پدیده‌های فیزیکی فهرست‌شده در بخش قبل در فرآیندهای بسیار متنوعی مشاهده می‌شوند که هر دو در طبیعت متفاوت هستند. واکنش های شیمیایی، و توسط حالت تجمعمواد درگیر در احتراق

احتراق همگن، ناهمگن و انتشار وجود دارد.

فصل 1. مبانیمفاهیم تئوری احتراق

احتراق همگن به احتراق گازهای از پیش مخلوط اشاره دارد*. نمونه های متعدد احتراق همگنفرآیندهای احتراق گازها یا بخارها هستند که در آنها عامل اکسید کننده اکسیژن اتمسفر 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.

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 صورت احتراق مایعات و جامداتفرآیند اکسیداسیون سوخت در فاز گاز همزمان با فرآیند تبخیر مایع (یا تجزیه مواد جامد) و با فرآیند اختلاط اتفاق می‌افتد.

ساده ترین مثال احتراق انتشاریاحتراق گاز طبیعی در 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 خرد کردن 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 ماکرومیکس

* چنین احتراق اغلب جنبشی نامیده می شود.

کورولچنکو A.Ya.فرآیندهای احتراق و انفجار

سرعت سوختن توسط فرآیندهای ریز اختلاط در حجم های کوچک سوخت و هوا تعیین می شود.

احتراق ناهمگن در فصل مشترک فاز 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 انجام می شود جریان گرمااز شعله به سطح مواد، که تبخیر یا تجزیه بیشتر و جریان سوخت به منطقه احتراق را 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، 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 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.

1.3. احتراق در گاز متحرک

اصطلاح " سرعت معمولیشعله"*. این سرعت حرکت جلوی شعله را در یک مخلوط گاز ثابت مشخص می کند. چنین حالت ایده آلی فقط در یک آزمایش آزمایشگاهی ایجاد می شود. در شرایط احتراق واقعی، شعله ها همیشه در جریان های متحرک وجود دارند.

رفتار شعله در چنین شرایطی از دو قانون تعیین شده توسط دانشمند روسی V. A. Mikhelson پیروی می کند.

اولین مورد از آنها مشخص می کند که جزء سرعت جریان گاز است vنرمال به جلوی شعله که از طریق یک مخلوط ثابت منتشر می شود برابر است با سرعت انتشار معمولی شعله و تقسیم بر cos

زاویه بین سطح عادی به سطح شعله و جهت جریان گاز کجاست.

بزرگی vمقدار گاز سوزانده شده در واحد زمان در شعله مایل را مشخص می کند. معمولاً به آن نرخ واقعی سوختن در جریان می گویند. سرعت واقعی در همه موارد برابر یا بیشتر از حد معمول است.

این قانون فقط برای شعله مسطح اعمال می شود. تعمیم آن به شعله های واقعی با انحنای جلوی شعله، فرمول قانون دوم - قانون مناطق را به دست می دهد.

فرض کنید در یک جریان گاز دارای سرعت است vو سطح مقطع یک جبهه شعله منحنی ثابت با سطح مشترک است اس.در هر نقطه از جبهه شعله، شعله در امتداد نرمال به سطح خود با سرعتی منتشر می شود و.سپس حجم سوختن مخلوط قابل احتراق در واحد زمان خواهد بود:

مطابق با تعادل گاز منبع، همان حجم برابر است با:

* این عبارت معادل عبارت “نرمال سوزاندن” است.

با مساوی کردن سمت چپ (1.2) و (1.3) به دست می آوریم:

در یک سیستم مرجع که در آن جلوی شعله در یک مخلوط گاز ثابت حرکت می کند، رابطه (1.4) به این معنی است که شعله نسبت به گاز با سرعتی منتشر می شود. V.فرمول (1.4) یک بیان ریاضی از قانون مساحت است که از آن نتیجه مهمی به دست می آید: وقتی جلوی شعله منحنی است، سرعت سوختن متناسب با افزایش سطح آن افزایش می یابد. بنابراین حرکت غیر یکنواخت گاز همیشه باعث تشدید احتراق می شود.

1.4. احتراق آشفته

از قانون مساحت ها چنین استنباط می شود که تلاطم سرعت سوختن را افزایش می دهد. در آتش سوزی، این با تشدید شدید فرآیند انتشار شعله بیان می شود.

متمایز کردن (شکل 1.2)دو نوع احتراق آشفته: احتراق مخلوط گازی همگن و احتراق متلاطم میکرودیفیوژن.

