اگر مدت زمان واکنش شیمیایی و مرحله فیزیکی فرآیند احتراق با هم قابل مقایسه باشند، احتراق به اصطلاح در آن صورت می گیرد. منطقه میانی،که در آن سرعت سوختن تحت تأثیر عوامل شیمیایی و فیزیکی است.

احتراق هر ماده ای در فاز گاز یا بخار اتفاق می افتد. هنگامی که گرم می شود، مواد قابل احتراق مایع و جامد به حالت دیگری - گاز یا بخار منتقل می شوند و پس از آن مشتعل می شوند. با احتراق حالت پایدار، منطقه واکنش به عنوان منبع احتراق برای بقیه مواد قابل احتراق عمل می کند.

ناحیه ای از یک محیط گازی که در آن یک واکنش شیمیایی شدید باعث درخشندگی و انتشار گرما می شود، نامیده می شود. شعله... شعله یک تظاهر خارجی از واکنش های شدید اکسیداسیون یک ماده است. هنگام سوزاندن مواد جامد، وجود شعله ضروری نیست. یکی از انواع احتراق مواد جامد - دود شدن(احتراق بدون شعله)، که در آن واکنش های شیمیایی با سرعت کم انجام می شود، درخشش قرمز و انتشار حرارت ضعیف غالب است. احتراق شعله انواع مواد و مواد قابل احتراق در هوا زمانی امکان پذیر است که میزان اکسیژن در منطقه آتش کمتر از 14 درصد حجمی نباشد و دود شدن مواد جامد قابل احتراق تا 6 درصد ادامه یابد.

بنابراین، احتراق یک فرآیند فیزیکوشیمیایی پیچیده است.

نظریه مدرن احتراق بر اساس مفاد زیر است. ماهیت احتراق بازگشت الکترون های ظرفیت به عامل اکسید کننده به مواد اکسید کننده است. در نتیجه انتقال الکترون ها، ساختار سطح الکترونیکی خارجی (ظرفیت) اتم تغییر می کند. در این حالت، هر اتم در شرایط داده شده به پایدارترین حالت می رسد. در فرآیندهای شیمیایی، الکترون‌ها می‌توانند به طور کامل از لایه الکترونی یک نوع اتم به پوسته اتم دیگری منتقل شوند. بیایید به چند مثال نگاهی بیندازیم تا ایده ای از این فرآیند به دست آوریم.

بنابراین، وقتی سدیم در کلر می سوزد، اتم های سدیم یک الکترون به اتم های کلر می دهند. در این حالت، هشت الکترون در سطح الکترونیکی خارجی اتم سدیم (یک ساختار پایدار) ظاهر می شود و اتم با از دست دادن یک الکترون، به یون مثبت تبدیل می شود. برای یک اتم کلر که یک الکترون دریافت کرده است، سطح بیرونی با هشت الکترون پر می شود و اتم به یون منفی تبدیل می شود. در نتیجه عمل نیروهای الکترواستاتیک، یونهای دارای بار مخالف به یکدیگر نزدیک می شوند و یک مولکول کلرید سدیم تشکیل می شود (پیوند یونی).

Na + + C1 - → Na + C1 -

در فرآیندهای دیگر، به نظر می‌رسد که الکترون‌های لایه‌های بیرونی دو اتم مختلف به «استفاده مشترک» می‌روند و در نتیجه اتم‌ها را به سمت مولکول‌ها می‌کشند (پیوند کووالانسی).

H ∙ + C1: → H: C1:

اتم ها می توانند یک یا چند الکترون را برای «استفاده مشترک» اهدا کنند.

به عنوان مثال، شکل 2 نموداری از تشکیل یک مولکول متان از یک اتم کربن و چهار اتم هیدروژن را نشان می دهد. چهار الکترون از اتم های هیدروژن و چهار الکترون از سطح الکترونیکی بیرونی اتم کربن به طور معمول استفاده می شوند، اتم ها "با هم" به یک مولکول کشیده می شوند.

شکل 2. نمودار تشکیل مولکول متان

تئوری احتراق تاریخ خاص خود را دارد. در میان دانشمندانی که فرآیندهای احتراق را مورد مطالعه قرار داده اند، باید به A.N. باخ و K.O. انگلر، که نظریه اکسیداسیون پراکسید را توسعه داد، که بر اساس آن وقتی یک سیستم قابل احتراق گرم می شود، یک مولکول اکسیژن با شکستن یک پیوند بین اتم ها فعال می شود.

