Plini in hlape vnetljive snovi v plinastem oksidantu. Za začetek gorenja je potreben začetni energijski impulz. Ločimo samovžig in prisilni vžig ali vžig; običajno širjenje zgorevanja ali deflagracije (vodilni proces je prenos toplote s toplotno prevodnostjo) in detonacije (z vžigom z udarnim valom). Normalno zgorevanje delimo na laminarno (tok) in turbulentno (vrtinčno). Ločimo zgorevanje s tokom predhodno mešanega plina in zgorevanje z ločenim tokom gorljivega plina in oksidanta, ko je določeno z mešanjem (difuzijo) dveh tokov.
Glej tudi:
-
-
-
-

Enciklopedični slovar metalurgije. - M .: Intermet inženiring. Glavni urednik N.P. Lyakishev. 2000 .

Poglejte, kaj je "homogeno zgorevanje" v drugih slovarjih:

homogeno zgorevanje- zgorevanje plinov in hlapnih vnetljivih snovi v plinasti obliki. oksidacijsko sredstvo Za začetek izgorevanje se mora začeti. energičen utrip. Razlikovati med lastnim in prisilnim. vžig ali vžig; normalno širjenje izgorevanje ali deflagracija (vodilni proces prenosa... ...

homogeno zgorevanje- homogeninis degimas statusas T sritis chemija apibrėžtis Dujų degimas. atitikmenys: angl. homogeno zgorevanje rus. homogeno zgorevanje... Chemijos terminų aiškinamasis žodynas

homogeno zgorevanje- homogeninis degimas statusas T sritis Energetika apibrėžtis Degimas, kai reaguojančiosios medžiagos yra vienodos agregatinės būsenos, vienodai pasiskirsčiusios ir reakcijos vyksta visame jų tūryje. atitikmenys: angl. homogeno zgorevanje vok. … … Aiškinamasis šiluminės ir branduolinės technikos terminų žodynas

lokalno homogeno zgorevanje- - [A.S. Goldberg. Angleško-ruski energetski slovar. 2006] Teme energetike na splošno EN lokalno homogeno kurjenje LHF ... Priročnik za tehnične prevajalce

zgorevanje- zapletena, hitro potekajoča kemična transformacija, ki jo spremlja sproščanje znatne količine toplote in običajno svetel sij (plamen). V večini primerov plin temelji na eksotermnih oksidativnih reakcijah snovi... Velika sovjetska enciklopedija

Kompleksna, hitra kemična transformacija snovi, kot je gorivo, ki jo spremlja sproščanje znatne količine toplote in svetel sij (plamen). V večini primerov je osnova izgorevanja eksotermna... ...

zgorevanje (reakcija)- (a. zgorevanje, gorenje; n. Brennen, Verbrennung; f. zgorevanje; i. zgorevanje) hitro potekajoča oksidacijska reakcija, ki jo spremlja sproščanje pomen. količina toplote; običajno spremlja svetel sij (plamen). V večini primerov..... Geološka enciklopedija

ZGOREVANJE- kompleksna kemija reakcija, ki poteka v pogojih progresivnega samopospeševanja, povezanega z akumulacijo toplote ali katalizirajočih reakcijskih produktov v sistemu. Z G. je mogoče doseči visoke temperature (do nekaj tisoč K) in se pogosto pojavlja ... ... Fizična enciklopedija

zgorevanje- eksotermna reakcija oksidacije vnetljive snovi, ki jo običajno spremlja vidna elektromagnetno sevanje in sproščanje dima. G. temelji na interakciji vnetljive snovi z oksidantom, najpogosteje atmosferskim kisikom. Razlikovati...... Ruska enciklopedija varstva dela

Zgorevanje tekočih in trdnih gorljivih snovi v plinastem oksidantu. Za heterogeno zgorevanje tekoče snovi velika vrednost ima proces izhlapevanja. Heterogeno zgorevanje zlahka izhlapevajočih vnetljivih snovi ... ... Enciklopedični slovar metalurgije

Vnetljivo okolje

Oksidativna sredstva

Oksidanti so snovi, katerih atomi sprejemajo elektrone med kemijskimi transformacijami. Med enostavne snovi spadajo vsi halogeni in kisik.

Najpogostejši oksidant v naravi je atmosferski kisik.

V resničnih požarih se zgorevanje večinoma dogaja na zraku, vendar številni tehnološki procesi uporabljajo zrak, obogaten s kisikom, in celo s čistim kisikom (na primer metalurška proizvodnja, plinsko varjenje, rezanje itd.). Ozračje, obogateno s kisikom, je mogoče najti v podvodnem in vesoljsko plovilo, domenski procesi itd. Takšnih gorljivih sistemov se je povečalo požarna nevarnost. To je treba upoštevati pri razvoju gasilnih sistemov, protipožarnih ukrepov in pri požarno-tehničnem pregledu požarov.

Poleg atmosferskega kisika in halogenov lahko kompleksne snovi delujejo tudi kot oksidanti v reakcijah zgorevanja, na primer soli kislin, ki vsebujejo kisik - nitrati, klorati itd., Ki se uporabljajo pri proizvodnji smodnika, vojaških in industrijskih eksplozivov ter raznih pirotehnične kompozicije.

Mešanica goriva in oksidanta v enakem agregatnem stanju v določene proporce in lahko gori (in gorenje je možno le pri določenih razmerjih) imenujemo vnetljiv medij.

Obstajata dve vrsti vnetljivih medijev: homogeno in heterogeno.

Homogen vnetljiv medij se imenuje predhodno mešana mešanica goriva in oksidanta in v skladu s tem heterogeno vnetljivo okolje – ko gorivo in oksidant nista mešana.

