Fizikalni fenomeni navedeni u prethodnom odjeljku promatraju se u širokom spektru procesa koji se razlikuju i po prirodi kemijskih reakcija i po agregacijskom stanju tvari uključenih u izgaranje.

Razlikuju se homogeno, heterogeno i difuzijsko izgaranje.

Homogeno izgaranje uključuje prethodno pomiješane plinove. Brojni primjeri homogenog izgaranja su procesi izgaranja plinova ili para u kojima je oksidans atmosferski kisik: izgaranje smjesa vodika, smjesa ugljikovog monoksida i ugljikovodika sa zrakom. U praktično važnim slučajevima uvjet potpunog prethodnog miješanja nije uvijek zadovoljen. Stoga su uvijek moguće kombinacije homogenog izgaranja s drugim vrstama izgaranja.

Homogeno izgaranje može se ostvariti u dva režima: laminarnom i turbulentnom. Turbulencija ubrzava proces izgaranja zbog fragmentacije fronte plamena u zasebne fragmente i, sukladno tome, povećanja kontaktne površine reaktanata u slučaju turbulencije velikih razmjera ili ubrzanja procesa prijenosa topline i mase u plamenu fronta u slučaju turbulencije malih razmjera. Turbulentno izgaranje karakterizira samosličnost: turbulentni vrtlozi povećavaju brzinu izgaranja, što dovodi do povećanja turbulencije.

Svi parametri homogenog izgaranja očituju se iu procesu u kojem oksidacijsko sredstvo nije kisik, već drugi plinovi. Na primjer, fluor, klor ili brom.

Tijekom požara najčešći su difuzijski procesi izgaranja. U njima su svi reaktanti u plinovitoj fazi, ali nisu prethodno pomiješani. U slučaju izgaranja krutih tekućina, proces oksidacije goriva u plinovitoj fazi odvija se istovremeno s procesom isparavanja tekućine (ili razgradnje krutog materijala) i s procesom miješanja.

Najjednostavniji primjer difuzijskog izgaranja je izgaranje prirodnog plina u plinskom plameniku. Na požarištima se ostvaruje način turbulentnog difuzijskog izgaranja, kada je brzina gorenja određena brzinom turbulentnog miješanja.

Pravi se razlika između makromiksanja i mikromiksanja. Proces turbulentnog miješanja uključuje uzastopno drobljenje plina: na sve manje i manje volumene i njihovo međusobno miješanje. U posljednjoj fazi, konačno molekularno miješanje događa se molekularnom difuzijom, čija se brzina povećava kako se smanjuje razmjer fragmentacije. Po završetku makromiješanja, brzina izgaranja određena je procesima mikromiješanja unutar malih volumena goriva i zraka.

Heterogeno izgaranje događa se na sučelju. U ovom slučaju, jedna od reagirajućih tvari je u kondenziranom stanju, druga (obično atmosferski kisik) ulazi zbog difuzije plinske faze. Preduvjet za heterogeno izgaranje je vrlo visoko vrelište (ili razgradnja) kondenzirane faze. Ako ovaj uvjet nije zadovoljen, izgaranju prethodi isparavanje ili raspadanje. S površine struja pare ili plinovitih produkata raspadanja ulazi u zonu izgaranja, a izgaranje se događa u plinovitoj fazi. Takvo izgaranje može se pripisati difuzijskom kvaziheterogenom, ali ne i potpuno heterogenom, jer se proces izgaranja više ne odvija na granici faza. Razvoj takvog izgaranja provodi se zbog protoka topline od plamena do površine materijala, što osigurava daljnje isparavanje ili razgradnju i protok goriva u zonu izgaranja. U takvim situacijama nastaje mješoviti slučaj kada se reakcije izgaranja odvijaju djelomično heterogeno - na površini kondenzirane faze, djelomično homogeno - u volumenu plinske smjese.

Primjer heterogenog izgaranja je izgaranje ugljena i drvenog ugljena. Tijekom izgaranja ovih tvari odvijaju se dvije vrste reakcija. Neke vrste ugljena ispuštaju hlapljive komponente kada se zagrijavaju. Izgaranju takvih ugljena prethodi njihova djelomična termička razgradnja uz oslobađanje plinovitih ugljikovodika i vodika koji izgaraju u plinovitoj fazi. Osim toga, kada se čisti ugljik sagorijeva, može nastati ugljični monoksid CO, koji izgara u velikoj količini. Uz dovoljan višak zraka i visoku temperaturu površine ugljena, skupne reakcije odvijaju se toliko blizu površine da, u određenoj aproksimaciji, daje razlog da se takav proces smatra heterogenim.

Primjer istinski heterogenog izgaranja je izgaranje vatrostalnih nehlapljivih metala. Ovi se procesi mogu zakomplicirati stvaranjem oksida koji prekrivaju goruću površinu i sprječavaju kontakt s kisikom. Uz veliku razliku u fizikalno-kemijskim svojstvima između metala i njegovog oksida, oksidni film puca tijekom izgaranja, a osiguran je pristup kisika u zonu izgaranja.