مولکول فعال مولکول

مولکول اکسیژن فعال به راحتی وارد یک ترکیب با یک ماده قابل احتراق می شود و ترکیبی از نوع R-O-O-R (پراکسید) و R-O-O-H (هیدروپراکسید) را تشکیل می دهد. در اینجا R نماد رادیکال است. رادیکال ها ذرات (اتم ها یا گروه های اتمی) با الکترون های جفت نشده هستند، به عنوان مثال، و غیره. نمونه ای از چنین واکنشی:

CH 4 + -O-O- → -O-O-

متیل هیدروپراکسید

انرژی شکستن پیوند -O-O- در پراکسیدها و هیدروپراکسیدها بسیار کمتر از مولکول اکسیژن O2 است، بنابراین آنها بسیار واکنش پذیر هستند. هنگامی که گرم می شوند، به راحتی با تشکیل مواد یا رادیکال های جدید تجزیه می شوند. این باعث تولید گرما می شود.

توسعه بیشتر تئوری احتراق با کارهای N.N. سمنوف که خلق کرد تئوری واکنش های زنجیره ای احتراق،که امکان نفوذ عمیق‌تر به فیزیک پدیده و توضیح حالت‌های مختلف احتراق، از جمله خوداشتعالی، احتراق deflagration و احتراق منجر به انفجار را ممکن می‌سازد. علاوه بر این، تفاوت بین مفهوم مدرن مکانیسم احتراق و تئوری پراکسید این است که فاز اولیه فرآیند فعال شدن مولکول های اکسیژن نیست، بلکه فعال شدن مولکول های ماده اکسید کننده است.

ساختار شعله انتشار در بالای سطح مایع قابل احتراق، مکانیسم و ​​سرعت انتشار آن.

ساختار شعله انتشار بالای آینه مایع قابل احتراق تقریباً یکسان است. تنها تفاوت این است که بخارات قابل احتراق که از سطح مایع می آیند دارای ذخیره اولیه انرژی جنبشی مانند جت گاز نیستند و قبل از احتراق با محیط گازی اطراف مخلوط می شوند نه به دلیل انرژی جنبشی جریان گاز در جریان. ، اما آهسته تر با مکانیسم انتشار همرفتی و مولکولی ... اما اگر منبع احتراق به مخلوط بخار-هوای تشکیل‌شده آورده شود، شعله‌ای ظاهر می‌شود که نسبت گاز و جریان گرما را در بالای آینه مایع تغییر می‌دهد: محصولات احتراق داغ، به عنوان سبک‌تر، به سمت بالا حرکت می‌کنند و تازه می‌شوند. هوای سرد از فضای اطراف به جای آنها وارد می شود که باعث رقیق شدن بخارات مایع قابل اشتعال می شود. از مشعل شعله تا آینه مایع، جریان تابشی از انرژی حرارتی می آید که به گرم کردن لایه های سطحی مایع می رود و با گرم شدن آنها، روند تبخیر آن را تشدید می کند.

اگر مایع قبل از احتراق دمایی به طور قابل توجهی بالاتر از دمای احتراق داشته باشد، احتراق مایع بالای مخزن یا مایع ریخته شده تشدید می شود، پیشرفت می کند، اندازه شعله بزرگ می شود. بر این اساس، شدت شار گرمای تابشی به سطح مایع افزایش می‌یابد، فرآیند تبخیر تشدید می‌شود، شدت جریان گاز همرفتی در اطراف شعله افزایش می‌یابد، از طرفین بیشتر فشرده می‌شود و شکل مخروطی به خود می‌گیرد که افزایش می‌یابد. اندازه. با احتراق بیشتر، شعله به یک رژیم احتراق متلاطم تبدیل می‌شود و تا زمانی که رژیم تعادل حرارتی و دینامیکی گاز برقرار شود، رشد خواهد کرد. حداکثر دمای شعله انتشار متلاطم اکثر مایعات قابل اشتعال از 1250-1350 درجه سانتیگراد تجاوز نمی کند.