Vpliv na proces zgorevanja veliko število dejavniki določajo raznolikost vrst in načinov zgorevanja. Tako je zgorevanje lahko homogeno in heterogeno, odvisno od agregatnega stanja komponent gorljive mešanice, od pogojev mešanja komponent - zgorevanja vnaprej pripravljene mešanice (kinetične) in difuzije, od plinskodinamičnih pogojev - laminarni in turbulentni itd.

Glavne vrste zgorevanja so homogeno in heterogeno.

Homogeno zgorevanje - To je proces interakcije med gorivom in
oksidanti v istem agregatnem stanju. večina
Homogeno zgorevanje plinov in hlapov v zraku je zelo razširjeno.

Heterogeno zgorevanje- to je zgorevanje trdnih gorljivih materialov -
neposredno na njihovi površini. Značilna lastnost
heterogeno zgorevanje je odsotnost plamena. Primeri tega
so zgorevanje antracita, koksa, oglje, nehlapne kovine.
Demon goreče gorenje v nekaterih primerih imenovan tlenje.

Kot je razvidno iz definicij, je temeljna razlika med homogenim zgorevanjem in heterogenim zgorevanjem ta, da sta v prvem primeru gorivo in oksidant v istem agregatnem stanju, v drugem pa v različnih stanjih.

Upoštevati je treba, da zgorevanje trdnih snovi in ​​materialov ni vedno heterogeno. To je razloženo z mehanizmom zgorevanja trdnih snovi.

Na primer, les, ki gori na zraku. Da bi ga prižgali, morate prinesti nekakšen vir toplote, na primer plamen iz vžigalice ali vžigalnika, in počakati nekaj časa. Postavlja se vprašanje: zakaj ne zasveti takoj? To je razloženo z dejstvom, da mora v začetnem obdobju vir vžiga segreti les določeno temperaturo, pri kateri se začne proces pirolize ali drugače povedano termične razgradnje. Hkrati se zaradi razgradnje celuloze in drugih sestavin začnejo sproščati njihovi razgradni produkti - vnetljivi plini - ogljikovodiki. Očitno je, da večje kot je ogrevanje, večja je stopnja razgradnje in s tem tudi hitrost sproščanja vnetljivih plinov. In šele, ko je hitrost sproščanja GH zadostna za ustvarjanje določene koncentracije v zraku, tj. nastanek vnetljivega okolja, lahko pride do požara. Kaj ima opraviti s kurjenje ne lesa, temveč njegovih produktov razgradnje - vnetljivih plinov. Zato je zgorevanje lesa v večini primerov homogeno, ne heterogeno zgorevanje.

Lahko ugovarjate: les sčasoma začne tleti, tlenje pa je, kot je navedeno zgoraj, heterogeno zgorevanje. To je res. Dejstvo je, da so končni produkti razgradnje lesa predvsem vnetljivi plini in ogljikovi ostanki, tako imenovani koks. Vsi ste že videli ta zelo ogljikov ostanek in ga celo kupili za kuhanje kebabov. Ti premogi so približno 98 % čisti ogljik in ne morejo oddajati GH. Premog gori v načinu heterogenega zgorevanja, torej tli.

Tako les gori najprej v načinu homogenega zgorevanja, nato pa pri temperaturi približno 800°C plamensko zgorevanje preide v tlenje, tj. postane heterogena. Enako se zgodi z drugimi trdnimi snovmi.

Kako gorijo tekočine v zraku? Mehanizem gorenja tekočin je tak, da najprej izhlapijo, hlapi pa z zrakom tvorijo vnetljivo mešanico. To pomeni, da v tem primeru pride tudi do homogenega zgorevanja. Ne gori tekoča faza, temveč hlapi tekočine

Mehanizem gorenja kovine je enak kot pri tekočinah, le da je treba kovino najprej stopiti in nato segreti na visoko temperaturo, da je hitrost izhlapevanja zadostna za nastanek vnetljivega medija. Nekatere kovine gorijo na njihovi površini.

Pri homogenem zgorevanju ločimo dva načina: kinetično in difuzijsko zgorevanje.

Kinetično zgorevanje– to je zgorevanje predhodno mešane gorljive zmesi, tj. homogena mešanica. Hitrost gorenja določa samo kinetika redoks reakcije.

Difuzijsko zgorevanje– to je zgorevanje heterogene zmesi, ko gorivo in oksidant nista predhodno zmešana, tj. heterogena. V tem primeru pride do mešanja goriva in oksidanta na sprednji strani plamena zaradi difuzije. Za neorganizirano zgorevanje je značilna difuzija način zgorevanja, lahko večina vnetljivih materialov v ognju gori samo v tem načinu. Homogene zmesi seveda lahko nastanejo tudi med pravim požarom, vendar njihov nastanek prej nastane pred požarom oziroma predstavlja začetno stopnjo razvoja.

Bistvena razlika med temi vrstami zgorevanja je v tem, da sta v homogeni zmesi molekuli goriva in oksidanta že v neposredni bližini in sta pripravljeni na kemično interakcijo, pri difuzijskem zgorevanju pa se morata te molekule zaradi difuzije najprej približati druga drugi, in šele nato vstopite v interakcijo.

To določa razliko v hitrosti zgorevalnega procesa.

Polni delovni čas goreče t g, sestoji iz trajanja fizič
smučarski in kemični procesi:

t g = t f + t x.

Kinetični način zgorevanja za katero je značilno trajanje samo kemičnih procesov, tj. t g » t x, saj v tem primeru fizikalni procesi priprava (mešanje) ni potrebna, tj. t f » 0 .