Heterogeno izgaranje - tekuće i krute zapaljive tvari u plinovitom oksidansu. Za heterogeno izgaranje tekućih tvari od velike je važnosti njihovo isparavanje. Heterogeno izgaranje hlapivih zapaljivih tvari praktički se odnosi na homogeno izgaranje, jer takve zapaljive tvari imaju vremena potpuno ili gotovo potpuno ispariti prije paljenja. Veliku važnost u tehnici ima heterogeno izgaranje krutih goriva, uglavnom ugljena, koji također sadrže određenu količinu organskih tvari, koje se zagrijavanjem goriva razgrađuju i oslobađaju u obliku para i plinova. Toplinski nestabilan dio goriva obično se naziva hlapljivim i hlapljivim. Pri polaganom zagrijavanju uočava se jasna faza početka faze izgaranja - prvo hlapljive komponente i njihovo paljenje, zatim paljenje i izgaranje krutine, tzv. koksnog ostatka, koji osim ugljika sadrži mineralni dio goriva – pepeo.
Vidi također:
-
-
-
-

Enciklopedijski rječnik metalurgije. - M.: Intermet inženjering. Glavni urednik N.P. Lyakishev. 2000 .

Pogledajte što je "heterogeno izgaranje" u drugim rječnicima:

heterogeno izgaranje- Izgaranje tekućine i TV. zapaljive stvari u plinovitom. oksidans. Za tekuće tvari od velike je važnosti proces njihovog isparavanja. G. lako isparljivih zapaljivih stvari u praksi. odnosi se na homogeni grad, jer takve zapaljive stvari i prije ... ... Tehnički prevoditeljski priručnik

heterogeno izgaranje- heterogeninis degimas statusas T sritis chemija apibrėžtis Skysčio ar kietosios medžiagos degimas. atitikmenys: engl. heterogeno izgaranje rus. heterogeno izgaranje ... Chemijos terminų aiskinamasis žodynas

heterogeno izgaranje- heterogeninis degimas statusas T sritis Energetika apibrėžtis Degimas, kai reaguojančiosios medžiagos yra skirtingos agregatinės būsenos ir reakcija vyksta jų skirtingų fazių sąlyčio paviršiuose. atitikmenys: engl. heterogeno izgaranje vok.… … Aiškinamasis šiluminės ir branduolinės technikos terminų žodynas

Izgaranje- složena, brza kemijska transformacija, praćena oslobađanjem značajne količine topline i obično svijetlim sjajem (plamenom). U većini slučajeva G. se temelji na egzotermnim oksidativnim reakcijama tvari ... Velika sovjetska enciklopedija

Složena, brza kemijska transformacija tvari, kao što je gorivo, praćena oslobađanjem značajne količine topline i svijetlim sjajem (plamenom). U većini slučajeva osnova izgaranja je egzotermna ... ...

Izgaranje (reakcija)- (a. izgaranje, gorenje; n. Brennen, Verbrennung; f. izgaranje; i. izgaranje) reakcija oksidacije koja se brzo odvija, praćena oslobađanjem sredstva. količina topline; obično praćen blistavim sjajem (plamenom). U većini slučajeva… … Geološka enciklopedija

Izgaranje- egzotermna reakcija oksidacije zapaljive tvari, praćena, u pravilu, vidljivim elektromagnetskim zračenjem i emisijom dima. G. se temelji na međudjelovanju zapaljive tvari s oksidacijskim sredstvom, najčešće kisikom u zraku. Razlikovati…… Ruska enciklopedija zaštite rada

IZGARANJE- složeni kem. reakcija koja se odvija u uvjetima progresivnog samoubrzavanja povezanog s nakupljanjem topline ili katalizirajućim produktima reakcije u sustavu. Tijekom hidrotermalnog zagrijavanja mogu se postići visoke (do nekoliko tisuća K) temperature, a često postoji ... ... Fizička enciklopedija

IZGARANJE- složena, brzo protočna kem. transformacija praćena oslobađanjem topline. Obično se javlja u sustavima koji sadrže gorivo (npr. ugljen, prirodni plin) i oksidirajuće sredstvo (kisik, zrak itd.). Može biti homogen (unaprijed ... ... Veliki enciklopedijski politehnički rječnik

Izgaranje plinova i parovitih zapaljivih tvari u plinovitom oksidatoru. Za početak izgaranja potreban je početni energetski impuls. Razlikovati samostalno i prisilno paljenje ili paljenje; normalno se širi... Enciklopedijski rječnik metalurgije

knjige

• Heterogeno izgaranje čestica krutog goriva, Gremjačkin Viktor Mihajlovič. Razmatraju se teorijske osnove procesa izgaranja čestica krutih goriva, koja uključuju ne samo tradicionalna ugljikovodična goriva koja sadrže ugljik, već i metalne čestice koje…

eksplozija kisika izgaranja

Homogeno izgaranje uključuje prethodno pomiješane plinove. Brojni primjeri homogenog izgaranja su procesi izgaranja plinova ili para u kojima je oksidans atmosferski kisik: izgaranje smjesa vodika, smjesa ugljikovog monoksida i ugljikovodika sa zrakom. U praktično važnim slučajevima uvjet potpunog prethodnog miješanja nije uvijek zadovoljen. Stoga su uvijek moguće kombinacije homogenog izgaranja s drugim vrstama izgaranja.

