای فاز متراکم است. اگر این شرط برآورده نشود، پیش از احتراق تبخیر یا تجزیه می شود. جریانی از بخار یا محصولات تجزیه گازی از سطح وارد منطقه احتراق می شود و احتراق در فاز گاز رخ می دهد. چنین احتراق را می توان به عنوان انتشار شبه ناهمگن طبقه بندی کرد، اما نه کاملا ناهمگن، زیرا فرآیند احتراق دیگر در مرز فاز رخ نمی دهد. توسعه چنین احتراق به دلیل جریان گرما از شعله به سطح مواد انجام می شود که تبخیر یا تجزیه بیشتر و جریان سوخت را به منطقه احتراق تضمین می کند. در چنین شرایطی، زمانی که واکنش های احتراق به طور جزئی ناهمگن - روی سطح فاز متراکم، و تا حدی همگن - در حجم مخلوط گاز اتفاق می افتد، یک مورد مخلوط ایجاد می شود.

نمونه ای از احتراق ناهمگن، احتراق زغال سنگ و زغال سنگ است. هنگامی که این مواد می سوزند، دو نوع واکنش رخ می دهد. برخی از انواع زغال سنگ هنگام گرم شدن، اجزای فرار را آزاد می کنند. احتراق چنین زغال‌هایی با تجزیه حرارتی جزئی آنها با آزاد شدن هیدروکربن‌های گازی و هیدروژن انجام می‌شود که در فاز گاز می‌سوزند. علاوه بر این، در طی احتراق کربن خالص، مونوکسید کربن CO می تواند تشکیل شود که حجم آن می سوزد. با هوای بیش از حد کافی و دمای بالای سطح زغال سنگ، واکنش‌های حجمی آنقدر نزدیک به سطح رخ می‌دهند که تا حدودی مشخص، دلیلی برای در نظر گرفتن چنین فرآیندی ناهمگن می‌دهد.

نمونه ای از احتراق واقعا ناهمگن، احتراق فلزات غیرفرار نسوز است. این فرآیندها می توانند با تشکیل اکسیدهایی که سطح در حال سوختن را می پوشانند و از تماس با اکسیژن جلوگیری می کنند، پیچیده شوند. اگر در طول فرآیند احتراق تفاوت زیادی در خواص فیزیکی و شیمیایی بین فلز و اکسید آن وجود داشته باشد، فیلم اکسید ترک می‌خورد و دسترسی اکسیژن به منطقه احتراق تضمین می‌شود.

مبحث 4. انواع احتراق.

با توجه به ویژگی ها و ویژگی های مختلف، فرآیندهای احتراق را می توان به انواع زیر تقسیم کرد:

با توجه به وضعیت تجمع یک ماده قابل اشتعال:

احتراق گازها؛

احتراق مایعات و ذوب جامدات؛

احتراق مواد جامد غبار مانند و فشرده غیر ذوب.

با توجه به ترکیب فازی اجزاء:

احتراق همگن؛

احتراق ناهمگن؛

احتراق مواد منفجره.

با توجه به آمادگی مخلوط قابل احتراق:

احتراق انتشار (آتش)؛

احتراق جنبشی (انفجار).

با توجه به دینامیک جلوی شعله:

ثابت؛

ناپایدار.

با توجه به ماهیت حرکت گاز:

لامینار;

متلاطم.

با توجه به درجه احتراق ماده قابل اشتعال:

ناقص.

با توجه به سرعت پخش شعله:

عادی؛

باد زدایی؛

انفجار.

بیایید نگاهی دقیق تر به این انواع بیندازیم.

4.1. احتراق مواد گازی، مایع و جامد.

بسته به حالت تجمعمواد قابل احتراق بین احتراق گازها، مایعات، غبارها و جامدات فشرده تمایز قائل می شوند.

طبق GOST 12.1.044-89:

1. گازها موادی هستند که دمای بحرانی آنها کمتر از 50 درجه سانتیگراد است. Tcr حداقل دمای حرارت دادن 1 مول از یک ماده در یک ظرف بسته است که در آن کاملاً به بخار تبدیل می شود (به بند 2.3 مراجعه کنید).

2. مایعات موادی هستند با نقطه ذوب (نقطه افت) کمتر از 50 درجه سانتیگراد (به بند 2.5 مراجعه کنید).