Difuzijski način zgorevanja, nasprotno, to je odvisno predvsem od
hitrost priprave homogene gorljive zmesi (grobo rečeno, združevanje molekul), V tem primeru t f >> t x, zato lahko slednjo zanemarimo, tj. njegovo trajanje določa predvsem hitrost fizičnih procesov.

Če t f » t x, tj. so sorazmerni, potem zgorevanje poteka na naslednji način
imenujemo vmesna regija.

Na primer, predstavljajte si dva plinska gorilnika (slika 1.1): v enem od njih so luknje v šobi za dostop zraka (a), v drugem pa jih ni (b). V prvem primeru se zrak vsesa z vbrizgavanjem v šobo, kjer se pomeša z vnetljivim plinom in tako nastane homogena gorljiva zmes, ki na izstopu iz šobe zgori v kinetični način . V drugem primeru (b) se zrak med zgorevanjem zaradi difuzije pomeša z gorljivim plinom, v tem primeru - difuzijsko zgorevanje .

riž. 1.1Primer kinetičnega (a) in difuzijskega (b) gorenja

Drug primer: v prostoru pušča plin. Plin se postopoma meša z zrakom in tvori homogeno gorljivo zmes. In če se po tem pojavi vir vžiga, pride do eksplozije. To je zgorevanje v kinetičnem načinu.

Enako velja za zgorevanje tekočin, kot je bencin. Če ga vlijemo v odprto posodo in zažgemo, pride do difuzijskega gorenja. Če to posodo postavite v zaprt prostor in počakate nekaj časa, bo bencin delno izhlapel, se pomešal z zrakom in tako nastal homogena gorljiva zmes. Ko vnesete vir vžiga, bo, kot veste, prišlo do eksplozije;

Na kakšen način poteka zgorevanje v resničnih požarih? Seveda predvsem v difuziji. V nekaterih primerih se lahko požar začne s kinetičnim gorenjem, kot v navedenih primerih, vendar se po izgorevanju homogene mešanice, kar se zgodi zelo hitro, gorenje nadaljuje v difuzijskem načinu.

Pri difuzijskem gorenju je v primeru pomanjkanja kisika v zraku, na primer pri požarih v zaprtih prostorih, možno nepopolno zgorevanje goriva s tvorbo produktov nepopolnega zgorevanja, kot je CO - ogljikov monoksid. Vsi produkti nepopolnega zgorevanja so zelo strupeni in predstavljajo veliko nevarnost v požaru. V večini primerov so prav oni odgovorni za smrt ljudi.

Torej so glavne vrste zgorevanja homogene in heterogene. Vizualna razlika med temi načini je prisotnost plamena.

Homogeno gorenje lahko poteka na dva načina: difuzijsko in kinetično. Vizualno je njihova razlika v hitrosti gorenja.

Treba je opozoriti, da obstaja še ena vrsta zgorevanja - zgorevanje eksplozivov. Eksplozivi vključujejo gorivo in oksidant v trdni fazi. Ker sta tako gorivo kot oksidant v istem agregatnem stanju, je tako zgorevanje homogeno.

Pri resničnih požarih pride večinoma do plamenskega gorenja. Kot je znano, je plamen opredeljen kot eden od nevarnih dejavnikov požara. Kaj je plamen in kakšni procesi potekajo v njem?

Tema 4. VRSTE GORENJA.

Glede na različne značilnosti in lastnosti lahko procese zgorevanja razdelimo na naslednje vrste:

Glede na agregatno stanje vnetljive snovi:

zgorevanje plinov;

Zgorevanje tekočin in taljenje trdnih snovi;

Zgorevanje netalilnih trdnih prahu podobnih in kompaktnih snovi.

Glede na fazno sestavo komponent:

Homogeno zgorevanje;

Heterogeno zgorevanje;

Zgorevanje eksplozivov.

Glede na pripravljenost gorljive mešanice:

Difuzijsko zgorevanje (požar);

Kinetično zgorevanje (eksplozija).

Glede na dinamiko fronte plamena:

Stacionarni;

Nestabilen.

Glede na naravo gibanja plina:

Laminarno;

Turbulentno.

Glede na stopnjo gorenja vnetljive snovi:

Nepopolna.

Glede na hitrost širjenja plamena:

Normalno;

Deflagracija;

Detonacija.

Oglejmo si te vrste pobližje.

4.1. Gorenje plinastih, tekočih in trdnih snovi.

Glede na agregatno stanje gorljive snovi ločimo zgorevanje plinov, tekočin, prašnih in kompaktnih trdnih snovi.

Po GOST 12.1.044-89:

1. Plini so snovi, katerih kritična temperatura je nižja od 50 o C. Tcr je najnižja temperatura segrevanja 1 mola snovi v zaprti posodi, pri kateri se popolnoma spremeni v paro (glej § 2.3).

2. Tekočine so snovi s tališčem (kapališčem) pod 50 o C (glej § 2.5).

3. Trdne snovi so snovi s tališčem (kapališčem) nad 50 0 C.

4. Prah je zdrobljena trdna snov z velikostjo delcev manj kot 0,85 mm.

Območje, v katerem pride do kemične reakcije v vnetljivi mešanici, tj. zgorevanje imenujemo fronta plamena.

Razmislimo o procesih zgorevanja v zračno okolje s primeri.

Zgorevanje plinov v plinskem gorilniku. Tu so opažene 3 plamenske cone (slika 12):

riž. 12. Shema zgorevanja plina: 1 – prozoren stožec – to je začetni plin, ki se segreje (na temperaturo samovžiga); 2 – svetlobno območje fronte plamena; 3 – produkti zgorevanja (pri popolnem zgorevanju plinov in predvsem pri zgorevanju vodika, ko saje ne nastajajo), so skoraj nevidni.