Homogeno izgaranje može se provoditi u dva načina: laminarno i turbulentno. Turbulencija ubrzava proces izgaranja zbog fragmentacije fronte plamena u zasebne fragmente i, sukladno tome, povećanja kontaktne površine reaktanata s velikom turbulencijom ili ubrzanjem procesa prijenosa topline i mase u fronti plamena s malim -turbulencija skale. Turbulentno izgaranje karakterizira samosličnost: turbulentni vrtlozi povećavaju brzinu izgaranja, što dovodi do povećanja turbulencije.

Svi parametri homogenog izgaranja očituju se iu procesima u kojima oksidacijsko sredstvo nije kisik, već drugi plinovi. Na primjer, fluor, klor ili brom.

Heterogeno izgaranje događa se na sučelju. U ovom slučaju, jedna od reagirajućih tvari je u kondenziranom stanju, druga (obično atmosferski kisik) ulazi zbog difuzije plinske faze. Preduvjet za heterogeno izgaranje je vrlo visoko vrelište (ili razgradnja) kondenzirane faze. Ako ovaj uvjet nije zadovoljen, izgaranju prethodi isparavanje ili raspadanje. S površine struja pare ili plinovitih produkata raspadanja ulazi u zonu izgaranja, a izgaranje se događa u plinovitoj fazi. Takvo izgaranje može se pripisati difuzijskom kvaziheterogenom, ali ne i potpuno heterogenom, jer se proces izgaranja više ne odvija na granici faza. Razvoj takvog izgaranja provodi se zbog toka topline od plamena do površine materijala, što osigurava daljnje isparavanje ili razgradnju i protok goriva u zonu izgaranja. U takvim situacijama nastaje mješoviti slučaj kada se reakcije izgaranja odvijaju djelomično heterogeno - na površini kondenzirane faze, djelomično homogeno - u volumenu plinske smjese.

Primjer heterogenog izgaranja je izgaranje ugljena i drvenog ugljena. Tijekom izgaranja ovih tvari odvijaju se dvije vrste reakcija. Neke vrste ugljena ispuštaju hlapljive komponente kada se zagrijavaju. Izgaranju takvih ugljena prethodi njihova djelomična termička razgradnja uz oslobađanje plinovitih ugljikovodika i vodika koji izgaraju u plinovitoj fazi. Osim toga, kada se čisti ugljik sagorijeva, može nastati ugljični monoksid CO, koji izgara u velikoj količini. Uz dovoljan višak zraka i visoku temperaturu površine ugljena, skupne reakcije odvijaju se toliko blizu površine da, u određenoj aproksimaciji, daje razlog da se takav proces smatra heterogenim.

Primjer istinski heterogenog izgaranja je izgaranje vatrostalnih nehlapljivih metala. Ovi se procesi mogu zakomplicirati stvaranjem oksida koji prekrivaju goruću površinu i sprječavaju kontakt s kisikom. Uz veliku razliku u fizikalno-kemijskim svojstvima između metala i njegovog oksida, oksidni film puca tijekom izgaranja, a osiguran je pristup kisika u zonu izgaranja.

Tema 4. VRSTE IZGARANJA.

Prema različitim znakovima i značajkama, procesi izgaranja mogu se podijeliti u sljedeće vrste:

Prema agregatnom stanju zapaljive tvari:

Goreći plinovi;

Izgaranje tekućina i taljenje čvrstih tvari;

Izgaranje nepotrošivih čvrstih prašinastih i kompaktnih tvari.

Prema faznom sastavu komponenti:

homogeno izgaranje;

heterogeno izgaranje;

Zapaljeni eksploziv.

Prema pripremljenosti zapaljive smjese:

Difuzijsko izgaranje (požar);

Kinetičko izgaranje (eksplozija).

Prema dinamici fronte plamena:

Stacionarni;

Nestacionarno.

Prema prirodi kretanja plinova:

laminaran;

Turbulentno.

Prema stupnju izgaranja zapaljive tvari:

Nepotpun.

Prema brzini širenja plamena:

Normalan;

deflagracija;

Detonacija.

Pogledajmo pobliže ove vrste.

4.1. Izgaranje plinovitih, tekućih i krutih tvari.

Ovisno o agregatnom stanju zapaljive tvari, razlikujemo gorenje plinova, tekućina, prašinastih i kompaktnih krutina.

Prema GOST 12.1.044-89:

1. Plinovi su tvari čija je kritična temperatura niža od 50 ° C. T cr je minimalna temperatura zagrijavanja 1 mola tvari u zatvorenoj posudi, pri kojoj se potpuno pretvara u paru (vidi § 2.3).

2. Tekućine su tvari s talištem (točkom kapanja) nižim od 50 °C (vidi § 2.5).

3. Krute tvari su tvari s talištem (drop-fall) većim od 50 0 C.

4. Prašina je krutina u obliku čestica s veličinom čestica manjom od 0,85 mm.

Zona u kojoj se odvija kemijska reakcija u zapaljivoj smjesi, tj. izgaranje se naziva fronta plamena.

Razmotrite procese izgaranja u zraku na primjerima.