3. جامدات موادی هستند که نقطه ذوب (نقطه ریزش) آنها بیش از 0 50 درجه سانتیگراد باشد.

4. غبارها جامدات خرد شده با اندازه ذرات کمتر از 0.85 میلی متر هستند.

ناحیه ای که در آن یک واکنش شیمیایی در یک مخلوط قابل اشتعال رخ می دهد، به عنوان مثال. احتراق را جلوی شعله می گویند.

اجازه دهید فرآیندهای احتراق را در نظر بگیریم محیط هوابا مثال

احتراق گازها در مشعل گاز.در اینجا 3 ناحیه شعله مشاهده می شود (شکل 12):

برنج. 12. طرح احتراق گاز: 1 - مخروط شفاف - این گاز اولیه است که گرم می شود (تا دمای خود اشتعال). 2 - منطقه نورانی جلوی شعله. 3- محصولات احتراق (در هنگام احتراق کامل گازها و به ویژه در هنگام احتراق هیدروژن که دوده تشکیل نمی شود تقریباً نامرئی هستند).

عرض جبهه شعله در مخلوط های گازی ده ها کسری از میلی متر است.

احتراق مایعات در ظرف باز.هنگام سوزاندن در یک ظرف باز، 4 ناحیه وجود دارد (شکل 13):

برنج. 13. احتراق مایع: 1 – مایع; 2 - بخارات مایع (مناطق تاریک)؛ 3 – جلوی شعله؛ 4- محصولات احتراق (دود).

عرض جلوی شعله در این مورد بزرگتر است، یعنی. واکنش کندتر پیش می رود.

احتراق مواد جامد در حال ذوب.سوختن یک شمع را در نظر بگیرید. در در این مورد 6 ناحیه مشاهده می شود (شکل 14):

برنج. 14. سوزاندن شمع: 1 – موم سخت; 2 - موم مذاب (مایع)؛ 3 - لایه بخار شفاف تیره؛ 4 – جلوی شعله؛ 5- محصولات احتراق (دود)؛ 6 - فتیله

فتیله سوزان برای تثبیت احتراق عمل می کند. مایع به آن جذب می شود، از طریق آن بالا می رود، تبخیر می شود و می سوزد. عرض جبهه شعله افزایش می یابد، که باعث افزایش سطح درخشندگی می شود، زیرا از هیدروکربن های پیچیده تری استفاده می شود، که وقتی تبخیر می شوند، متلاشی می شوند و سپس واکنش نشان می دهند.

احتراق مواد جامد ذوب نشدهاین نوع احتراق را با استفاده از مثال احتراق کبریت و سیگار در نظر خواهیم گرفت (شکل 15 و 16).

همچنین 5 بخش در اینجا وجود دارد:

برنج. 15. سوزاندن کبریت: 1 – چوب تازه; 2 - چوب ذغالی شده 3 - گازها (مواد فرار تبدیل به گاز یا تبخیر شده) - این یک منطقه شفاف تیره است. 4 – جلوی شعله؛ 5- محصولات احتراق (دود).

مشاهده می شود که ناحیه سوخته کبریت بسیار نازکتر بوده و رنگ مشکی دارد. این بدان معنی است که بخشی از مسابقه سوخته شده است، یعنی. قسمت غیر فرار باقی ماند و قسمت فرار تبخیر شد و سوخت. سرعت سوختن زغال سنگ بسیار کندتر از گازها است، بنابراین زمان لازم برای سوختن کامل را ندارد.

شکل 16. سوزاندن سیگار: 1 – مخلوط تنباکو اصلی. 2 - بخش دود بدون جلوی شعله. 3- دود، یعنی. محصول ذرات سوخته؛ 4- دود وارد شده به ریه ها که عمدتاً از محصولات گازدار است. 5- رزین متراکم شده روی فیلتر.

تجزیه حرارتی-اکسیداتیو بدون شعله یک ماده را دود می گویند. زمانی اتفاق می‌افتد که اکسیژن در ناحیه احتراق ناکافی است و حتی با مقدار بسیار کمی از آن (1-2٪) نیز می‌تواند رخ دهد. دود مایل به آبی است نه سیاه. این بدان معناست که مواد گازی شده به جای سوخته در آن بیشتر است.