Širina fronte plamena v mešanicah plinov je desetine delcev milimetra.

Zgorevanje tekočin v odprti posodi. Pri gorenju v odprti posodi obstajajo 4 cone (slika 13):

riž. 13. Zgorevanje tekočine: 1 – tekočina; 2 – tekoča para (temna območja); 3 – fronta plamena; 4 – produkti zgorevanja (dim).

Širina fronte plamena je v tem primeru večja, tj. reakcija poteka počasneje.

Zgorevanje talilnih trdnih snovi. Razmislite o gorenju sveče. IN v tem primeru Opaženih je 6 con (slika 14):

riž. 14. Gorenje sveče: 1 – trdi vosek; 2 – staljeni (tekoči) vosek; 3 – temna prozorna parna plast; 4 – fronta plamena; 5 – produkti zgorevanja (dim); 6 – stenj.

Goreči stenj služi za stabilizacijo gorenja. Tekočina se vpije vanj, se dvigne skozenj, izhlapi in zgori. Poveča se širina fronte plamena, kar poveča območje svetilnosti, saj se uporabljajo bolj kompleksni ogljikovodiki, ki ob izhlapevanju razpadejo in nato reagirajo.

Zgorevanje trdnih snovi, ki se ne talijo. To vrsto zgorevanja bomo obravnavali na primeru zgorevanja vžigalice in cigarete (sl. 15 in 16).

Tukaj je tudi 5 razdelkov:

riž. 15. Kurjenje vžigalice: 1 – svež les; 2 – zoglenel les; 3 – plini (uplinjene ali izparele hlapne snovi) – to je temno prozorno območje; 4 – fronta plamena; 5 – produkti zgorevanja (dim).

Vidi se, da je ožgano območje vžigalice veliko tanjše in črne barve. To pomeni, da je del vžigalice zoglenel, tj. nehlapni del je ostal, hlapni pa je izhlapel in zgorel. Hitrost gorenja premoga je veliko počasnejša kot pri plinih, zato nima časa, da popolnoma izgori.

Slika 16. Gorenje cigaret: 1 – originalna mešanica tobaka; 2 – tleči del brez fronte plamena; 3 – dim, t.j. produkt zgorelih delcev; 4 – dim, vlečen v pljuča, ki je večinoma uplinjen produkt; 5 – smola kondenzirana na filtru.

Brezplamensko termično-oksidativno razgradnjo snovi imenujemo tlenje. Pojavi se pri nezadostni difuziji kisika v območje zgorevanja in se lahko pojavi že pri zelo majhni količini kisika (1-2%). Dim je siv, ne črn. To pomeni, da je v njem več uplinjenih kot zgorelih snovi.

Površina pepela je skoraj bela. To pomeni, da ob zadostni oskrbi s kisikom pride do popolnega zgorevanja. Toda znotraj in na meji goreče plasti s svežimi je črna snov. To kaže na nepopolno zgorevanje zoglenelih delcev. Mimogrede, hlapi izhlapelih smolnatih snovi kondenzirajo na filtru.

Podobno vrsto zgorevanja opazimo pri gorenju koksa, tj. premog, iz katerega so odstranjene hlapne snovi (plini, smole), ali grafit.

Tako se proces zgorevanja plinov, tekočin in večine trdnih snovi pojavi v plinasti obliki in ga spremlja plamen. Nekatere trdne snovi, vključno s tistimi, ki so nagnjene k samovžigu, gorijo kot tleče na površini in v notranjosti materiala.

Izgorevanje prašnih snovi. Gorenje plasti prahu poteka na enak način kot v kompaktnem stanju, le hitrost gorenja se poveča zaradi povečanja površine stika z zrakom.

Zgorevanje prašnih snovi v obliki zračne suspenzije (oblaka prahu) lahko nastane v obliki isker, t.j. zgorevanje posameznih delcev, v primeru nizke vsebnosti hlapljivih snovi, ki pri izhlapevanju ne morejo tvoriti zadostne količine plinov za eno samo fronto plamena.

Če se oblikuje zadostna količina uplinjene hlapne snovi, nato pride do gorečega gorenja.

Zgorevanje eksplozivov. TO te vrste Sem sodi zgorevanje razstreliva in smodnika, tako imenovanih zgoščenih snovi, ki že vsebujejo kemično ali mehansko vezano gorivo in oksidant. Na primer: v trinitrotoluenu (TNT) C 7 H 5 O 6 N 3 × C 7 H 5 × 3NO 2 sta oksidanta O 2 in NO 2; smodnik vsebuje žveplo, soliter, premog; Domače razstrelivo je sestavljeno iz aluminijevega prahu in amonijevega nitrata, vezivo pa je sončno olje.

4.2. Homogeno in heterogeno zgorevanje.

Na podlagi obravnavanih primerov, odvisno od agregatnega stanja mešanice goriva in oksidanta, tj. glede na število faz v mešanici obstajajo:

1. Homogeno zgorevanje plini in hlapi vnetljivih snovi v plinastem okolju oksidanta. Tako pride do reakcije zgorevanja v sistemu, sestavljenem iz ene faze (agregatnega stanja).

2. Heterogeno zgorevanje trdne vnetljive snovi v plinastem okolju oksidanta. V tem primeru pride do reakcije na vmesniku, medtem ko do homogene reakcije pride v celotnem volumnu.

To je izgorevanje kovin, grafita, tj. praktično nehlapnih materialov. Mnoge plinske reakcije so homogeno-heterogene narave, ko je možnost nastanka homogene reakcije posledica hkratnega nastanka heterogene reakcije.