Izgaranje plinova u plinskom plameniku. Postoje 3 zone plamena (slika 12.):

Riža. 12. Shema izgaranja plina: 1 - prozirni konus - ovo je početni plin koji se zagrijava (do temperature samozapaljenja); 2 – svjetleća zona fronte plamena; 3 - produkti izgaranja (gotovo su nevidljivi tijekom potpunog izgaranja plinova i, posebno tijekom izgaranja vodika, kada se ne stvara čađa).

Širina fronte plamena u plinskim smjesama iznosi nekoliko desetaka dijelova milimetra.

Izgaranje tekućina u otvorenoj posudi. Kod gorenja u otvorenoj posudi postoje 4 zone (slika 13):

Riža. 13. Izgaranje tekućine: 1 - tekućina; 2 - tekuća para (tamna područja); 3 - prednji dio plamena; 4 - produkti izgaranja (dim).

Širina fronte plamena u ovom slučaju je veća; reakcija teče sporije.

Izgaranje krutih tvari koje se tale. Razmislite o paljenju svijeće. U ovom slučaju promatra se 6 zona (slika 14):

Riža. 14. Gorenje svijeće: 1 - tvrdi vosak; 2 - rastopljeni (tekući) vosak; 3 – tamni prozirni parni sloj; 4 - prednji dio plamena; 5 - produkti izgaranja (dim); 6 - fitilj.

Zapaljeni fitilj služi za stabilizaciju izgaranja. Tekućina se apsorbira u njega, diže se duž njega, isparava i gori. Povećava se širina fronte plamena, što povećava područje sjaja, jer se koriste složeniji ugljikovodici, koji se, isparavajući, razgrađuju, a zatim reagiraju.

Izgaranje nepotrošivih krutih tvari. Ovu vrstu izgaranja razmotrit ćemo na primjeru gorenja šibice i cigarete (sl. 15 i 16).

Ovdje se nalazi i 5 parcela:

Riža. 15. Spaljivanje šibice: 1 - svježe drvo; 2 - pougljenjeno drvo; 3 - plinovi (rasplinjene ili isparene hlapljive tvari) - ovo je tamna prozirna zona; 4 - prednji dio plamena; 5 - proizvodi izgaranja (dim).

Vidi se da je spaljeno područje šibice mnogo tanje i ima crnu boju. To znači da je dio šibice pougljen, tj. nehlapljivi dio je ostao, a hlapljivi je ispario i izgorio. Brzina gorenja ugljena je mnogo sporija od plinova, tako da nema vremena da potpuno izgori.

sl.16. Spaljivanje cigareta: 1 - početna duhanska smjesa; 2 - područje tinjanja bez fronte plamena; 3 - dim, tj. produkt spaljenih čestica; 4 - dim koji se uvlači u pluća, a to su uglavnom plinificirani proizvodi; 5 - smola kondenzirana na filteru.

Termičko-oksidativno raspadanje tvari bez plamena naziva se tinjanjem. Javlja se kada nema dovoljne difuzije kisika u zonu izgaranja i može se pojaviti čak i kod vrlo male količine (1-2%). Dim je plav, a ne crn. To znači da sadrži više rasplinjenih, nego spaljenih tvari.

Površina pepela je gotovo bijela. To znači da uz dovoljnu opskrbu kisikom dolazi do potpunog izgaranja. Ali unutar i na granici gorućeg sloja sa svježim nalazi se crna tvar. To ukazuje na nepotpuno izgaranje pougljenjenih čestica. Usput, pare hlapljivih smolastih tvari kondenziraju se na filteru.

Sličan tip izgaranja uočen je tijekom izgaranja koksa, tj. ugljen, iz kojeg su uklonjene hlapljive tvari (plinovi, smole), ili grafit.

Dakle, proces izgaranja plinova, tekućina i većine krutih tvari odvija se u plinovitom obliku i prati ga plamen. Neke krute tvari, uključujući i one sklone samozapaljenju, izgaraju u obliku tinjanja na površini i unutar materijala.

Izgaranje prašinastih tvari. Izgaranje sloja prašine događa se na isti način kao u kompaktnom stanju, samo se brzina izgaranja povećava zbog povećanja dodirne površine sa zrakom.

Izgaranje prašinastih tvari u obliku zračne suspenzije (oblaka prašine) može se odvijati u obliku iskri, tj. izgaranje pojedinačnih čestica, u slučaju niskog sadržaja hlapljivih tvari koje nisu sposobne stvoriti dovoljnu količinu plinova tijekom isparavanja za jednu frontu plamena.

Ako se stvori dovoljna količina rasplinjenih hlapljivih tvari, tada dolazi do izgaranja plamenom.

Zapaljeni eksploziv. Ova vrsta uključuje izgaranje eksploziva i baruta, takozvanih kondenziranih tvari, u kojima su gorivo i oksidans već kemijski ili mehanički vezani. Na primjer: u trinitrotoluenu (TNT) C 7 H 5 O 6 N 3 × C 7 H 5 × 3NO 2, O 2 i NO 2 služe kao oksidansi; u sastavu baruta - sumpor, salitra, ugljen; kao dio domaćeg eksploziva, aluminijev prah i amonijev nitrat, vezivo - solarno ulje.