سطح خاکستر تقریباً سفید است. این بدان معنی است که با عرضه کافی اکسیژن، احتراق کامل رخ می دهد. اما در داخل و در مرز لایه سوزان با تازه ها یک ماده سیاه وجود دارد. این نشان دهنده احتراق ناقص ذرات زغال شده است. به هر حال، بخارات مواد رزینی تبخیر شده روی فیلتر متراکم می شوند.

نوع مشابهی از احتراق هنگام سوزاندن کک مشاهده می شود، یعنی. زغال سنگی که مواد فرار (گازها، رزین ها) از آن جدا شده اند یا گرافیت.

بنابراین، فرآیند احتراق گازها، مایعات و اکثر جامدات به صورت گازی اتفاق می افتد و با شعله همراه است. برخی از مواد جامد، از جمله موادی که تمایل به احتراق خود به خودی دارند، به صورت دود شدن روی سطح و داخل مواد می سوزند.

احتراق مواد گرد و غبار.سوزاندن لایه گرد و غبار مانند حالت فشرده اتفاق می افتد، فقط سرعت سوختن به دلیل افزایش سطح تماس با هوا افزایش می یابد.

احتراق مواد گرد و غبار به شکل تعلیق هوا (ابر گرد و غبار) می تواند به شکل جرقه رخ دهد، یعنی. احتراق ذرات منفرد، در مورد محتوای کم مواد فرار که قادر به تشکیل مقدار کافی گاز در طول تبخیر برای یک جبهه شعله نیستند.

اگر تشکیل شود مقدار کافیمواد فرار تبدیل به گاز شده و سپس احتراق شعله ور رخ می دهد.

احتراق مواد منفجره.به این گونهاین شامل احتراق مواد منفجره و باروت، به اصطلاح مواد تغلیظ شده است که قبلاً حاوی سوخت و اکسید کننده به صورت شیمیایی یا مکانیکی است. به عنوان مثال: در trinitrotoluene (TNT) C 7 H 5 O 6 N 3 × C 7 H 5 × 3NO 2 عوامل اکسید کننده O 2 و NO 2 هستند. باروت حاوی گوگرد، نمک، زغال سنگ است. ماده منفجره خانگی از پودر آلومینیوم و نیترات آمونیوم تشکیل شده است و ماده چسبنده آن روغن خورشیدی است.

4.2. احتراق همگن و ناهمگن.

بر اساس مثال های در نظر گرفته شده، بسته به وضعیت تجمع مخلوط سوخت و اکسید کننده، یعنی. بسته به تعداد فازهای مخلوط، موارد زیر وجود دارد:

1. احتراق همگنگازها و بخارات مواد قابل اشتعال در محیط اکسید کننده گازی. بنابراین، واکنش احتراق در یک سیستم متشکل از یک فاز (حالت کل) رخ می دهد.

2. احتراق ناهمگنمواد جامد قابل اشتعال در محیط اکسید کننده گازی. در این حالت، واکنش در سطح مشترک رخ می دهد، در حالی که یک واکنش همگن در سراسر حجم رخ می دهد.

این احتراق فلزات، گرافیت، یعنی. مواد عملا غیر فرار بسیاری از واکنش های گاز ماهیت همگن-ناهمگن دارند، زمانی که احتمال وقوع یک واکنش همگن به دلیل منشاء همزمان یک واکنش ناهمگن باشد.

احتراق تمام مواد مایع و بسیاری از مواد جامد که از آنها بخارات یا گازها (مواد فرار) آزاد می شود، در فاز گاز رخ می دهد. فازهای جامد و مایع نقش مخازن محصولات واکنش دهنده را ایفا می کنند.

به عنوان مثال، واکنش ناهمگن احتراق خود به خود زغال سنگ به فاز همگن احتراق مواد فرار می رود. باقی مانده کک به طور ناهمگن می سوزد.

4.3. انتشار و احتراق جنبشی.

بر اساس درجه آماده سازی مخلوط قابل احتراق، انتشار و احتراق جنبشی متمایز می شود.

انواع احتراق در نظر گرفته شده (به جز مواد منفجره) مربوط به احتراق انتشاری است. شعله، یعنی منطقه احتراق مخلوطی از سوخت و هوا باید دائماً با سوخت و اکسیژن تغذیه شود تا از پایداری اطمینان حاصل شود. عرضه گاز قابل احتراق فقط به سرعت عرضه آن به منطقه احتراق بستگی دارد. نرخ ورود مایع قابل اشتعالبستگی به شدت تبخیر آن دارد، یعنی. بر فشار بخار بالای سطح مایع و در نتیجه بر روی دمای مایع. دمای اشتعالپایین ترین دمای مایعی است که در آن شعله بالای سطح آن خاموش نمی شود.