V plinski fazi poteka zgorevanje vseh tekočih in številnih trdnih snovi, iz katerih se sproščajo hlapi ali plini (hlapne snovi). Trdna in tekoča faza igrata vlogo rezervoarja reakcijskih produktov.

Na primer, heterogena reakcija samovžiga premoga prehaja v homogeno fazo zgorevanja hlapnih snovi. Koksni ostanek gori heterogeno.

4.3. Difuzijsko in kinetično zgorevanje.

Glede na stopnjo priprave gorljive zmesi ločimo difuzijsko in kinetično zgorevanje.

Obravnavane vrste zgorevanja (razen za eksplozive) se nanašajo na difuzijsko zgorevanje. Plamen, tj. Zgorevalno območje mešanice goriva in zraka je treba nenehno napajati z gorivom in kisikom, da se zagotovi stabilnost. Oskrba z gorljivim plinom je odvisna le od hitrosti njegovega dovajanja v območje zgorevanja. Stopnja prihoda vnetljiva tekočina odvisno od intenzivnosti njegovega izhlapevanja, tj. na parni tlak nad površino tekočine in posledično na temperaturo tekočine. Temperatura vžiga je najnižja temperatura tekočine, pri kateri plamen nad njeno površino ne ugasne.

Zgorevanje trdnih snovi se od zgorevanja plinov razlikuje po prisotnosti stopnje razgradnje in uplinjanja z naknadnim vžigom hlapnih produktov pirolize.

Piroliza- To je segrevanje organskih snovi na visoke temperature brez dostopa zraka. V tem primeru pride do razgradnje ali cepitve kompleksnih spojin v enostavnejše (koksiranje premoga, krekiranje nafte, suha destilacija lesa). Zato zgorevanje trdne gorljive snovi v produkt zgorevanja ni koncentrirano le v območju plamena, ampak ima večstopenjski značaj.

Segrevanje trdne faze povzroči razgradnjo in sproščanje plinov, ki se vnamejo in gorijo. Toplota iz gorilnika segreje trdno fazo, povzroči njeno uplinjanje in proces se ponovi ter tako ohranja gorenje.

Model zgorevanja trdna predvideva prisotnost naslednjih faz (slika 17):

riž. 17. Model zgorevanja

trdna snov.

Ogrevanje trdne faze. Pri talilnih snoveh pride do taljenja v tem območju. Debelina cone je odvisna od temperature prevodnosti snovi;

Piroliza ali reakcijsko območje v trdni fazi, v katerem nastajajo plinaste vnetljive snovi;

Predplamen v plinski fazi, v katerem nastane zmes z oksidantom;

Plamen ali reakcijsko območje v plinski fazi, v katerem se produkti pirolize pretvorijo v plinaste produkte zgorevanja;

Produkti zgorevanja.

Hitrost dovoda kisika v območje zgorevanja je odvisna od njegove difuzije skozi produkt zgorevanja.

Na splošno od hitrosti kemična reakcija v območju zgorevanja pri obravnavanih vrstah zgorevanja, odvisno od hitrosti vstopa reagirajočih komponent in površine plamena z molekularno ali kinetično difuzijo, se ta vrsta zgorevanja imenuje difuzijo.

Struktura plamena difuzijskega zgorevanja je sestavljena iz treh con (slika 18):

Cona 1 vsebuje pline ali hlape. V tem območju ni izgorevanja. Temperatura ne presega 500 0 C. Pride do razgradnje, pirolize hlapnih snovi in ​​segrevanja do temperature samovžiga.

riž. 18. Struktura plamena.

V coni 2 nastane mešanica hlapov (plinov) z atmosferskim kisikom in pride do nepopolnega zgorevanja do CO z delno redukcijo na ogljik (malo kisika):

C n H m + O 2 → CO + CO 2 + H 2 O;

V 3. zunanji coni pride do popolnega zgorevanja produktov druge cone in opazimo najvišjo temperaturo plamena:

2CO+O2 =2CO2;

Višina plamena je sorazmerna z difuzijskim koeficientom in pretokom plina ter obratno sorazmerna z gostoto plina.

Vse vrste difuzijskega zgorevanja so značilne za požare.

Kinetična Zgorevanje je zgorevanje vnaprej zmešanega vnetljivega plina, pare ali prahu z oksidantom. V tem primeru je hitrost gorenja odvisna samo od fizikalno-kemijskih lastnosti gorljive zmesi (toplotna prevodnost, toplotna kapaciteta, turbulenca, koncentracija snovi, tlak itd.). Zato se hitrost gorenja močno poveča. Ta vrsta zgorevanja je neločljivo povezana z eksplozijami.

V tem primeru, ko se gorljiva mešanica vžge na kateri koli točki, se fronta plamena premakne od produktov zgorevanja v svežo mešanico. Tako je plamen pri kinetičnem gorenju največkrat nestalen (slika 19).

riž. 19. Shema širjenja plamena v gorljivi mešanici: - vir vžiga; - smer gibanja fronte plamena.

Čeprav, če najprej zmešate vnetljiv plin z zrakom in ga dovajate v gorilnik, se bo ob vžigu oblikoval stacionarni plamen, pod pogojem, da je pretok mešanice enak hitrosti širjenja plamena.

Če se hitrost dovajanja plina poveča, se plamen odcepi od gorilnika in lahko ugasne. In če se hitrost zmanjša, se bo plamen potegnil v gorilnik z možno eksplozijo.

Glede na stopnjo izgorevanja, tj. popolnost zgorevalne reakcije do končnih produktov pride do zgorevanja popolne in nepopolne.