4.2. Homogeno i heterogeno izgaranje.

Na temelju razmatranih primjera, ovisno o agregatnom stanju smjese goriva i oksidansa, tj. prema broju faza u smjesi razlikuju:

1. Homogeno izgaranje plinovi i pare zapaljivih tvari u okolini plinovitog oksidatora. Dakle, reakcija izgaranja odvija se u sustavu koji se sastoji od jedne faze (agregatnog stanja).

2. Heterogeno izgaranječvrste zapaljive tvari u plinovitom okruženju oksidatora. U ovom slučaju reakcija se odvija na međupovršini, dok se homogena reakcija odvija u cijelom volumenu.

Ovo je izgaranje metala, grafita, t.j. praktički neisparljivi materijali. Mnoge plinske reakcije su homogeno-heterogene prirode, kada je mogućnost nastanka homogene reakcije posljedica podrijetla istovremeno heterogene reakcije.

Izgaranje svih tekućih i mnogih krutih tvari, iz kojih se oslobađaju pare ili plinovi (hlapljive tvari), odvija se u plinovitoj fazi. Kruta i tekuća faza igraju ulogu spremnika za produkte reakcije.

Na primjer, heterogena reakcija samoizgaranja ugljena prelazi u homogenu fazu izgaranja hlapljivih tvari. Ostatak koksa gori heterogeno.

4.3. Difuzijsko i kinetičko izgaranje.

Prema stupnju pripremljenosti zapaljive smjese razlikujemo difuzijsko i kinetičko izgaranje.

Vrste izgaranja koje se razmatraju (osim za eksplozive) su difuzno izgaranje. Plamen, tj. zona izgaranja mješavine goriva i zraka, kako bi se osigurala stabilnost, mora biti stalno hranjena gorivom i kisikom u zraku. Protok zapaljivog plina ovisi samo o brzini njegovog dovoda u zonu izgaranja. Brzina ulaska zapaljive tekućine ovisi o intenzitetu njenog isparavanja, tj. na tlak pare iznad površine tekućine, a time i na temperaturu tekućine. Temperatura paljenja zove se najniža temperatura tekućine pri kojoj se plamen iznad njezine površine ne gasi.

Izgaranje krutih tvari razlikuje se od izgaranja plinova prisutnošću faze razgradnje i rasplinjavanja, nakon čega slijedi paljenje hlapljivih proizvoda pirolize.

Piroliza- ovo je zagrijavanje organskih tvari na visoke temperature bez pristupa zraka. U tom slučaju dolazi do razgradnje, odnosno cijepanja složenih spojeva na jednostavnije (koksiranje ugljena, krekiranje nafte, suha destilacija drva). Stoga izgaranje krute gorive tvari u produkt izgaranja nije koncentrirano samo u zoni plamena, već ima višefazni karakter.

Zagrijavanjem krute faze dolazi do razgradnje i razvijanja plinova koji se pale i gore. Toplina iz baklje zagrijava krutu fazu, uzrokujući njeno rasplinjavanje i proces se ponavlja, čime se podržava izgaranje.

Model izgaranja čvrste tvari pretpostavlja prisutnost sljedećih faza (Sl. 17):

Riža. 17. Model izgaranja

čvrsta.

Zagrijavanje krute faze. Za tvari koje se tale, taljenje se događa u ovoj zoni. Debljina zone ovisi o temperaturi vodljivosti tvari;

Piroliza, odnosno zona reakcije u čvrstoj fazi, u kojoj nastaju plinovite zapaljive tvari;

Predplamen u plinovitoj fazi, u kojem nastaje smjesa s oksidacijskim sredstvom;

Plamen ili zona reakcije u plinovitoj fazi, u kojoj se proizvodi pirolize pretvaraju u plinovite produkte izgaranja;

produkti izgaranja.

Brzina dovoda kisika u zonu izgaranja ovisi o njegovoj difuziji kroz produkt izgaranja.

Općenito, budući da brzina kemijske reakcije u zoni izgaranja kod razmatranih vrsta izgaranja ovisi o brzini pristizanja reagirajućih komponenata i površine plamena molekularnom ili kinetičkom difuzijom, ova se vrsta izgaranja naziva difuziju.

Struktura plamena difuzijskog izgaranja sastoji se od tri zone (slika 18):

Zona 1 sadrži plinove ili pare. U ovoj zoni nema izgaranja. Temperatura ne prelazi 500 0 C. Dolazi do razgradnje, pirolize hlapljivih tvari i zagrijavanja do temperature samozapaljenja.

Riža. 18. Građa plamena.

U zoni 2 nastaje smjesa para (plinova) s atmosferskim kisikom i dolazi do nepotpunog izgaranja do CO uz djelomičnu redukciju do ugljika (malo kisika):

C n H m + O 2 → CO + CO 2 + H 2 O;

U 3. vanjskoj zoni proizvodi druge zone potpuno izgaraju i uočava se maksimalna temperatura plamena:

2CO+O2 \u003d 2CO2;

Visina plamena proporcionalna je koeficijentu difuzije i protoku plinova te je obrnuto proporcionalna gustoći plina.