انتشار احتراق بر روی سطح آینه مایع به سرعت تشکیل مخلوط قابل احتراق توسط مکانیسم انتشار مولکولی و همرفتی بستگی دارد. بنابراین، برای مایعاتی که دمای آنها کمتر از دمای احتراق است، این سرعت کمتر از 0.05 متر بر ثانیه است و برای مایعاتی که بالاتر از دمای احتراق گرم می شوند، به 0.5 متر در ثانیه یا بیشتر می رسد.

بنابراین، سرعت انتشار شعله روی سطح یک مایع قابل احتراق عمدتاً به دمای آن بستگی دارد.

اگر دمای مایع در نقطه اشتعال یا بالاتر از آن باشد، ممکن است احتراق رخ دهد. در ابتدا شعله کوچکی بر روی سطح مایع ایجاد می شود که سپس به سرعت ارتفاع آن افزایش می یابد و پس از مدت کوتاهی به حداکثر مقدار خود می رسد. این نشان می دهد که انتقال حرارت و جرم مشخصی بین منطقه احتراق و سطح مایع برقرار شده است. انتقال حرارت از منطقه احتراق به لایه سطحی مایع توسط تابش و هدایت حرارتی از طریق دیواره های ظرف انجام می شود. هیچ جریان همرفتی وجود ندارد، زیرا جریان بخار در شعله به سمت بالا هدایت می شود، یعنی. از سطحی با حرارت کمتر به سطحی با حرارت بیشتر. مقدار حرارت انتقال یافته به مایع از ناحیه احتراق متغیر است و به دمای شعله، شفافیت شعله، شکل آن و غیره بستگی دارد.

مایع مقداری از گرما را از دیواره مخزن دریافت می کند. این بخش از گرما می تواند زمانی که سطح مایع در مخزن کم است و همچنین هنگامی که شعله روی دیواره بیرونی مخزن شسته می شود قابل توجه باشد. گرمای درک شده توسط مایع بیشتر صرف تبخیر و گرم کردن آن می شود و مقداری از گرما توسط مایع در محیط از بین می رود:

Q = q 1 + q 2 + q 3

که در آن Q مقدار گرمای دریافتی مایع از شعله، kJ / (m2 -s) است.

q 1 - مقدار حرارت از دست رفته توسط مایع به محیط، kJ / (m 2 -s)؛

q 2 - مقدار گرمای صرف شده برای تبخیر مایع، kJ / (m2 s)؛

qz - مقدار گرمایی که برای گرم کردن مایع صرف می شود، kJ / (m 2 -s).

اگر قطر مخزن به اندازه کافی بزرگ باشد، می توان از مقدار q1 در مقایسه با q 2 و q 3 صرف نظر کرد:

Q = q 2 + q 3 = rlс + cpс (T-T 0) u.

جایی که r گرمای تبخیر مایع، کیلوژول بر کیلوگرم است.

Ср ظرفیت گرمایی مایع، kJ / (kg K) است.

p چگالی مایع، mg / m 3 است.

T دمای سطح مایع، K است.

T 0 - دمای اولیه مایع K؛

u - نرخ رشد لایه مایع گرم شده، m / s؛

l سرعت خطی فرسودگی مایعات، m/s است.

اگر یک مایع جداگانه می سوزد، ترکیب فاز بخار آن با ترکیب مایع متفاوت نیست. اگر مایعی با ترکیب پیچیده (مخلوط) بسوزد، تقطیر جزئی در لایه بالایی آن انجام می شود و ترکیب فاز کروی با ترکیب فاز مایع متفاوت است. این مخلوط ها شامل روغن و تمام فرآورده های نفتی است. در طی احتراق آنها، تبخیر کسری عمدتاً کم جوش رخ می دهد که در نتیجه فاز مایع ترکیب خود را تغییر می دهد و با آن فشار بخار، وزن مخصوص، ویسکوزیته و سایر خواص تغییر می کند. جدول 3.1 تغییر خواص روغن کراچوخور را در لایه سطحی هنگام سوختن در مخزنی به قطر 1.4 متر نشان می دهد.