Torej je v coni 2 (slika 18) zgorevanje nepopolno, ker Ni zadostne oskrbe s kisikom, ki se v coni 3 delno porabi in nastajajo vmesni produkti. Slednji izgorevajo v coni 3, kjer je več kisika, do popolnega zgorevanja. Prisotnost saj v dimu kaže na nepopolno zgorevanje.

Drug primer: ob pomanjkanju kisika ogljik zgori v ogljikov monoksid:

Če dodate O, gre reakcija do konca:

2СО+O 2 =2СО 2.

Hitrost gorenja je odvisna od narave gibanja plinov. Zato ločimo laminarno in turbulentno zgorevanje.

Tako je primer laminarnega zgorevanja plamen sveče v mirnem zraku. pri laminarno zgorevanje plasti plinov tečejo vzporedno, brez vrtinčenja.

Turbulentno zgorevanje– vrtinčno gibanje plinov, pri katerem se zgorevalni plini intenzivno mešajo in je fronta plamena zabrisana. Meja med temi vrstami je Reynoldsov kriterij, ki označuje razmerje med vztrajnostnimi silami in silami trenja v toku:

kje: u- hitrost pretoka plina;

n- kinetična viskoznost;

l– značilnost linearna dimenzija.

Reynoldsovo število, pri katerem pride do prehoda laminarne mejne plasti v turbulentno, se imenuje kritično Re cr, Re cr ~ 2320.

Turbulenca poveča hitrost zgorevanja zaradi intenzivnejšega prenosa toplote iz produktov zgorevanja na svežo zmes.

4.4. Normalno zgorevanje.

Odvisno od hitrosti širjenja plamena med kinetičnim gorenjem lahko pride do normalnega gorenja (v nekaj m/s), eksplozivne deflagracije (desetine m/s) ali detonacije (tisoč m/s). Te vrste zgorevanja se lahko preoblikujejo druga v drugo.

Normalno zgorevanje– to je gorenje, pri katerem pride do širjenja plamena brez zunanjih motenj (turbulence ali spremembe tlaka plina). Odvisno je samo od narave vnetljive snovi, tj. toplotni učinek, toplotna prevodnost in koeficienti difuzije. Zato je fizikalna konstanta zmesi določene sestave. V tem primeru je hitrost gorenja običajno 0,3-3,0 m/s. Zgorevanje se imenuje normalno, ker je vektor hitrosti njegovega širjenja pravokoten na fronto plamena.

4.5. Deflagracijsko (eksplozivno) zgorevanje.

Normalno zgorevanje je nestabilno in se v zaprtem prostoru rado samopospeši. Razlog za to je ukrivljenost čela plamena zaradi trenja plina ob stene posode in spremembe tlaka v mešanici.

Oglejmo si postopek širjenja plamena v cevi (slika 20).

riž. 20. Shema pojava eksplozivnega izgorevanja.

Sprva se na odprtem koncu cevi plamen širi z normalno hitrostjo, ker produkti zgorevanja se prosto širijo in izstopajo. Tlak mešanice se ne spremeni. Trajanje enakomernega širjenja plamena je odvisno od premera cevi, vrste goriva in njegove koncentracije.

Ko se fronta plamena premika znotraj cevi, reakcijski produkti, ki imajo večjo prostornino v primerjavi z začetno mešanico, nimajo časa, da bi ušli ven in njihov tlak se poveča. Ta pritisk začne pritiskati v vse smeri, zato se pred fronto plamena začetna mešanica začne premikati proti širjenju plamena. Plasti, ki mejijo na stene, so zavirane. Plamen ima največjo hitrost v središču cevi, najpočasnejšo pa ob stenah (zaradi odvajanja toplote v njih). Zato se fronta plamena razširi v smeri širjenja plamena, njegova površina pa se poveča. Sorazmerno s tem se poveča količina gorljive mešanice na časovno enoto, kar povzroči povečanje tlaka, to pa poveča hitrost gibanja plina itd. Tako pride do plazovitega povečanja hitrosti širjenja plamena na stotine metrov na sekundo.

Proces širjenja plamena skozi gorljivo plinsko zmes, pri katerem se samopospešujoča reakcija gorenja širi zaradi segrevanja s toplotnim prevodom iz sosednje plasti reakcijskih produktov, imenujemo deflagracija. Običajno so stopnje zgorevanja pri deflagraciji podzvočne, tj. manj kot 333 m/s.

4.6. Detonacijsko zgorevanje.

Če upoštevamo zgorevanje gorljive zmesi plast za plastjo, se kot posledica toplotnega raztezanja prostornine produktov zgorevanja vsakič pojavi kompresijski val pred fronto plamena. Vsak naslednji val, ki se premika skozi gostejši medij, dohiti prejšnjega in se nanj nanese. Postopoma se ti valovi združijo v en udarni val (slika 21).

riž. 21. Shema nastajanja detonacijskega 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.

V udarnem valu se zaradi adiabatne kompresije gostota plinov takoj poveča in temperatura se dvigne na T 0 za samovžig. Zaradi tega se gorljiva mešanica vžge z udarnim valom in detonacija– širjenje izgorevanja z vžigom z udarnim valom. Detonacijski val ne ugasne, ker poganjajo udarni valovi iz plamena, ki se premika za njim.

Posebnost detonacije je, da se pojavi pri nadzvočni hitrosti 1000-9000 m/s, ki je določena za vsako sestavo zmesi in je zato fizikalna konstanta zmesi. Odvisno je samo od kalorične vsebnosti gorljive mešanice in toplotne kapacitete produktov zgorevanja.