برنج. 1.2. طبقه بندی احتراق آشفته

هنگامی که یک مخلوط همگن در حالت احتراق متلاطم می سوزد، دو حالت ممکن است: وقوع در مقیاس کوچک و در مقیاس بزرگ.

فصل 1. مفاهیم اساسی تئوری احتراق

تلاطم ستاد این تقسیم بندی بسته به نسبت مقیاس تلاطم و ضخامت جبهه شعله انجام می شود. هنگامی که مقیاس تلاطم کوچکتر از ضخامت جبهه شعله باشد، به عنوان مقیاس کوچک و زمانی که بزرگتر باشد، به عنوان مقیاس بزرگ طبقه بندی می شود. مکانیسم عمل تلاطم در مقیاس کوچک به دلیل تشدید فرآیندهای احتراق به دلیل تسریع فرآیندهای انتقال حرارت و جرم در ناحیه شعله است. هنگام توصیف تلاطم در مقیاس کوچک در فرمول های سرعت انتشار شعله، ضرایب انتشار و انتشار حرارتی با ضریب تبادل آشفته جایگزین می شوند.

بالاترین نرخ احتراق در طول تلاطم در مقیاس بزرگ مشاهده می شود. در این حالت، دو مکانیسم شتاب احتراق امکان پذیر است: سطحی و حجمی.

مکانیسم سطح شامل انحنای جلوی شعله توسط ضربان‌های آشفته است. در این حالت میزان سوختن متناسب با افزایش سطح جلویی افزایش می یابد. با این حال، این فقط برای شرایطی صادق است که تحولات شیمیایی در شعله سریعتر از زمان انجام اختلاط آشفته کامل شود. در این حالت، هنگامی که اختلاط آشفته بر واکنش شیمیایی پیشی می‌گیرد، ناحیه واکنش توسط ضربان‌های آشفته تار می‌شود. چنین فرآیندهایی با قوانین احتراق آشفته حجمی توصیف می شوند.

زمان اختلاط آشفته برابر با نسبت مقیاس است

تلاطم به سرعت ضربان بنابراین، شتاب

شعله ناشی از ضربان های متلاطم از طریق مکانیسم سطحی در صورت رعایت شرایط زیر رخ می دهد:

کورولچنکو آ.یا. فرآیندهای احتراق و انفجار

زمان واکنش شیمیایی در دمای احتراق کجاست

اگر شرط (1.5) برآورده نشود، مکانیسم احتراق آشفته حجمی رخ می دهد.

زمان واکنش شیمیایی را می توان بر حسب مقادیر ماکروسکوپی بیان کرد: سرعت معمولی شعله و ضخامت جلوی شعله

سپس معیار شتاب سطح به شکل زیر در می آید:

برای تخمین سرعت انتشار یک شعله متلاطم در طول شتاب سطحی، K. I. Shchelkin فرمولی را پیشنهاد کرد:

کجا در -یک عدد کمی متفاوت که از یک تجاوز نمی کند. در حد، با اغتشاش شدید، سرعت شعله آشفته به سرعت ضرباندار میل می کند، یعنی. در- به یکی

1.5. ویژگی های احتراق مواد منفجره

مواد منفجره به مواد منفرد یا مخلوط آنها گفته می شود که تحت تأثیر هر گونه تأثیر خارجی (گرمایش، ضربه، اصطکاک، انفجار ماده منفجره دیگر) قادر به تبدیل شیمیایی خود به سرعت با انتشار مقادیر زیادی گرما و تشکیل مواد منفجره هستند. گازها

بر خلاف مواد قابل اشتعال معمولی که احتراق آنها هنگام برهمکنش با اکسیژن یا سایر عوامل اکسید کننده خارجی اتفاق می افتد، مواد منفجره که در فاز متراکم (جامد یا مایع) قرار دارند، حاوی تمام اجزای درگیر در احتراق هستند. مواد منفجره می توانند هر دو فردی باشند ترکیبات شیمیاییو مخلوط های مکانیکی

بیشتر مواد منفجره فردی ترکیبات نیترو هستند: تری نیتروتولوئن، تتریل، هگزوژن، اکتوژن، نیتروگلی-

فصل 1. مفاهیم اساسی تئوری احتراق

سرین، نیترات های سلولز و غیره. کلرات ها، پرکلرات ها، آزیدها و پراکسیدهای آلی نیز دارای خواص انفجاری هستند.