جدول 1.11.1

تغییرات در خواص روغن کراچوخور در حین احتراق

مطابق جدول 1.11.1 به دلیل فرسودگی کسرهای کم جوش، چگالی محصول باقی مانده افزایش می یابد. همین امر در مورد ویسکوزیته، نقطه اشتعال، محتوای رزین و نقطه جوش صادق است. با سوختن روغن فقط رطوبت آن کاهش می یابد. سرعت تغییر این خواص در حین احتراق در مخازن با قطرهای مختلف یکسان نیست. در مخازن با قطر زیاد به دلیل افزایش همرفت و ضخامت لایه مایع درگیر در هم زدن، سرعت تغییر این خواص کاهش می یابد. تغییر در ترکیب کسری فرآورده های نفتی که در لایه بالایی رخ می دهد منجر به تغییر تدریجی لایه در ضخامت محصول روغن گرم شده می شود.

اگر از قانون اول D.P استفاده کنیم. کونوولوف، نتیجه گیری در مورد احتراق مخلوط ها را می توان به صورت زیر فرموله کرد: مخلوطی از دو مایع در حین احتراق با آن اجزاء غنی می شود که افزودن آنها به مایع فشار بخار بالای آن را کاهش می دهد (یا نقطه جوش را افزایش می دهد). این نتیجه برای مخلوط هایی که تعداد اجزای آنها بیش از دو باشد نیز معتبر است.

در حین احتراق مخلوط مایعات قابل اشتعال و برخی از مایعات قابل احتراق با آب در نتیجه تقطیر جزئی، درصد آب در فاز مایع دائماً افزایش می یابد که منجر به افزایش وزن مخصوص مخلوط در حال سوختن می شود. این پدیده برای مخلوط هایی که در آن جزء قابل احتراق دارای نقطه جوش زیر نقطه جوش آب است (متیل، اتیل الکل ها، دی اتیل اتر، استون و غیره) معمول است. با احتراق طولانی مدت چنین مخلوط های مایع، به دلیل افزایش آب در آنها، لحظه ای فرا می رسد که احتراق متوقف می شود، اگرچه هنوز همه مخلوط نسوخته است.

مخلوطی از مایعات قابل اشتعال با آب، زمانی که نقطه جوش مایع بالاتر از نقطه جوش آب باشد، در هنگام احتراق تا حدودی رفتار متفاوتی از خود نشان می دهد. درصد آب در فاز مایع افزایش نمی یابد، بلکه کاهش می یابد. در نتیجه مخلوط کاملا میسوزد. به این ترتیب مخلوط اسید استیک و آب می سوزد.

در طی احتراق فرآورده های نفتی، نقطه جوش آنها (به جدول 1.11.1 مراجعه کنید) به تدریج به دلیل تقطیر کسری مداوم افزایش می یابد که در ارتباط با آن دمای لایه بالایی نیز افزایش می یابد. شکل 1.11.1 تغییر دمای سطح را نشان می دهد

شکل 1.11.1

در دمای پایین مایع، انتقال حرارت از شعله به مایع نقش بسزایی در انتشار شعله دارد. شعله سطح مایع مجاور آن را گرم می کند، فشار بخار بالای آن افزایش می یابد، یک مخلوط قابل احتراق تشکیل می شود که هنگام احتراق، می سوزد.

شعله جابجا شده بخش بعدی سطح مایع را گرم می کند و غیره.

وابستگی سرعت حرکت شعله بر روی سطح مایع به دما در شکل 1.11.2 نشان داده شده است.

هنگامی که دمای مایع کمتر از نقطه اشتعال است، سرعت حرکت شعله کند است.

با افزایش دمای مایع افزایش می یابد و با سرعت انتشار شعله از طریق مخلوط بخار و هوا در دمای مایع بالاتر از نقطه اشتعال یکسان می شود.

شکل 1.11.2 تغییر در سرعت حرکت شعله روی سطح مایعات بسته به دما: 1- ایزوآمیل الکل، 2 - الکل بوتیل، 3 - الکل اتیلیک، 4 - تولوئن

فرآیند احتراق به شرایط زیادی بستگی دارد که مهمترین آنها عبارتند از:

· ترکیب مخلوط قابل احتراق.

· فشار در ناحیه احتراق.

· دمای واکنش.

· ابعاد هندسی سیستم.

وضعیت کل سوخت و اکسید کننده و غیره

بسته به وضعیت تجمع سوخت و اکسید کننده، انواع احتراق زیر متمایز می شود:

· همگن؛

· ناهمگون؛

· احتراق مواد منفجره.