Sve vrste difuzijskog izgaranja svojstvene su požarima.

Kinetička izgaranje je izgaranje prethodno pomiješanog zapaljivog plina, pare ili prašine s oksidacijskim sredstvom. U ovom slučaju brzina gorenja ovisi samo o fizikalno-kemijskim svojstvima zapaljive smjese (toplinska vodljivost, toplinski kapacitet, turbulencija, koncentracija tvari, tlak itd.). Stoga se brzina gorenja naglo povećava. Ova vrsta izgaranja svojstvena je eksplozijama.

U tom slučaju, kada se zapaljiva smjesa u nekom trenutku zapali, fronta plamena prelazi iz proizvoda izgaranja u svježu smjesu. Dakle, plamen je tijekom kinetičkog izgaranja najčešće nestalan (slika 19).

Riža. 19. Shema širenja plamena u gorivoj smjesi: - izvor paljenja; - smjer gibanja fronte plamena.

Iako, ako se zapaljivi plin pomiješa sa zrakom i dovodi u plamenik, tada se tijekom paljenja formira stacionarni plamen, pod uvjetom da je brzina dovoda smjese jednaka brzini širenja plamena.

Ako se količina plina poveća, plamen se odvaja od plamenika i može se ugasiti. A ako se brzina smanji, tada će plamen biti uvučen u unutrašnjost plamenika uz moguću eksploziju.

Prema stupnju izgaranja, tj. potpunost reakcije izgaranja do krajnjih proizvoda, dolazi do izgaranja potpuni i nepotpuni.

Dakle u zoni 2 (slika 18) izgaranje je nepotpuno, jer dovodi se nedovoljno kisika, koji se djelomično troši u zoni 3, te nastaju međuproizvodi. Potonji izgaraju u zoni 3, gdje ima više kisika, do potpunog izgaranja. Prisutnost čađe u dimu ukazuje na nepotpuno izgaranje.

Drugi primjer: kada nedostaje kisika, ugljik izgara u ugljični monoksid:

Ako dodate O, tada reakcija ide do kraja:

2CO + O 2 \u003d 2CO 2.

Brzina gorenja ovisi o prirodi kretanja plinova. Stoga se razlikuju laminarno i turbulentno izgaranje.

Dakle, primjer laminarnog izgaranja je plamen svijeće u mirnom zraku. Na laminarno izgaranje slojevi plinova teku paralelno, ali bez vrtloženja.

Turbulentno izgaranje- vrtložno gibanje plinova, pri čemu se gorući plinovi intenzivno miješaju, a fronta plamena se ispire. Granica između ovih vrsta je Reynoldsov kriterij, koji karakterizira odnos između sila inercije i sila trenja u strujanju:

gdje: u- brzina protoka plina;

n- kinetička viskoznost;

l- karakteristična linearna veličina.

Reynoldsov broj pri kojem dolazi do prijelaza laminarnog graničnog sloja u turbulentni naziva se kritični Re cr, Re cr ~ 2320.

Turbulencija povećava brzinu izgaranja zbog intenzivnijeg prijenosa topline s produkata izgaranja na svježu smjesu.

4.4. Normalno sagorijevanje.

Ovisno o brzini širenja plamena tijekom kinetičkog izgaranja, može se ostvariti ili normalno izgaranje (unutar nekoliko m/s), ili eksplozivna deflagracija (desetci m/s), ili detonacija (tisuće m/s). Ove vrste izgaranja mogu prelaziti jedna u drugu.

Normalno gorenje- ovo je izgaranje, u kojem se širenje plamena događa bez vanjskih smetnji (turbulencije ili promjene tlaka plina). Ovisi samo o prirodi zapaljive tvari, tj. toplinski učinak, koeficijenti toplinske vodljivosti i difuzije. Dakle, to je fizikalna konstanta smjese određenog sastava. U ovom slučaju, brzina gorenja je obično 0,3-3,0 m/s. Normalno izgaranje je nazvano jer je vektor brzine njegovog širenja okomit na frontu plamena.

4.5. Deflagracijsko (eksplozivno) izgaranje.

Normalno izgaranje je nestabilno i ima tendenciju samoubrzavanja u zatvorenom prostoru. Razlog tome je zakrivljenost fronte plamena zbog trenja plina o stijenke posude i promjene tlaka u smjesi.

Razmotrimo proces širenja plamena u cijevi (slika 20).

Riža. 20. Shema nastanka eksplozivnog izgaranja.

Prvo, na otvorenom kraju cijevi, plamen se širi normalnom brzinom, jer produkti izgaranja slobodno se šire i izlaze. Tlak smjese se ne mijenja. Trajanje ravnomjernog širenja plamena ovisi o promjeru cijevi, vrsti goriva i njegovoj koncentraciji.