مولکول‌های ترکیبات آلی نیترو حاوی اکسیژن با پیوند ضعیف به شکل یک گروه نیترو هستند - بنابراین، یک مولکول حاوی سوخت و اکسید کننده است. احتراق آنها به دلیل اکسیداسیون درون مولکولی می تواند با تأثیرات خارجی جزئی آغاز شود.

گروه قابل توجهی از مواد منفجره را ترکیبات گرماگیر تشکیل می دهند که مولکول های آنها اکسیژن ندارند. در این حالت، منبع انرژی اکسیداسیون نیست، بلکه پوسیدگی مستقیم است. این ترکیبات شامل آزیدهای سرب، نقره و سایر فلزات است. به مخلوط های مکانیکیاینها شامل مخلوطی از مواد جامد قابل اشتعال با عوامل اکسید کننده جامد است. نمونه ای از چنین مخلوطی پودر سیاه است.

1.6. ترمودینامیک احتراق

مخلوط های هیدروکربن و هوا

قوانین ترمودینامیک محاسبه پارامترهای لازم برای توصیف فرآیندهای احتراق را امکان پذیر می کند: ضریب انبساط محصولات احتراق در شرایط اولیه نسبت ظرفیت حرارتی در فشار ثابت و حجم ثابت، هم برای مخلوط تازه و هم برای محصولات احتراق. حداکثر فشار انفجار r e;دمای آدیاباتیک محصولات احتراق در شرایط ایزوباریک و ایزوکوریک، ترکیب محصولات احتراق

این بخش الگوریتمی را برای محاسبه حالت تعادل محصولات احتراق C-H-0-N- حاوی مواد احتراق در هوا در طیف گسترده ای از دماها، فشارها و غلظت های اولیه، که توسط پروفسور توسعه داده شده است، شرح می دهد. V.V. مولکوف. این الگوریتم مبتنی بر تعمیم و نظام‌بندی روش‌های ترمودینامیکی و ریاضی با استفاده از دقیق‌ترین داده‌ها در مورد خواص ترمودینامیکی مواد منفرد است.

برای افزایش قابلیت اطمینان نتایج در محاسبات، لازم است نه تنها اکسیژن و نیتروژن هوا، بلکه سایر گازهای موجود در ترکیب آن نیز در نظر گرفته شود - , H 2 0، C0 2. افزایش تعداد اجزای محصولات احتراق به 19 (H 2، H 2 0، C0 2، N 2، Ar، C-gas، H، O، N، CO، CH 4، HCN، 0 2،

و انجام محاسبات با در نظر گرفتن ترکیب هوا

کورولچنکو آ.یا. فرآیندهای احتراق و انفجار

روح رطوبت متوسط

آنها محاسبات را در رایانه پیچیده نمی کنند، استفاده از آنها می تواند زمان محاسبات را به طور قابل توجهی کاهش دهد و همزمان دقت آنها را در مقایسه با رویکرد تقریبی بدون استفاده از رایانه افزایش دهد.

واکنش ناخالص برای احتراق سوخت در هوای با رطوبت متوسط ​​به ازای هر مول مخلوط تازه را می توان به صورت زیر نوشت:

غلظت حجمی سوخت در مخلوط تازه کجاست: -

تعداد اتم های کربن، هیدروژن، اکسیژن و نیتروژن به ترتیب در یک مولکول سوخت؛ - تعداد مولهای جزء هفتم محصولات احتراق؛

- هفتمجزء محصولات احتراق

تعداد کل اتم های سیستم که از ترکیب مخلوط تازه محاسبه می شود برابر است با

نسبت تعداد اتم های کربن، هیدروژن، نیتروژن و آرگون به ترتیب به تعداد اتم های اکسیژن برای یک مخلوط خاص ثابت است و به حالت ترمودینامیکی بستگی ندارد. سیستم بسته:

تعداد اتم های اکسیژن در سیستم.

فصل 1. مفاهیم اساسی تئوری احتراق

برای یک فرآیند احتراق آدیاباتیک در شرایط ایزوباریک، قانون بقای انرژی معادل قانون بقای آنتالپی یک سیستم بسته است.

سلام = Hj،(1.15)

کجا نآنتالپی و شاخص ها است و جپارامترهای مخلوط تازه و محصولات احتراق را به ترتیب نشان می دهد. آنتالپی مول مخلوط تازه

آنتالپی سوخت و هوا به ترتیب در کجا و است

دمای اولیه وابستگی آنتالپی سوخت و هوا به دمای اولیه در محدوده 250 تا 500 کلوین توسط یک چند جمله ای درجه چهارم به دست می آید.