احتراق همگن در سیستم های قابل احتراق گازی یا بخاری رخ می دهد (شکل 1.1) (سوخت و اکسید کننده به طور یکنواخت با یکدیگر مخلوط می شوند).

از آنجایی که فشار جزئی اکسیژن در منطقه احتراق (برابر) نزدیک به صفر است، اکسیژن کاملا آزادانه به منطقه احتراق نفوذ می کند (عملاً در آن است)، بنابراین، نرخ احتراق عمدتاً با سرعت واکنش شیمیایی تعیین می شود. که با افزایش دما افزایش می یابد. چنین احتراق (یا احتراق چنین سیستم هایی) جنبشی نامیده می شود.

شکل 1.1. نمودار فرآیند احتراق بخارات یا گازها

زمان احتراق کل به طور کلی با فرمول تعیین می شود

t р = t Ф + t Х،

که در آن t F زمان مرحله فیزیکی فرآیند (انتشار O 2 به کانون از طریق لایه) است. t X زمان مرحله شیمیایی (واکنش) است.

در احتراق سیستم های همگن (مخلوط بخارها، گازها با هوا)، زمان مرحله فیزیکی فرآیند به طور غیرقابل مقایسه ای کمتر از سرعت وقوع واکنش های شیمیایی است، بنابراین t P »t X - سرعت توسط سینتیک واکنش شیمیایی و احتراق نامیده می شود جنبشی

در احتراق سیستم های شیمیایی ناهمگن، زمان نفوذ O 2 به ماده قابل احتراق از طریق محصولات احتراق (انتشار) به طور غیرقابل مقایسه ای طولانی تر از زمان واکنش شیمیایی است، بنابراین سرعت کلی فرآیند را تعیین می کند. t Р »t F. چنین احتراق نامیده می شود انتشار

نمونه هایی از احتراق انتشاری (شکل 1.2) احتراق زغال سنگ، کک (محصولات احتراق از انتشار اکسیژن به منطقه احتراق جلوگیری می کند) است.

شکل 1.2. طرح انتشار اکسیژن در ناحیه احتراق یک جامد

(احتراق ناهمگن)

غلظت اکسیژن در حجم هوا C 1 بسیار بیشتر از غلظت آن در نزدیکی منطقه احتراق C 0 است. در غیاب مقدار کافی O 2 در ناحیه احتراق، واکنش شیمیایی مهار می شود (و با سرعت انتشار تعیین می شود).

اگر مدت زمان واکنش شیمیایی و مرحله فیزیکی فرآیند با هم قابل مقایسه باشد، احتراق در یک منطقه میانی رخ می دهد (هر دو عامل فیزیکی و شیمیایی بر سرعت احتراق تأثیر می گذارند).

در دماهای پایین، سرعت واکنش ضعیفی به دما وابسته است (منحنی به آرامی بالا می رود). در دماهای بالا، سرعت واکنش به شدت افزایش می‌یابد (یعنی سرعت واکنش در ناحیه جنبشی عمدتاً به دمای مواد واکنش‌دهنده بستگی دارد).

سرعت واکنش اکسیداسیون (احتراق) در ناحیه انتشار با سرعت انتشار تعیین می شود و بسیار کمی به دما بستگی دارد. نقطه A انتقال از ناحیه جنبشی به ناحیه انتشار است (شکل 1.3).

فرآیند احتراق همه مواد و مواد، صرف نظر از وضعیت تجمع آنها، به عنوان یک قاعده، در فاز گاز اتفاق می افتد (مایع - تبخیر می شود، مواد قابل احتراق جامد محصولات فرار آزاد می کنند). اما احتراق جامدات ماهیت چند مرحله ای دارد. تحت تأثیر گرما - گرم شدن فاز جامد - تجزیه و انتشار محصولات گازی (تخریب، مواد فرار) - احتراق - گرما سطح جامد را گرم می کند - ورود بخش جدیدی از گازهای قابل احتراق (محصولات تخریب) - احتراق .