احتراق جامدات با احتراق گازها با حضور مرحله تجزیه و تبدیل به گاز با احتراق بعدی محصولات پیرولیز فرار متفاوت است.

پیرولیز- این حرارت دادن مواد آلی به دمای بالا بدون دسترسی به هوا است. در این حالت، تجزیه، یا تقسیم، ترکیبات پیچیده به ترکیبات ساده‌تر اتفاق می‌افتد (کک شدن زغال سنگ، ترک خوردن روغن، تقطیر خشک چوب). بنابراین، احتراق یک ماده قابل احتراق جامد به یک محصول احتراق تنها در منطقه شعله متمرکز نمی شود، بلکه دارای ویژگی چند مرحله ای است.

حرارت دادن فاز جامد باعث تجزیه و آزاد شدن گازهایی می شود که مشتعل شده و می سوزند. گرمای حاصل از مشعل، فاز جامد را گرم می کند و باعث گاز شدن آن و تکرار فرآیند می شود و در نتیجه احتراق حفظ می شود.

مدل احتراق جامدحضور فازهای زیر را فرض می کند (شکل 17):

برنج. 17. مدل احتراق

ماده جامد

گرم کردن فاز جامد برای ذوب مواد، ذوب در این منطقه رخ می دهد. ضخامت منطقه به دمای رسانایی ماده بستگی دارد.

پیرولیز یا منطقه واکنش در فاز جامد که در آن مواد قابل اشتعال گازی تشکیل می شوند.

پیش شعله در فاز گاز، که در آن مخلوطی با یک اکسید کننده تشکیل می شود.

شعله، یا منطقه واکنش در فاز گاز، که در آن تبدیل محصولات پیرولیز به محصولات احتراق گازی.

محصولات احتراق

میزان اکسیژن رسانی به منطقه احتراق به انتشار آن در محصول احتراق بستگی دارد.

به طور کلی، از سرعت واکنش شیمیاییدر ناحیه احتراق در انواع احتراق مورد نظر، بسته به سرعت ورود اجزای واکنش دهنده و سطح شعله توسط انتشار مولکولی یا جنبشی، این نوع احتراق نامیده می شود. انتشار.

ساختار شعله احتراق انتشاری از سه ناحیه تشکیل شده است (شکل 18):

منطقه 1 حاوی گازها یا بخارات است. هیچ احتراق در این منطقه وجود ندارد. دما از 500 0 C تجاوز نمی کند. تجزیه، تجزیه در اثر حرارت مواد فرار و حرارت دادن به دمای خود اشتعال رخ می دهد.

برنج. 18. ساختار شعله.

در منطقه 2، مخلوطی از بخارات (گازها) با اکسیژن اتمسفر تشکیل می شود و احتراق ناقص به CO با کاهش جزئی به کربن (اکسیژن کم) رخ می دهد:

C n H m + O 2 → CO + CO 2 + H 2 O;

در ناحیه 3 خارجی، احتراق کامل محصولات ناحیه دوم رخ می دهد و حداکثر دمای شعله مشاهده می شود:

2CO+O 2 =2CO 2 ;

ارتفاع شعله با ضریب انتشار و سرعت جریان گاز متناسب و با چگالی گاز نسبت معکوس دارد.

همه انواع احتراق انتشاری در آتش سوزی ذاتی هستند.

جنبشیاحتراق عبارت است از احتراق گاز، بخار یا غبار قابل اشتعال از پیش مخلوط شده با یک اکسید کننده. در این مورد، سرعت سوختن فقط به خواص فیزیکی و شیمیایی مخلوط قابل احتراق (رسانایی حرارتی، ظرفیت گرمایی، تلاطم، غلظت مواد، فشار و غیره) بستگی دارد. بنابراین، سرعت سوختن به شدت افزایش می یابد. این نوع احتراق در انفجار ذاتی است.

در این حالت، هنگامی که مخلوط قابل احتراق در هر نقطه مشتعل می شود، جلوی شعله از محصولات احتراق به مخلوط تازه حرکت می کند. بنابراین، شعله در طی احتراق جنبشی اغلب ناپایدار است (شکل 19).