کجا(298) آنتالپی تشکیل ماده در دمای 298 کلوین است.

آنتالپی در دما T;- ضرایب عددی

با حل یک سیستم معادلات خطی، به عنوان مثال، با روش حذف گاوس-جردن تعیین می شود. T 0 -مقداری دمای ثابت دلخواه

آنتالپی محصولات احتراق حاصل از سوزاندن یک مول مخلوط تازه

کجامجموع داخل پرانتز برابر است با تعداد مول محصولات در هنگام احتراق یک مول از مخلوط تازه. - کسر مولی از جزء هفتم محصولات احتراق؛ - آنتالپی محصول احتراق در دما

تور تی.

مقادیر آنتالپی

از وابستگی انرژی گیبس کاهش یافته به دمای Ф(Т) در محدوده دمایی 500 تا 6000 کلوین تعیین می شود. مشخص است که

کورولچنکو آ.یا. فرآیندهای احتراق و انفجار

کجا T e -دمای تعادل محصولات احتراق در یک بمب

فشار انفجار یک مخلوط گاز در یک بمب بسته با رابطه معادلات حالت یک گاز ایده آل برای محصولات احتراق و یک مخلوط تازه تعیین می شود.

برای یافتن ترکیب تعادلی محصولات احتراق، باید سیستمی را حل کرد که شامل 5 معادله جبری خطی (معادلات بقای جرم) و 14 معادله غیرخطی (معادلات تعادل شیمیایی) است.

برای یک فرآیند همسان، توصیه می شود معادلات بقای جرم را بر حسب کسر مولی محصولات احتراق بنویسید.

فصل 1. مفاهیم اساسی تئوری احتراق

کورولچنکو آ.یا. فرآیندهای احتراق و انفجار

(1.34) (1.35) (1.36) (1.37) (1.38) (1.39) (1.40) (1.41) (1.42) (1.43)

کجا r- فشاری که در آن واکنش رخ می دهد، atm. وابستگی ثابت های تعادل شیمیایی به دما از داده های مرجع برای واکنش های تفکیک گرفته شده است

ثابت تعادل واکنش تفکیک کجاست (1.43 a)

در دما - کاهش انرژی گیبس مربوط به

معرف های واقعی - واکنش اثر حرارتی (1.44)

در دمای صفر مطلق

مقادیر آدیابات برای مخلوط تازه و محصولات احتراق با استفاده از معادله مایر مطابق فرمول تعیین می شود.

برای یک مخلوط تازه، مقادیر با بیان تمایز (1.17) برای آنتالپی گازهای مخلوط اولیه (سوخت و هوا) توسط دما برای محصولات احتراق - با عبارات به دست آمده از معادله (1.19) با دما تعیین می شود. تی.

هنگام محاسبه فرآیندهای احتراق در یک حجم ثابت، ثابت تعادل برای یک گاز ایده آل فقط به دما بستگی دارد.

که در آن تعادل محاسبه می شود و به فشار بستگی ندارد، توصیه می شود که آن را نه از طریق کسرهای مولی بنویسید، همانطور که هنگام محاسبه احتراق در شرایط ایزوباریک در معادلات (1.30) - (1.43)، بلکه از طریق تعداد مول ها انجام شد. صسپس مثلاً برای واکنش (1.31) داریم

که در آن T دمایی است که در آن ثابت تعادل محاسبه می شود. pو G، مقادیر اولیه فشار و دمای مخلوط تازه هستند. وقتی پ-

کورولچنکو آ.یا. فرآیندهای احتراق و انفجار

در گذر از کسرهای مول به تعداد مول در یک فرآیند ایزوکوریک در معادلات بقای جرم (15)-(18) لازم است که مقادیر مربوطه را با معادله (19) جایگزین کنیم فرم

پس از ضرب دو طرف معادله (1.28) در، می توانید مقدار لازم برای محاسبه فشار انفجار مخلوط گاز در یک بمب با حجم ثابت را با استفاده از رابطه (1.22) محاسبه کنید.