Srečanje udarnega vala z oviro povzroči nastanek odbitega udarnega vala in še večji pritisk.

Detonacije je največ nevaren pogled razširil plamen, saj ima največjo moč eksplozije (N=A/t) in ogromno hitrost. V praksi lahko detonacijo "nevtraliziramo" le v preddetonacijskem delu, tj. na razdalji od mesta vžiga do mesta, kjer pride do detonacijskega zgorevanja. Pri plinih je dolžina tega odseka od 1 do 10 m.

Pri gorenju trdno gorivo Pred samo kemično reakcijo poteka postopek dovajanja oksidanta na reakcijsko površino. Posledično je proces zgorevanja trdnega goriva kompleksen heterogen fizikalno-kemijski proces, sestavljen iz dveh stopenj: dovajanje kisika na površino goriva s turbulentno in molekularno difuzijo ter kemična reakcija na njej.

Razmislimo o splošni teoriji heterogenega zgorevanja na primeru zgorevanja sferičnega ogljikovega delca, pri čemer upoštevamo naslednje pogoje. Koncentracija kisika na celotni površini delca je enaka; hitrost reakcije kisika z ogljikom je sorazmerna s koncentracijo kisika na površini, to pomeni, da poteka reakcija prvega reda, ki je najverjetnejša za heterogene procese; reakcija poteka na površini delca s tvorbo končnih produktov zgorevanja, sekundarnih reakcij v volumnu, pa tudi na površini delca ni.

V tako poenostavljenem primeru lahko hitrost zgorevanja ogljika predstavljamo kot odvisno od hitrosti njegovih dveh glavnih stopenj, in sicer od hitrosti dovajanja kisika na medfazno površino in od hitrosti same kemične reakcije, ki poteka na površini. delca. Kot rezultat medsebojnega delovanja teh procesov nastane dinamično ravnotežno stanje med količino kisika, dobavljenega z difuzijo, in porabljenega za kemijsko reakcijo pri določeni vrednosti njegove koncentracije na površini ogljika.

Določena hitrost kemijske reakcije /(°2 g kisika/(cm2-s).

Kako lahko količino kisika, ki jo porabi enota reakcijske površine na enoto časa, izrazimo na naslednji način:

V enačbi:

K je konstanta hitrosti kemijske reakcije;

Oc je koncentracija kisika na površini delca.

Po drugi strani pa je hitrost gorenja enaka specifičnemu toku

Znoj na reakcijsko površino, dostavljen z difuzijo:

K°" = ad(C, - C5). (15-2)

V enačbi:

Ad - koeficient difuzijske izmenjave;

Co je koncentracija kisika v toku, v katerem zgori ogljikov delec.

Če nadomestimo vrednost St, dobljeno iz enačbe (15-1), v enačbo (15-2), dobimo naslednji izraz za hitrost heterogenega zgorevanja v smislu količine kisika, porabljenega na enoto površine delca na enoto čas:

". С°, ■’ (15-3)

Označevanje z

Kkazh - - C - , (15-4)

Izraz (15-3) lahko predstavimo kot

/<°’ = /СкажС„. (15-5)

Po svoji zgradbi je izraz (15-5) podoben kinetični enačbi (15-1) reakcije prvega reda. V njej je konstanta hitrosti reakcije "£ nadomeščena s koeficientom Kkaz, ki je odvisen tako od reakcijskih lastnosti goriva kot od vzorcev prenosa in se zato imenuje navidezna konstanta hitrosti zgorevanja trdnega ogljika.

Hitrost kemičnih reakcij zgorevanja je odvisna od narave goriva in fizikalnih pogojev: koncentracije reagirajočega plina na površini, temperature in tlaka. Temperaturna odvisnost hitrosti kemijske reakcije je najmočnejša v območju nizkih temperatur, hitrost kemijske reakcije pa je mnogokrat manjša od hitrosti, pri kateri se kisik lahko dovaja z difuzijo proces zgorevanja je omejen s hitrostjo same kemične reakcije in ni odvisen od pogojev dovoda kisika, to je hitrosti pretoka zraka, velikosti delcev itd. Zato se to območje heterogenega zgorevanja imenuje kinetično.

V kinetičnem območju zgorevanja ad>-£, zato lahko v formuli (15-3) vrednost 1/ad zanemarimo v primerjavi z 1/& in dobimo:

K°32 = kC0. (15-6)

Ravnotežje med količino kisika, dobavljenega z difuzijo in porabljenega za reakcijo, se vzpostavi pri majhnem gradientu njegove koncentracije, zaradi česar se vrednost koncentracije kisika na reakcijski površini malo razlikuje od njegove vrednosti v toku. pri visoke temperature do kinetičnega zgorevanja lahko pride pri visokih hitrostih zračnega toka in majhnih velikostih delcev goriva, torej ob takšnem izboljšanju pogojev za oskrbo s kislo vodo, ko je slednjo mogoče znatno dovajati več"v primerjavi z zahtevo po kemični reakciji.

Različne regije heterogenega zgorevanja so grafično prikazane na sl. 15-1. Kinetično območje I je označeno s krivuljo 1, ki kaže, da z naraščanjem temperature hitrost zgorevanja močno narašča po Arrheniusovem zakonu.