برنج. 19. طرح انتشار شعله در مخلوط قابل احتراق: - منبع اشتعال. - جهت حرکت جلوی شعله.

اگر چه اگر ابتدا گاز قابل اشتعال را با هوا مخلوط کرده و وارد مشعل کنید، پس از احتراق، شعله ثابت تشکیل می شود، مشروط بر اینکه سرعت جریان مخلوط برابر با سرعت انتشار شعله باشد.

در صورت افزایش سرعت گاز، شعله از مشعل جدا شده و ممکن است خاموش شود. و در صورت کاهش سرعت شعله با انفجار احتمالی به داخل مشعل کشیده می شود.

با توجه به درجه احتراق، یعنی کامل بودن واکنش احتراق به محصولات نهایی، احتراق رخ می دهد کامل و ناقص.

بنابراین در منطقه 2 (شکل 18) احتراق ناقص است، زیرا اکسیژن کافی وجود ندارد که در منطقه 3 تا حدی مصرف می شود و محصولات میانی تشکیل می شوند. دومی در منطقه 3 که در آن اکسیژن بیشتری وجود دارد تا احتراق کامل می سوزند. وجود دوده در دود نشان دهنده احتراق ناقص است.

مثال دیگر: وقتی کمبود اکسیژن وجود دارد، کربن به مونوکسید کربن می‌سوزد:

اگر O را اضافه کنید، واکنش به پایان می رسد:

2СО+O 2 =2СО 2.

سرعت سوختن به ماهیت حرکت گازها بستگی دارد. بنابراین، بین احتراق آرام و آشفته تمایز قائل می‌شود.

بنابراین، یک نمونه از احتراق آرام، شعله شمع در هوای ساکن است. در احتراق آراملایه های گاز به صورت موازی و بدون چرخش جریان دارند.

احتراق آشفته- حرکت گردابی گازها که در آن گازهای احتراق به شدت مخلوط شده و جلوی شعله تار می شود. مرز بین این انواع، معیار رینولدز است که رابطه بین نیروهای اینرسی و نیروهای اصطکاک در جریان را مشخص می کند:

کجا: تو- سرعت جریان گاز؛

n- ویسکوزیته جنبشی؛

ل- مشخصه بعد خطی.

عدد رینولدز که در آن انتقال یک لایه مرزی آرام به یک لایه آشفته رخ می دهد، Recr بحرانی، Re cr ~ 2320 نامیده می شود.

تلاطم به دلیل انتقال حرارت شدیدتر از محصولات احتراق به مخلوط تازه، سرعت احتراق را افزایش می دهد.

4.4. احتراق معمولی.

بسته به سرعت انتشار شعله در طی احتراق جنبشی، احتراق معمولی (در عرض چند متر بر ثانیه)، یا شعله‌زدایی انفجاری (ده‌ها متر بر ثانیه)، یا انفجار (هزاران متر بر ثانیه) می‌تواند رخ دهد. این نوع احتراق می توانند به یکدیگر تبدیل شوند.

احتراق معمولی- این احتراق است که در آن گسترش شعله در غیاب اختلالات خارجی (تلاطم یا تغییر فشار گاز) رخ می دهد. این فقط به ماهیت ماده قابل اشتعال بستگی دارد، یعنی. اثر حرارتی، هدایت حرارتی و ضرایب انتشار. بنابراین، ثابت فیزیکی مخلوطی از یک ترکیب خاص است. در این حالت، سرعت سوختن معمولاً 0.3-3.0 متر بر ثانیه است. احتراق را عادی می نامند زیرا بردار سرعت انتشار آن بر جبهه شعله عمود است.

4.5. احتراق باد زدایی (منفجره).

احتراق معمولی ناپایدار است و در یک فضای بسته تمایل به خود شتاب گرفتن دارد. دلیل این امر انحنای جلوی شعله به دلیل اصطکاک گاز در برابر دیواره ظرف و تغییر فشار در مخلوط است.

بیایید روند انتشار شعله در یک لوله را در نظر بگیریم (شکل 20).

برنج. 20. طرح وقوع احتراق مواد منفجره.

ابتدا در انتهای باز لوله، شعله با سرعت معمولی پخش می شود، زیرا محصولات احتراق آزادانه منبسط شده و بیرون می آیند. فشار مخلوط تغییر نمی کند. مدت زمان انتشار یکنواخت شعله به قطر لوله، نوع سوخت و غلظت آن بستگی دارد.