اجازه دهید روش حل سیستم معادلات (1.15)، (1.23)-(1.43)، حاوی 21 کمیت مجهول را شرح دهیم: 19 کسر مول از محصولات احتراق، تعداد کل مول محصولات در طول احتراق یک مول تازه مخلوط و آنتالپی محصولات احتراق. کسرهای مولی هیدروژن، آب، دی اکسید کربن، نیتروژن و آرگون به عنوان متغیرهای مستقل انتخاب شدند.

سهم 14 محصول احتراق باقیمانده از طریق ثابت های تعادل و متغیرهای مستقل انتخاب شده از معادلات (1.29) - (1.43) بیان می شود. سپس معادلات (1.23)-(1.26) و (1.28) را به ترتیب به شکل بازنویسی می کنیم.

F(A،B،C،D،E) = 0،

G (A، B، C، D، E) = 0،

H(A،B،C،D،.E) = 0، (1.49)

J (A، B، C، D، E) = 0،

I (A، B، C، D، E) = 0.

پس از خطی کردن سیستم معادلات (1.49) با بسط به یک سری تیلور تا عبارات حاوی اولین مشتقات، به دست می آوریم.

کجا و غیره (شاخص 0 نشان دهنده استفاده است

مقادیر فعلی مقادیر). سیستم معادلات (1.50) شامل پنج مجهول است - که افزایشی نسبت به مجهولات اصلی است

فصل 1. مفاهیم اساسی تئوری احتراق

شناخته شده - که افزایشی نسبت به نسخه اصلی است

مقادیر کسر مولی الف، ب، ج، د، ای.این سیستم را می توان با روش های مختلفی حل کرد، مثلاً با محاسبه و تقسیم عوامل تعیین کننده ماتریس های متناظر سیستم معادلات (1.50) یا با استفاده از روش حذف گاوس-جردن.

در مقدار فرض شده دمای تعادل محصولات احتراق تیمقادیر ثابت های تعادل را محاسبه کنید. سپس تعیین کنید

بر اساس مقادیر اولیه متغیرهای مستقل الف، ب، ج، د، ایمقادیر کسر مولی باقی مانده محصولات احتراق و بنابراین ضرایب سیستم معادلات (1.50). سپس با حل این سیستم معادلات مقادیر جدیدی پیدا می شود

فرآیند تکراری تکرار می شود تا زمانی که مقادیر مطلق نسبت ها کمتر از مقدار معینی برابر شود، به عنوان مثال، (که در آن نتایج محاسبه عملا تغییر نمی کند). بنابراین، ترکیب تعادلی محصولات احتراق در دمای مورد انتظار تعیین می شود تی.بر اساس ترکیب تعادلی محصولات، مقدار £u، - مطابق با رابطه (27/1) بدست می‌آید که محاسبه مقادیر آنتالپی را ممکن می‌سازد. Hjمحصولات احتراق طبق فرمول (1.18).

هنگام سوزاندن در شرایط ایزوکوریک، روش محاسبه مشابه آنچه در بالا توضیح داده شد است. تفاوت، همانطور که قبلا ذکر شد، این است که محاسبه نه برای کسرهای مول، بلکه برای تعداد مول ها انجام می شود و به جای آنتالپی، انرژی داخلی مخلوط تازه و محصولات احتراق محاسبه می شود.

در جدول جدول 1.1 پارامترهای ترمودینامیکی محاسبه شده را برای مخلوط های استوکیومتری متان، پروپان، هگزان، هپتان، استون، ایزوپروپیل الکل و بنزن با هوا نشان می دهد.

جدول 1.1. حداکثر فشار انفجار آدیاباتیک در ظرف بسته، دمای محصولات احتراق، پارامترهای آدیابات مخلوط تازه و محصولات احتراق، ضریب انبساط محصولات احتراق در شرایط اولیه ایبرای مخلوط های هیدروکربنی استوکیومتری در

دمای اولیه = 298.15 K

کورولچنکو آ.یا. فرآیندهای احتراق و انفجار

غلظت استوکیومتری سوخت در حین احتراق در هوای با رطوبت متوسط ​​و در هوای خشک به ترتیب با فرمول های زیر تعیین می شود:

ضریب استوکیومتری اکسیژن کجاست برابر عددمول اکسیژن به ازای هر 1 مول ماده قابل احتراق در طی احتراق کامل آن.

فصل 1. مفاهیم اساسی تئوری احتراق

روشن برنج 1.3به عنوان مثال، تغییر محاسبه شده در دمای احتراق و کسر مولی اجزای اصلی محصولات احتراق بسته به غلظت حجمی سوخت برای مخلوط هگزان-هوا نشان داده شده است.