Pri določeni temperaturi postane hitrost kemijske reakcije sorazmerna s hitrostjo dovajanja kisika na reakcijsko površino, nato pa postane hitrost zgorevanja odvisna ne le od hitrosti kemijske reakcije, temveč tudi od hitrosti dovajanja kisika. V tem območju, imenovanem vmesni (sl. 15-1, območje II, krivulja 1-2), sta hitrosti teh dveh stopenj primerljivi, nobene od njiju ni mogoče zanemariti, zato je hitrost zgorevalnega procesa določena s formulo ( 15-3). Z naraščanjem temperature se stopnja zgorevanja povečuje, vendar v manjši meri kot v kinetičnem območju, njena rast pa se postopoma upočasnjuje in na koncu doseže svoj maksimum ob prehodu v difuzno območje (slika 15-1, območje III, krivulja 2- 3), ostanejo neodvisni od temperature. Pri višjih temperaturah v tem območju se hitrost kemične reakcije toliko poveča, da z difuzijo doveden kisik takoj vstopi v kemično reakcijo, zaradi česar postane koncentracija kisika na površini skoraj enaka nič. V formuli (15-3) lahko zanemarimo vrednost 1/& v primerjavi z 1/ad, potem ugotovimo, da je hitrost zgorevanja določena s hitrostjo difuzije kisika na reakcijsko površino, tj.

Zato se to območje zgorevanja imenuje difuzija. V območju difuzije je hitrost gorenja praktično neodvisna od lastnosti goriva in temperature. Vpliv temperature vpliva samo na spremembe fizikalnih konstant. V tem območju na hitrost zgorevanja močno vplivajo pogoji dovajanja kisika, in sicer hidrodinamični dejavniki: relativna hitrost toka plina in velikost delcev goriva. Z večanjem hitrosti pretoka plina in zmanjševanjem velikosti delcev, to je s pospeševanjem dovajanja kisika, se stopnja difuzijskega zgorevanja povečuje.

Med procesom zgorevanja se vzpostavi dinamično ravnotežje med kemičnim procesom porabe kisika in difuzijskim procesom njegovega dovajanja pri določeni koncentraciji kisika na reakcijski površini. Koncentracija kisika na površini delca je odvisna od razmerja hitrosti teh dveh procesov; če prevladuje hitrost difuzije, se bo približala koncentraciji v toku, povečanje hitrosti kemijske reakcije pa povzroči njeno zmanjšanje.

Proces zgorevanja, ki poteka v difuzijskem območju, se lahko premakne v vmesno (krivulja 1"-2") ali celo v kinetično območje, ko se difuzija poveča, na primer, ko se poveča pretok ali zmanjša velikost delcev.

Tako se s povečanjem pretoka plina in prehodom na majhne delce proces premakne v smeri kinetičnega zgorevanja. Zvišanje temperature premakne proces v smeri difuzijskega gorenja (slika 15-1, krivulja 2"-3").

Pojav heterogenega zgorevanja na določenem območju za vsak posamezen primer je odvisen od teh specifičnih pogojev. Glavna naloga proučevanja procesa heterogenega zgorevanja je določitev območij zgorevanja in prepoznavanje kvantitativnih vzorcev za vsako področje.

Splošne informacije o zgorevanju. Homogeno in heterogeno zgorevanje

Gorenje je intenzivna kemična oksidacijska reakcija, ki jo spremljata sproščanje toplote in žarenja. Do zgorevanja pride v prisotnosti vnetljive snovi, oksidanta in vira vžiga. Kisik lahko deluje kot oksidant v procesu gorenja. dušikova kislina, natrijev peroksid, bertholletova sol, perklorati, nitro spojine itd. Kot gorivo - veliko organske spojine, žveplo, vodikov sulfid, pirit, večina kovin v prosti obliki, ogljikov monoksid, vodik itd. Gorenje se razlikuje tudi po hitrosti širjenja plamena in glede na ta faktor je lahko: - deflacijsko (hitrost plamena v nekaj metrih) na sekundo); -eksploziven (hitrost plamena do sto metrov na sekundo); - detonacija (hitrost plamena reda tisoč metrov na sekundo). Homogeno zgorevanje. Pri homogenem zgorevanju so izhodne snovi in ​​produkti zgorevanja v enakem agregatnem stanju. Ta vrsta vključuje zgorevanje plinskih mešanic (zemeljski plin, vodik ipd. z oksidantom - običajno zračni kisik), zgorevanje neuplinljivih kondenziranih snovi (npr. termiti - mešanice aluminija z oksidi različnih kovin), kot tudi izotermno zgorevanje - širjenje verižne razvejane reakcije v mešanici plinov brez znatnega segrevanja. Pri zgorevanju kondenziranih snovi, ki se ne uplinjajo, običajno ne pride do difuzije in proces širjenja zgorevanja poteka le kot posledica toplotne prevodnosti. Nasprotno, pri eksotermnem zgorevanju je glavni proces prenosa difuzija. Heterogeno zgorevanje. Pri heterogenem zgorevanju so izhodne snovi (na primer trdno ali tekoče gorivo in plinasti oksidant) v različnih agregatna stanja. Najpomembnejši tehnološki procesi heterogeno zgorevanje - zgorevanje premoga, kovin, izgorevanje tekoča goriva v oljnih pečeh, motorjih notranje zgorevanje, zgorevalne komore raketnih motorjev. Heterogeni proces zgorevanja je običajno zelo zapleten. Kemično pretvorbo spremlja drobljenje gorljive snovi in ​​njen prehod v plinasto fazo v obliki kapljic in delcev, nastanek oksidnih filmov na kovinskih delcih, turbulizacija zmesi itd. Homogeno zgorevanje: sestavine gorljivega zmes je v plinastem stanju. Poleg tega, če so komponente mešane, se zgorevanje imenuje kinetično. Če - ni mešano - difuzijsko zgorevanje. Heterogeno zgorevanje: zanj je značilna prisotnost faznega ločevanja v gorljivi mešanici (zgorevanje tekočih in trdnih gorljivih snovi v plinastem oksidantu).