برنج. 1.3. وابستگی سرعت V سینتیک (1)

و انتشار (2) بر روی دما. نقطه A - انتقال

از ناحیه جنبشی تا انتشار

بسیاری از مواد جامد قابل احتراق (چوب، پنبه، کاه، پلیمرها) در ترکیب خود حاوی اکسیژن هستند. بنابراین برای احتراق آنها به حجم کمتری از اکسیژن در هوا نیاز است. و احتراق یک ماده منفجره (منفجره) عملاً به اکسید کننده خارجی نیاز ندارد.

بنابراین، احتراق مواد منفجره، خود انتشار ناحیه واکنش گرمازا تجزیه آن یا برهمکنش اجزای آن از طریق انتقال گرما از لایه ای به لایه دیگر است.

نرخ احتراق انتشار به فرآیندهای اختلاط انتشار بستگی دارد. در این حالت، در شرایط احتراق ناهمگن، تبخیر سوخت مایع یا تجزیه تبخیر سوخت جامد توده یا پودر شده نیز ضروری است. برای تشدید احتراق انتشاری از آشفته (شعله) استفاده می شود.
همچنین ببینید:
-
-
-
-

فرهنگ لغت دایره المعارف متالورژی. - M .: مهندسی اینترمت. سردبیر N.P. لیاکیشف. 2000 .

ببینید "احتراق انتشار" در فرهنگ های دیگر چیست:

احتراق انتشاری- برهمکنش سوخت و اکسید کننده، زمانی که سوختن همزمان اتفاق می افتد. با تصاویر مخلوط قابل احتراق سرعت d.G به فرآیندهای اختلاط انتشار بستگی دارد. در این حالت در شرایط احتراق ناهمگن لازم است. اتمیزه شدن و تبخیر مایع ... ... راهنمای مترجم فنی

احتراق انتشاری- difuzinis degimas statusas T sritis Energetika apibrėžtis Degimas, kai degieji cheminių medžiagų komponentai ir oksidatorius į degimo kamerą tiekiami atskirai, joje maišosi difuziškai ir degimo tručio. آتیتیکمنیس ... Aiškinamasis šiluminės ir branduolinės technikos terminų žodynas

احتراق- مسابقات ... ویکی پدیا

احتراق- فیزیکی شیمی فرآیندی که در آن تبدیل به va با آزاد شدن شدید انرژی و تبادل گرما و جرم با محیط همراه است. برخلاف انفجار و انفجار، با سرعت کمتری پیش می رود و با تشکیل موج ضربه ای همراه نیست ... دایره المعارف شیمی

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

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

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

احتراق مواد قابل احتراق مایع و جامد در یک اکسید کننده گازی. برای احتراق ناهمگن مواد مایع، فرآیند تبخیر آنها از اهمیت بالایی برخوردار است. احتراق ناهمگن مواد قابل احتراق بسیار فرار ... ... فرهنگ لغت دایره المعارف متالورژی

فعل و انفعال شیمیایی سوخت و اکسید کننده، پیش مخلوط شده به شکل یک مخلوط قابل احتراق در مخلوط کن دستگاه سوخت سوز. سرعت احتراق جنبشی توسط سینتیک واکنش اکسیداسیون سوخت تعیین می شود. نگاه کن…… فرهنگ لغت دایره المعارف متالورژی

احتراق- سوزاندن کبریت سوزاندن سدیم احتراق یک فرآیند فیزیکوشیمیایی پیچیده برای تبدیل اجزای یک مخلوط قابل احتراق به محصولات احتراق با انتشار تابش گرما، نور و انرژی تابشی است. شما می توانید تقریباً ماهیت احتراق را خشونت آمیز توصیف کنید ... ویکی پدیا

احتراق همگن و ناهمگن.

بر اساس مثال های در نظر گرفته شده، بسته به حالت کل مخلوط سوخت و اکسید کننده، یعنی. از تعداد فازهای مخلوط، آنها متفاوت هستند:

1. احتراق همگنگازها و بخارات مواد قابل احتراق در محیط یک اکسید کننده گازی. بنابراین، واکنش احتراق در یک سیستم متشکل از یک فاز (وضعیت تجمع) انجام می شود.

2. احتراق ناهمگنمواد جامد قابل احتراق در محیط یک اکسید کننده گازی. در این حالت، واکنش در سطح مشترک ادامه می یابد، در حالی که واکنش همگن در کل حجم ادامه می یابد.