برنج. 1.3. وابستگی ترکیب و دمای محصولات احتراق

مخلوط هگزان-هوا در فشار 0.101 مگاپاسکال و دمای اولیه

298.15 کلوین از غلظت هگزان

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 اجزا:

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 تجمع ماده قابل احتراق، احتراق گازها، مایعات، مواد جامد گرد و غبار و فشرده متمایز می شود.

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 اشتعال خودکار). 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 در 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) - 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 اولیه تنباکو. 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 می افتد که اکسیژن به اندازه کافی در ناحیه احتراق پخش نمی شود و می تواند حتی با مقدار بسیار کمی اکسیژن (1-2٪) 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 لایه های تازه یک ماده سیاه رنگ 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 یک لایه گرد و غبار به همان روشی که در حالت فشرده اتفاق می افتد، فقط به دلیل افزایش سطح تماس با هوا، سرعت سوختن افزایش می یابد.

احتراق مواد گرد و غبار به شکل تعلیق هوا (ابر گرد و غبار) می تواند به صورت 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، آنها متمایز می شوند:

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 مایعات و بسیاری از مواد جامد که از آنها بخارات یا گازها (مواد فرار) آزاد می شود، در فاز گاز اتفاق می افتد. 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 جامد حضور 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 آنجایی که سرعت واکنش شیمیایی در ناحیه احتراق در انواع احتراق مورد بررسی به سرعت ورود اجزای واکنش دهنده و سطح شعله از طریق انتشار مولکولی یا جنبشی بستگی دارد، 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 می شود.

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 به نوبه خود باعث افزایش سرعت حرکت گاز و غیره می شود. بنابراین، سرعت انتشار شعله تا صدها متر در ثانیه افزایش می‌یابد.

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 گاز 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 ای که احتراق انفجاری رخ می دهد. برای گازها طول این بخش از 1 تا 10 متر است.

بر اساس مثال های در نظر گرفته شده، بسته به وضعیت تجمع مخلوط سوخت و اکسید کننده، یعنی. بسته به تعداد فازهای مخلوط، آنها متمایز می شوند:

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 مایعات و بسیاری از مواد جامد که از آنها بخارات یا گازها (مواد فرار) آزاد می شود، در فاز گاز اتفاق می افتد. 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.

پایان کار -

این موضوع متعلق به بخش:

مبانی نظری احتراق و انفجار

در و لهجه در m نجار و در کاراتای.. مبانی نظریسوختن و انفجار..

اگر نیاز دارید مواد اضافیدر مورد این موضوع، یا آنچه را که به دنبال آن بودید پیدا نکردید، توصیه می کنیم از جستجو در پایگاه داده آثار ما استفاده کنید:

با مطالب دریافتی چه خواهیم کرد:

اگر این مطالب برای شما مفید بود، می توانید آن را در صفحه خود در شبکه های اجتماعی ذخیره کنید:

تمامی موضوعات این بخش:

خواص گازها
معادله اصلی نظریه جنبشی گازها به شکل زیر است: , (2.1) که در آن: WK

خواص مخلوط گازها
هنگام در نظر گرفتن مخلوط گازها، مفاهیم زیر اضافه می شود: "تمرکز" و "فشار جزئی".

1. وزن غلظت Ci گاز i-امین موجود در
فشار و حجم جزئی

فشار نیرویی است که بر یک سطح واحد وارد می شود. با تعداد مولکول هایی که با این سطح برخورد می کنند نسبت مستقیم دارد. فشار نه تنها به تعداد مولکول ها، بلکه به سرعت و
خواص مایعات

تا اینجا گازها را در نظر گرفتیم. اما همین ماده، بسته به رابطه بین میانگین جنبشی و انرژی پتانسیل متوسط ​​ذرات، می تواند در یکسان باشد.
خواص گازهای مایع

مایع سازی گازها با سرد کردن آنها در زیر نقطه جوش انجام می شود. روش صنعتی مایع سازی گاز مبتنی بر استفاده از اثر مثبت ژول تامپسون است.
خواص مواد جامد حرارت بالاجامد

منجر به ذوب و انتقال به حالت مایع و سپس تبخیر به گاز می شود. تعدادی از جامدات می توانند مستقیماً از فاز جامد به g بروند
شیمی واکنش های احتراق

همانطور که قبلاً فهمیدید، احتراق یک واکنش شیمیایی سریع است که با انتشار گرما و درخشش (شعله) همراه است. معمولاً این یک واکنش اکسیداتیو گرمازا است
اثر حرارتی واکنش

این واقعیت که هر ماده حاوی مقدار معینی انرژی است، اثرات حرارتی واکنش های شیمیایی را توضیح می دهد.
طبق قانون هس: اثر حرارتی

اساس جنبشی واکنش های گازی
طبق قانون عمل جرم، سرعت واکنش در دمای ثابت با غلظت مواد واکنش دهنده یا به قول آنها "جرم های فعال" متناسب است.