Kako se fronta plamena kreće unutar cijevi, produkti reakcije, koji imaju veći volumen u usporedbi s početnom smjesom, nemaju vremena izaći van i njihov tlak raste. Taj tlak počinje gurati u svim smjerovima, pa se stoga ispred fronte plamena početna smjesa počinje kretati u smjeru širenja plamena. Slojevi uz zidove su usporeni. Najveću brzinu plamen ima u središtu cijevi, a najmanju uz stijenke (zbog odvođenja topline u njima). Zbog toga se fronta plamena izdužuje u smjeru širenja plamena, a njegova se površina povećava. Srazmjerno tome povećava se količina zapaljive smjese u jedinici vremena, što za sobom povlači povećanje tlaka, a zatim povećava brzinu kretanja plina itd. Dakle, dolazi do lavinskog povećanja brzine širenja plamena do stotina metara u sekundi.

Proces širenja plamena kroz zapaljivu plinsku smjesu, u kojem se samoubrzavajuća reakcija izgaranja širi uslijed zagrijavanja provođenjem topline iz susjednog sloja produkata reakcije, naziva se deflagracija. Obično su brzine deflagracijskog izgaranja podzvučne, tj. manje od 333 m/s.

4.6. detonacijsko izgaranje.

Ako uzmemo u obzir izgaranje zapaljive smjese u slojevima, tada se kao rezultat toplinskog širenja volumena produkata izgaranja svaki put ispred fronte plamena javlja val kompresije. Svaki sljedeći val, krećući se kroz gušći medij, sustiže prethodni i superponira se na njega. Postupno se ti valovi stapaju u jedan udarni val (slika 21).

Riža. 21. Shema nastanka detonacijskog vala: 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.

U udarnom valu, kao rezultat adijabatske kompresije, trenutno se povećava gustoća plinova i temperatura raste do T 0 samozapaljenja. Kao rezultat toga, zapaljiva smjesa se zapali udarnim valom i detonacija- širenje izgaranja paljenjem udarnim valom. Detonacijski val se ne gasi, jer pokretan udarnim valovima iz plamena koji se kretao iza njega.

Značajka detonacije je da se događa pri nadzvučnoj brzini od 1000-9000 m/s, određenoj za svaki sastav smjese, dakle ona je fizikalna konstanta smjese. Ovisi samo o kaloričnoj vrijednosti zapaljive smjese i toplinskom kapacitetu produkata izgaranja.

Susret udarnog vala s preprekom dovodi do stvaranja reflektiranog udarnog vala i još većeg pritiska.

Detonacija je najopasniji oblik širenja plamena, jer. ima maksimalnu snagu eksplozije (N=A/t) i ogromnu brzinu. U praksi se detonacija može "neutralizirati" samo u preddetonacijskom dijelu, tj. na udaljenosti od mjesta paljenja do mjesta detonacijskog izgaranja. Za plinove, duljina ovog dijela je od 1 do 10 m.

Kod izgaranja krutog goriva samoj kemijskoj reakciji prethodi proces dovođenja oksidansa na reakcijsku površinu. Prema tome, proces izgaranja krutog goriva složen je heterogeni fizikalno-kemijski proces koji se sastoji od dvije faze: dovod kisika na površinu goriva turbulentnom i molekularnom difuzijom te kemijska reakcija na njoj.

Razmotrimo opću teoriju heterogenog izgaranja koristeći izgaranje kuglaste čestice ugljika kao primjer, pod pretpostavkom sljedećih uvjeta. Koncentracija kisika na cijeloj površini čestice je ista; brzina reakcije kisika s ugljikom proporcionalna je koncentraciji kisika u blizini površine, tj. odvija se reakcija prvog reda, što je najvjerojatnije za heterogene procese; reakcija se odvija na površini čestice uz stvaranje konačnih produkata izgaranja, a nema sekundarnih reakcija u volumenu, kao ni na površini čestice.

U takvoj pojednostavljenoj postavci, brzina izgaranja ugljika može se prikazati ovisno o brzini njegova dva glavna stadija, naime, o brzini opskrbe kisikom površinske površine i o brzini same kemijske reakcije koja se odvija na površini od čestice. Kao rezultat međudjelovanja ovih procesa dolazi do dinamičkog, ravnotežnog stanja između količine kisika dovedene difuzijom i utrošene za kemijsku reakciju kisika pri određenoj vrijednosti njegove koncentracije na površini ugljika.

Brzina kemijske reakcije /(°2 g kisika/(cm2-s) određena pomoću

Kao količina kisika koju troši jedinica reakcijske površine po jedinici vremena, može se izraziti u sljedećem obliku:

U jednadžbi:

K je konstanta brzine kemijske reakcije;

Cv je koncentracija kisika na površini čestice.

C. s druge strane brzina gorenja jednaka je specifičnom toku ki

Kisik na reakcijsku površinu, isporučen difuzijom:

K °" \u003d ad (C, - C5). (15-2)

U jednadžbi:

Ad - koeficijent difuzijske izmjene;

Co je koncentracija kisika u struji u kojoj izgara čestica ugljika.

Zamjenom vrijednosti Cv dobivene iz jednadžbe (15-1) u jednadžbu (15-2), dobivamo sljedeći izraz za brzinu heterogenog izgaranja u smislu količine kisika koju troši jedinica površine čestice po jedinici vremena :

". S°, ■' (15-3)

Označavajući kroz

Kkazh - - C -, (15-4)

Izraz (15-3) može se prikazati kao

/<°’ = /СкажС„. (15-5)

Po svojoj strukturi izraz (15-5) sličan je kinetičkoj jednadžbi (15-1) reakcije prvog reda. U njemu je konstanta brzine reakcije "£" zamijenjena koeficijentom Kkazh, koji ovisi i o reakcijskim svojstvima goriva i o zakonima prijenosa i stoga se naziva prividna konstanta brzine izgaranja čvrstog ugljika.