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

احتراق تمام مایعات و بسیاری از جامدات که از آنها بخارات یا گازها (مواد فرار) ساطع می شود، در فاز گاز صورت می گیرد. فاز جامد و مایع نقش مخازن محصولات واکنش دهنده را ایفا می کنند.

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

با توجه به درجه آماده سازی مخلوط قابل احتراق، انتشار و احتراق جنبشی متمایز می شوند.

انواع احتراق در نظر گرفته شده (به جز مواد منفجره) به احتراق انتشار مربوط می شود. شعله، یعنی منطقه احتراق مخلوط سوخت با هوا، برای اطمینان از پایداری، باید دائماً با سوخت و اکسیژن موجود در هوا تغذیه شود. جریان گاز قابل احتراق فقط به سرعت عرضه آن به منطقه احتراق بستگی دارد. سرعت جریان یک مایع قابل احتراق به شدت تبخیر آن بستگی دارد، یعنی. بر فشار بخار بالای سطح مایع و در نتیجه بر روی دمای مایع. دمای اشتعالبه پایین ترین دمای مایعی گفته می شود که در آن شعله بالای سطح آن خاموش نشود.

احتراق جامدات با احتراق گازها با حضور مرحله ای از تجزیه و تبدیل به گاز و به دنبال آن اشتعال فرآورده های پیرولیز فرار متفاوت است.

پیرولیزحرارت دادن مواد آلی به دمای بالا بدون دسترسی به هوا است. در این حالت، تجزیه، یا تقسیم، ترکیبات پیچیده به ترکیبات ساده‌تر اتفاق می‌افتد (کک‌سازی زغال‌سنگ، ترک روغن، تقطیر خشک چوب). بنابراین، احتراق یک ماده قابل احتراق جامد در یک محصول احتراق تنها در منطقه شعله متمرکز نیست، بلکه دارای یک 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 می شود و فرآیند تکرار 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 مواد ذوب شده در این ناحیه ذوب می شوند. ضخامت منطقه به دمای رسانایی ماده بستگی دارد.

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

پیش شعله در فاز گاز، که در آن مخلوطی با یک عامل 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 در نظر گرفته شده به سرعت ورودی اجزای واکنش دهنده و سطح شعله توسط انتشار مولکولی یا جنبشی بستگی دارد، این نوع احتراق نامیده می شود. انتشار.

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

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

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، محصولات ناحیه دوم کاملاً می سوزند و حداکثر دمای شعله مشاهده می شود:

2CO + O 2 = 2CO 2;

ارتفاع شعله با ضریب انتشار و سرعت جریان گاز متناسب است 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 احتراق از پیش مخلوط شده با یک اکسید کننده. در این مورد، سرعت احتراق تنها به خواص فیزیکی و شیمیایی مخلوط قابل احتراق (رسانایی حرارتی، ظرفیت گرمایی، تلاطم، غلظت مواد، فشار و غیره) بستگی دارد. بنابراین، سرعت سوختن به طور چشمگیری 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 غیر ثابت است (شکل 19).

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

اگر چه، اگر گاز قابل احتراق را از قبل با هوا مخلوط کنید و آن را به مشعل وارد کنید، در حین احتراق یک شعله ثابت تشکیل می شود، مشروط بر اینکه سرعت تغذیه مخلوط برابر با سرعت انتشار شعله باشد.

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

با درجه احتراق، یعنی کامل بودن واکنش احتراق به محصولات نهایی، احتراق است کامل و ناقص.

بنابراین در منطقه 2 (شکل 18) احتراق ناقص است، زیرا اکسیژن به اندازه کافی تامین نمی شود 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: با کمبود اکسیژن، کربن به مونوکسید کربن می سوزد:

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

2CO + O 2 = 2CO 2.

سرعت سوختن به ماهیت حرکت گازها بستگی دارد. بنابراین احتراق آرام و آشفته از هم متمایز می شوند.

بنابراین، یک نمونه از احتراق آرام، شعله شمع در هوای بی حرکت 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 می شوند 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:

جایی که: تو- نرخ جریان گاز؛

n- ویسکوزیته جنبشی؛

ل- اندازه خطی مشخصه

عدد رینولدز که در آن انتقال یک لایه مرزی آرام به یک لایه متلاطم رخ می‌دهد، Re cr بحرانی، Re cr ~ 2320 نامیده می‌شود.

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