سرعت واکنش شیمیایی
انرژی فعال سازی واکنش

برای توضیح این پدیده، اغلب از مثال زیر استفاده می شود (شکل 9): یک توپ روی سکو قرار دارد. سایت در مقابل اسلاید قرار دارد. بنابراین، توپ می تواند خود به خود پایین بیاید
کاتالیزور علاوه بر افزایش دما و غلظت مواد، از کاتالیزورها برای تسریع واکنش شیمیایی استفاده می شود. موادی که به مخلوط واکنش وارد می شوند،جذب

جذب سطحی - جذب سطحی هر ماده از یک محیط گازی یا محلول
لایه سطحی

ماده دیگری - مایع یا جامد.
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،
احتراق معمولی

بسته به سرعت انتشار شعله در طی احتراق جنبشی، احتراق معمولی (در چند متر بر ثانیه) یا شعله‌زدایی انفجاری (
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 با دیواره های ظرف و تغییرات آن است.
شاخص های عمومی برای مواد قابل اشتعال و انواع احتراق

شاخص های کلی برای هر گونه مواد و انواع احتراق عبارتند از: 1) گروه اشتعال پذیری توانایی یک ماده یا ماده برای سوختن است. با توجه به اشتعال پذیری مواد و مواد
و مخلوط گرد و غبار و هوا شاخص های مواد منفجره وخطر آتش سوزی

گازها، بخار مایعات و مخلوط گرد و غبار و هوا (ابر گرد و غبار) عبارتند از: 1) حد غلظت پایین و بالای اشتعال (ras)
مواد برجسته

شاخص های خطر آتش سوزی در حین احتراق انتشاری مواد جامد و گرد و غبار ته نشین شده عبارتند از: 1) دمای خود گرمایش - این کمترین دما است.
خود اشتعال حرارتی (انفجار حرارتی)

اشتعال خود به خودی پدیده ای از افزایش شدید سرعت واکنش های گرمازا است که منجر به وقوع خود به خود احتراق یک ماده در غیاب سوخت می شود.
احتراق خود به خود

احتراق خود به خودی فرآیندی از اکسیداسیون در دمای پایین مواد پراکنده است که به سوختن یا احتراق شعله ور ختم می شود. تمایل مواد به احتراق خود به خود
خودسوزی زنجیره ای (انفجار زنجیره ای)

بر اساس نظریه آرنیوس، سرعت واکنش های شیمیایی توسط تعداد مولکول های دارای انرژی فعال سازی تعیین می شود. با این حال، خود گرم شدن یک مخلوط قابل احتراق در طول یک واکنش گرمازا به دلیل هفته ها
احتراق

اشتعال فرآیند شروع منبع اولیه احتراق در یک مخلوط قابل احتراق با وارد کردن یک منبع انرژی حرارتی با دمای بالا به مخلوط از خارج است. مبدا
تئوری حرارتی احتراق

در آدیاباتیک، یعنی. احتراق با تلفات حرارتی همراه نیست، کل منبع انرژی شیمیایی سیستم قابل احتراق به انرژی حرارتی محصولات واکنش تبدیل می شود. دما p
احتراق در حجم بسته

هنگامی که گازها در یک لوله باز و در یک جریان می سوزند، محصولات واکنش آزادانه منبسط می شوند، فشار تقریبا ثابت می ماند. احتراق در یک ظرف بسته با افزایش فشار همراه است.
انبساط گازها در شعله (طبق قانون گی لوساک) منجر به این واقعیت می شود که احتراق همیشه با حرکت گازها همراه است. بگذارید چگالی محیط اصلی را با ρg نشان دهیم،

عوامل شتاب احتراق
حالت‌های مختلف احتراق دمنده فقط در سرعت انتشار شعله به دلیل توسعه نابرابر سطح جلوی شعله متفاوت است. در ابتدا می سوزد

شرایط انفجار
همانطور که قبلا متوجه شدیم، انفجار یک تبدیل شیمیایی یا فیزیکی یک ماده است که با انتقال بسیار سریع انرژی آن به انرژی فشرده سازی و حرکت ماده اولیه همراه است.