Brzina kemijskih reakcija izgaranja ovisi o prirodi goriva i fizičkim uvjetima: koncentraciji plina koji reagira na površini, temperaturi i tlaku. Temperaturna ovisnost brzine kemijske reakcije je najjača. Na niskim temperaturama brzina kemijske reakcije je niska i, u smislu potrošnje kisika, mnogo puta manja od brzine kojom se kisik može isporučiti difuzijom. Proces izgaranja je ograničen brzinom same kemijske reakcije i ne ovisi o uvjetima opskrbe kisikom, tj. o brzini strujanja zraka, veličini čestica itd. Stoga se ovo područje heterogenog izgaranja naziva kinetičkim.

U kinetičkom području izgaranja, ad>-£, stoga se u formuli (15-3) vrijednost 1 / ad može zanemariti u usporedbi s 1 / & i tada dobivamo:

K°32 = kC0. (15-6)

Ravnoteža između količine kisika predane difuzijom i utrošene za reakciju kisika uspostavlja se pri malom gradijentu njegove koncentracije, zbog čega se vrijednost koncentracije kisika na reakcijskoj površini malo razlikuje od njegove vrijednosti u protoku. Na visokim temperaturama može doći do kinetičkog izgaranja pri velikim brzinama protoka zraka i malim veličinama čestica goriva, tj. uz takvo poboljšanje uvjeta za opskrbu kisikom, kada se potonji može isporučiti u mnogo većoj količini "u usporedbi s potrebom za kemijsku reakciju.

Različita područja heterogenog izgaranja grafički su prikazana na sl. 15-1. Kinetičko područje I karakterizira krivulja 1, koja pokazuje da s povećanjem temperature brzina izgaranja naglo raste prema Arrheniusovom zakonu.

Na određenoj temperaturi, brzina kemijske reakcije postaje razmjerna brzini isporuke kisika na reakcijsku površinu, a tada brzina izgaranja postaje ovisna ne samo o brzini kemijske reakcije, već i o brzini isporuke kisika. U ovom području, koje se naziva međupodručje (sl. 15-1, područje II, krivulja 1-2), brzine ova dva stupnja su usporedive, nijedan od njih se ne može zanemariti, pa je stoga brzina procesa izgaranja određena formulom (15-3). S porastom temperature brzina izgaranja raste, ali u manjoj mjeri nego u kinetičkom području, a njezin se rast postupno usporava i na kraju doseže svoj maksimum pri prijelazu u difuzno područje (sl. 15-1, područje III , krivulja 2-3), ostajući neovisni o temperaturi. Pri višim temperaturama u ovom području brzina kemijske reakcije se toliko povećava da kisik doveden difuzijom trenutno ulazi u kemijsku reakciju, uslijed čega koncentracija kisika na površini postaje gotovo nula. U formuli (15-3) možemo zanemariti vrijednost 1/& u usporedbi s 1/ad, tada dobivamo da je brzina izgaranja određena brzinom difuzije kisika na reakcijsku površinu, tj.

Stoga se ovo područje izgaranja naziva difuzijom. U području difuzije, brzina gorenja je praktički neovisna o svojstvima i temperaturi goriva. Utjecaj temperature utječe samo na promjenu fizikalnih konstanti. U ovom području na brzinu izgaranja snažno utječu uvjeti isporuke kisika, naime hidrodinamički čimbenici: relativna brzina protoka plina i veličina čestica goriva. Povećanjem brzine protoka plina i smanjenjem veličine čestica, tj. ubrzanjem isporuke kisika, povećava se brzina difuzijskog izgaranja.

Tijekom izgaranja uspostavlja se dinamička ravnoteža između kemijskog procesa potrošnje kisika i difuzijskog procesa njegove dostave pri određenoj vrijednosti koncentracije kisika na reakcijskoj površini. Koncentracija kisika na površini čestice ovisi o omjeru brzina ova dva procesa; ako prevladava brzina difuzije, ona će se približiti koncentraciji u strujanju, dok se povećanjem brzine kemijske reakcije smanjuje.

Proces izgaranja koji se odvija u difuzijskom području može prijeći u srednje područje (krivulja 1"-2") ili čak u kinetičko područje s povećanom difuzijom, na primjer, s povećanjem brzine protoka ili smanjenjem veličine čestica.

Dakle, s povećanjem brzine protoka plina i s prijelazom na male čestice, proces se pomiče prema kinetičkom izgaranju. Povećanje temperature pomiče proces prema difuzijskom izgaranju (Sl. 15-1, krivulja 2"-3").

Tijek heterogenog izgaranja u jednoj ili drugoj regiji za svaki pojedini slučaj ovisi o ovim specifičnim uvjetima. Glavni zadatak proučavanja procesa heterogenog izgaranja je utvrditi područja izgaranja i identificirati kvantitativne obrasce za svako područje.