با حرکت جلوی شعله در داخل لوله، محصولات واکنش که حجم بیشتری نسبت به مخلوط اولیه دارند، فرصتی برای فرار به بیرون ندارند و فشار آنها افزایش می‌یابد. این فشار شروع به فشار در تمام جهات می کند و بنابراین، جلوتر از جلوی شعله، مخلوط اولیه شروع به حرکت به سمت گسترش شعله می کند. لایه های مجاور دیوارها مهار می شوند. شعله بیشترین سرعت را در مرکز لوله دارد و کمترین سرعت در نزدیکی دیواره ها (به دلیل حذف حرارت در آنها) است. بنابراین جبهه شعله در جهت انتشار شعله امتداد یافته و سطح آن افزایش می یابد. به نسبت این مقدار مخلوط قابل احتراق در واحد زمان افزایش می یابد که افزایش فشار را به دنبال دارد و این خود باعث افزایش سرعت حرکت گاز و غیره می شود. بنابراین، سرعت انتشار شعله مانند بهمن به صدها متر در ثانیه افزایش می یابد.

فرآیند انتشار شعله از طریق یک مخلوط گاز قابل احتراق، که در آن واکنش احتراق خود شتاب دهنده به دلیل گرم شدن توسط هدایت حرارتی از لایه مجاور محصولات واکنش پخش می شود، نامیده می شود. آتش زدایی. به طور معمول، نرخ احتراق deflagration مادون صوت است، به عنوان مثال. کمتر از 333 متر بر ثانیه

4.6. احتراق انفجاری.

اگر احتراق یک مخلوط قابل احتراق را لایه به لایه در نظر بگیریم، در نتیجه در نتیجه انبساط حرارتی حجم محصولات احتراق، هر بار یک موج تراکم جلوتر از جبهه شعله ظاهر می شود. هر موج بعدی که در یک محیط متراکم تر حرکت می کند، به موج قبلی می رسد و روی آن قرار می گیرد. به تدریج این امواج در یک موج ضربه ای ترکیب می شوند (شکل 21).

برنج. 21. طرح تشکیل موج انفجار: R o< Р 1 < Р 2 < Р 3 < Р 4 < Р 5 < Р 6 < Р 7 ; 1-7 – нарастание давления в слоях с 1-го по 7-ой.

در یک موج شوک، در نتیجه تراکم آدیاباتیک، چگالی گازها فوراً افزایش می‌یابد و دما برای خود اشتعالی به T 0 می‌رسد. در نتیجه، مخلوط قابل احتراق با یک موج ضربه ای مشتعل می شود و انفجار- انتشار احتراق با احتراق توسط موج ضربه ای. موج انفجار خاموش نمی شود، زیرا توسط امواج ضربه ای ناشی از شعله در حال حرکت در پشت آن سوخت می شود.

ویژگی انفجار این است که با سرعت مافوق صوت 1000-9000 متر بر ثانیه، تعیین شده برای هر ترکیب مخلوط، رخ می دهد و بنابراین یک ثابت فیزیکی مخلوط است. این فقط به محتوای کالری مخلوط قابل احتراق و ظرفیت گرمایی محصولات احتراق بستگی دارد.

برخورد یک موج ضربه ای با یک مانع منجر به تشکیل یک موج ضربه ای بازتابی و حتی فشار بیشتر می شود.

انفجار بیشترین است نگاه خطرناکشعله گسترش یافت، زیرا دارای حداکثر قدرت انفجار (N=A/t) و سرعت بسیار زیاد. در عمل، انفجار را می توان فقط در بخش قبل از انفجار "خنثی" کرد، یعنی. در فاصله ای از نقطه اشتعال تا نقطه احتراق انفجار. برای گازها طول این بخش از 1 تا 10 متر است.

هنگام سوختن سوخت جامدخود واکنش شیمیایی با فرآیند تامین یک عامل اکسید کننده به سطح واکنش دهنده انجام می شود. در نتیجه، فرآیند احتراق سوخت جامد یک فرآیند پیچیده فیزیکوشیمیایی ناهمگن است که شامل دو مرحله است: تامین اکسیژن به سطح سوخت توسط انتشار آشفته و مولکولی و واکنش شیمیایی روی آن.