امواج شوک در یک گاز بی اثر
فشرده سازی شوک با هر افزایش ناگهانی فشار در یک گاز یا مایع، یک موج فشرده سازی رخ می دهد - یک موج ضربه. از طریق یک محیط فشرده پخش می شود و آن را منتقل می کند

احتراق در هنگام فشرده سازی سریع
یک محیط قابل اشتعال نه تنها در صورت وارد شدن به ظرف گرم شده می تواند مشتعل شود. حالت دیگری از اشتعال نیز امکان پذیر است، نه دیگر خود به خود، بلکه اجباری - هنگام گرم کردن محیط قابل اشتعال در ظرف

وقوع انفجار
تسریع احتراق در لوله ها برای وقوع انفجار، یک موج ضربه ای قوی مورد نیاز است که در آن گرمایش کافی از محیط انفجاری رخ می دهد. تاکا

حالت ثابت انتشار انفجار
یک موج شوک به اندازه کافی قوی می تواند باعث اشتعال محیط انفجاری گرم شده توسط آن شود. با این حال، احتراق ناشی از یک پالس فشرده سازی می تواند ناپایدار باشد. چه زمانی

دژنراسیون انفجاری
محدودیت غلظت انفجار تلفات حرارتی از ناحیه واکنش موج انفجار در دیوارها منجر به انحراف از قوانین انفجار تعیین شده در

سوخت مخلوط هوا مخلوط اکسیژن
СН4 4.1 0.35 Н2 0.80 0.30 С2Н2 0.85 0.08 زبری دیوار لوله می تواند

محدودیت های غلظت گسترش شعله
از تئوری احتراق چنین برمی‌آید که با کاهش محتوای جزء از دست رفته مخلوط قابل احتراق و همراه با آن دمای احتراق، سرعت معمولی شعله کاهش می‌یابد. توضیح داد

کاهش شعله در کانال های باریک
اگر نقش اصلی در تضعیف شعله با حذف گرما توسط تشعشع ایفا شود، که حدود انتشار شعله را تعیین می کند، در این صورت برای مخلوط های گازی سریع سوز، تلفات تابش اندک است.

مکانیسم بلغم سازی برای مخلوط های انفجاری
روش حصول اطمینان از ایمنی انفجار به طور گسترده ای استفاده می شود که بر اساس کاهش غلظت سوخت زیر حد غلظت پایین است. برای آغوشش

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:راهنمای مترجم فنی - وضعیت هتروژنین دگیماس T sritis chemija apibrėžtis Skysčio ar kietosios medžiagos degimas. atitikmenys: انگلیسی. rus احتراق ناهمگن احتراق ناهمگن ...

ببینید "احتراق ناهمگن" در فرهنگ های دیگر چیست: Chemijos terminų aiškinamasis žodynas - 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 žodynasاحتراق - 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... ...- (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

Aiškinamasis šiluminės ir branduolinės technikos terminų žodynas- واکنش گرمازا اکسیداسیون یک ماده قابل اشتعال که معمولاً با تشعشعات الکترومغناطیسی قابل مشاهده و انتشار دود همراه است. 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. مبانی نظری فرآیندهای احتراق ذرات در نظر گرفته شده است سوخت های جامدکه نه تنها شامل سوخت های هیدروکربنی سنتی حاوی کربن، بلکه ذرات فلزی است که...

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.

احتراق همگن، ناهمگن و انتشار وجود دارد.

احتراق همگن به احتراق گازهای از پیش مخلوط شده اشاره دارد. نمونه های متعدد احتراق همگن فرآیندهای احتراق گازها یا بخارها هستند که در آنها عامل اکسید کننده اکسیژن اتمسفر است: احتراق مخلوط هیدروژن، مخلوط مونوکسید کربن و هیدروکربن ها با هوا. در موارد عملا 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 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 مواد جامد) و با فرآیند اختلاط اتفاق می‌افتد.

ساده ترین مثال احتراق انتشاری، احتراق گاز طبیعی در یک مشعل گازی است. 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 ماکرومیکس، میزان احتراق با فرآیندهای ریز اختلاط در حجم های کوچک سوخت و هوا تعیین می شود.

احتراق ناهمگن در فصل مشترک فاز 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، 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 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.