اجازه دهید نظریه کلی احتراق ناهمگن را با استفاده از مثال احتراق یک ذره کربن کروی با قبول شرایط زیر در نظر بگیریم. غلظت اکسیژن در کل سطح ذره یکسان است. سرعت واکنش اکسیژن با کربن متناسب با غلظت اکسیژن در سطح است، به عنوان مثال، یک واکنش مرتبه اول رخ می دهد، که به احتمال زیاد برای فرآیندهای ناهمگن است. واکنش در سطح ذره با تشکیل محصولات احتراق نهایی رخ می دهد و هیچ واکنش ثانویه ای در حجم و همچنین روی سطح ذره وجود ندارد.

در چنین وضعیت ساده شده ای، نرخ احتراق کربن را می توان بسته به سرعت دو مرحله اصلی آن، یعنی به میزان اکسیژن رسانی به سطح سطحی و به سرعت واکنش شیمیایی خود روی سطح، نشان داد. از ذره در نتیجه برهمکنش این فرآیندها، یک حالت تعادل دینامیکی بین مقدار اکسیژنی که از طریق انتشار تحویل داده شده و برای واکنش شیمیایی در مقدار معینی از غلظت آن در سطح کربن مصرف می شود، رخ می دهد.

سرعت واکنش شیمیایی /(°2 گرم اکسیژن/(cm2-s)، تعیین شد

چگونه مقدار اکسیژن مصرف شده توسط یک واحد سطح واکنش در واحد زمان را می توان به صورت زیر بیان کرد:

در معادله:

K ثابت سرعت واکنش شیمیایی است.

Oc غلظت اکسیژن در سطح ذره است.

از طرف دیگر، سرعت سوزش برابر با شار خاص است

عرق به سطح واکنش دهنده که از طریق انتشار می رسد:

K°" = آگهی (C, - C5). (15-2)

در معادله:

آگهی - ضریب تبادل انتشار.

Co غلظت اکسیژن در جریانی است که ذرات کربن در آن می سوزد.

با جایگزینی مقدار St یافت شده از معادله (1-15) به معادله (2-15)، عبارت زیر را برای سرعت احتراق ناهمگن بر حسب مقدار اکسیژن مصرف شده در واحد سطح ذره در واحد بدست می آوریم. زمان:

". °, ■’ (15-3)

نشان دادن توسط

Kkazh - - C - ، (15-4)

عبارت (15-3) را می توان به صورت نمایش داد

/<°’ = /СкажС„. (15-5)

در ساختار آن، بیان (15-5) شبیه معادله جنبشی (15-1) یک واکنش مرتبه اول است. در آن ثابت سرعت واکنش "£" با ضریب Kkaz جایگزین می شود که هم به خواص واکنش سوخت و هم به الگوهای انتقال بستگی دارد و بنابراین ثابت سرعت احتراق ظاهری کربن جامد نامیده می شود.

سرعت واکنش های احتراق شیمیایی به ماهیت سوخت و شرایط فیزیکی بستگی دارد: غلظت گاز واکنش دهنده روی سطح، دما و فشار. وابستگی دمایی سرعت واکنش شیمیایی در منطقه با دماهای پایین، کم است و میزان مصرف اکسیژن چندین برابر کمتر از سرعتی است که می توان با آن اکسیژن را تحویل داد فرآیند احتراق با سرعت خود واکنش شیمیایی محدود می‌شود و به شرایط عرضه اکسیژن، یعنی سرعت جریان هوا، اندازه ذرات و غیره بستگی ندارد. بنابراین، این ناحیه از احتراق ناهمگن جنبشی نامیده می‌شود.

در ناحیه جنبشی احتراق ad>-£، بنابراین در فرمول (15-3) می توان مقدار 1/ad را در مقایسه با 1/& نادیده گرفت و سپس به دست می آوریم:

K°32 = kC0. (15-6)

تعادل بین مقدار اکسیژن تحویلی از طریق انتشار و مصرف شده برای واکنش در یک گرادیان کوچک از غلظت آن برقرار می شود، به همین دلیل مقدار غلظت اکسیژن در سطح واکنش کمی با مقدار آن در جریان متفاوت است. در دمای بالااحتراق جنبشی می تواند در سرعت های بالای جریان هوا و اندازه ذرات سوخت کوچک رخ دهد، به عنوان مثال، با چنین بهبودی در شرایط تامین آب اسیدی، زمانی که می توان آب اسیدی را به میزان قابل توجهی تحویل داد. بیشتردر مقایسه با نیاز یک واکنش شیمیایی.

مناطق مختلف احتراق ناهمگن به صورت گرافیکی در شکل 1 نشان داده شده است. 15-1. منطقه جنبشی I با منحنی 1 مشخص می شود، که نشان می دهد با افزایش دما، نرخ احتراق به شدت بر اساس قانون آرنیوس افزایش می یابد.

در یک دمای معین، سرعت واکنش شیمیایی با سرعت اکسیژن رسانی به سطح واکنش متناسب می شود و سپس سرعت احتراق نه تنها به سرعت واکنش شیمیایی، بلکه به سرعت تحویل اکسیژن نیز وابسته می شود. در این ناحیه که متوسط ​​نامیده می شود (شکل 15-1، ناحیه II، منحنی 1-2)، نرخ های این دو مرحله قابل مقایسه هستند، هیچ یک از آنها قابل چشم پوشی نیستند و بنابراین سرعت فرآیند احتراق با فرمول تعیین می شود ( 15-3). با افزایش دما، سرعت احتراق افزایش می‌یابد، اما به میزان کمتری نسبت به ناحیه جنبشی، و رشد آن به تدریج کاهش می‌یابد و در نهایت با انتقال به ناحیه انتشار به حداکثر می‌رسد (شکل 15-1، منطقه III، منحنی 2- 3) مستقل از دما باقی می ماند. در دماهای بالاتر در این منطقه، سرعت واکنش شیمیایی به حدی افزایش می‌یابد که اکسیژن تامین‌شده از طریق انتشار بلافاصله وارد یک واکنش شیمیایی می‌شود که در نتیجه غلظت اکسیژن در سطح تقریباً برابر با صفر می‌شود. در فرمول (15-3)، می‌توانیم مقدار 1/& را در مقایسه با 1/ad نادیده بگیریم، سپس متوجه می‌شویم که نرخ احتراق با سرعت انتشار اکسیژن به سطح واکنش تعیین می‌شود، یعنی.

و بنابراین این منطقه احتراق را انتشار می نامند. در ناحیه انتشار، سرعت سوختن عملاً مستقل از خواص سوخت و دما است. تأثیر دما فقط بر تغییرات ثابت های فیزیکی تأثیر می گذارد. در این منطقه، نرخ احتراق به شدت تحت تأثیر شرایط تحویل اکسیژن، یعنی عوامل هیدرودینامیکی است: سرعت نسبی جریان گاز و اندازه ذرات سوخت. با افزایش سرعت جریان گاز و کاهش اندازه ذرات، به عنوان مثال، با تسریع تحویل اکسیژن، سرعت احتراق انتشار افزایش می یابد.

در طی فرآیند احتراق، یک تعادل دینامیکی بین فرآیند شیمیایی مصرف اکسیژن و فرآیند انتشار تحویل آن در غلظت مشخصی از اکسیژن در سطح واکنش برقرار می‌شود. غلظت اکسیژن در سطح ذره به نسبت سرعت این دو فرآیند بستگی دارد، اگر سرعت انتشار غالب باشد، به غلظت در جریان نزدیک می شود، در حالی که افزایش سرعت واکنش شیمیایی باعث کاهش آن می شود.

فرآیند احتراق که در ناحیه انتشار اتفاق می‌افتد، می‌تواند به سمت میانی (منحنی 1"-2") یا حتی به منطقه جنبشی حرکت کند، هنگامی که انتشار افزایش می‌یابد، برای مثال، زمانی که سرعت جریان افزایش می‌یابد یا اندازه ذرات کاهش می‌یابد.

بنابراین، با افزایش سرعت جریان گاز و انتقال به ذرات کوچک، فرآیند به سمت احتراق جنبشی تغییر می کند. افزایش دما فرآیند را به سمت احتراق انتشار سوق می دهد (شکل 15-1، منحنی 2"-3").

وقوع احتراق ناهمگن در یک منطقه خاص برای هر مورد خاص به این شرایط خاص بستگی دارد. وظیفه اصلی مطالعه فرآیند احتراق ناهمگن، ایجاد مناطق احتراق و شناسایی الگوهای کمی برای هر منطقه است.