Fizikalne pojave, navedene v prejšnjem razdelku, opazimo v najrazličnejših procesih, ki se razlikujejo tako po naravi kemijskih reakcij kot po agregatnem stanju snovi, ki sodelujejo pri gorenju.

Obstajajo homogeno, heterogeno in difuzijsko zgorevanje.

Homogeno zgorevanje vključuje predhodno mešane pline. Številni primeri homogenega zgorevanja so procesi zgorevanja plinov ali hlapov, pri katerih je oksidant atmosferski kisik: zgorevanje zmesi vodika, zmesi ogljikovega monoksida in ogljikovodikov z zrakom. V praktično pomembnih primerih pogoj popolnega predhodnega mešanja ni vedno izpolnjen. Zato so vedno možne kombinacije homogenega zgorevanja z drugimi vrstami zgorevanja.

Homogeno zgorevanje se lahko izvaja v dveh režimih: laminarnem in turbulentnem. Turbulenca pospeši proces zgorevanja zaradi razdrobljenosti fronte plamena na ločene fragmente in s tem povečanja kontaktne površine reaktantov v primeru velike turbulence ali pospeševanja procesov prenosa toplote in mase v plamenu spredaj v primeru turbulence majhnega obsega. Za turbulentno zgorevanje je značilna samopodobnost: turbulentni vrtinci povečajo hitrost zgorevanja, kar povzroči povečanje turbulence.

Vsi parametri homogenega zgorevanja se kažejo tudi v procesu, pri katerem oksidant ni kisik, temveč drugi plini. Na primer fluor, klor ali brom.

Med požari so najpogostejši procesi difuzijskega zgorevanja. V njih so vsi reaktanti v plinski fazi, vendar niso predhodno pomešani. Pri zgorevanju trdnih tekočin poteka proces oksidacije goriva v plinski fazi sočasno s procesom izhlapevanja tekočine (oz. razgradnje trdnega materiala) in s procesom mešanja.

Najenostavnejši primer difuzijskega zgorevanja je zgorevanje zemeljskega plina v plinskem gorilniku. Pri požarih se uresničuje način turbulentnega difuzijskega gorenja, ko je hitrost gorenja določena s hitrostjo turbulentnega mešanja.

Razlikujemo med makromešanjem in mikromešanjem. Proces turbulentnega mešanja vključuje zaporedno drobljenje plina: na vedno manjše prostornine in njihovo medsebojno mešanje. Na zadnji stopnji pride do končnega molekularnega mešanja z molekularno difuzijo, katere stopnja narašča, ko se stopnja fragmentacije zmanjšuje. Po končanem makromešanju je hitrost gorenja določena s procesi mikromešanja v majhnih količinah goriva in zraka.

Na vmesniku pride do heterogenega zgorevanja. V tem primeru je ena od reagirajočih snovi v kondenziranem stanju, druga (običajno atmosferski kisik) vstopi zaradi difuzije plinske faze. Predpogoj za heterogeno zgorevanje je zelo visoko vrelišče (oz. razpad) kondenzirane faze. Če ta pogoj ni izpolnjen, pred zgorevanjem sledi izhlapevanje ali razgradnja. S površine tok pare ali plinastih produktov razgradnje vstopi v zgorevalno območje, zgorevanje pa se pojavi v plinski fazi. Takšno zgorevanje lahko pripišemo difuzijsko kvaziheterogenemu, vendar ne popolnoma heterogenemu, saj proces zgorevanja ne poteka več na fazni meji. Razvoj takega zgorevanja poteka zaradi toplotnega toka od plamena do površine materiala, ki zagotavlja nadaljnje izhlapevanje ali razgradnjo in pretok goriva v območje zgorevanja. V takšnih situacijah pride do mešanega primera, ko reakcije zgorevanja delno potekajo heterogeno - na površini kondenzirane faze, delno homogeno - v prostornini mešanice plinov.

Primer heterogenega zgorevanja je zgorevanje premoga in oglja. Med zgorevanjem teh snovi potekata dve vrsti reakcij. Nekatere vrste premoga pri segrevanju oddajajo hlapne sestavine. Pred zgorevanjem takšnih premogov poteka njihova delna termična razgradnja s sproščanjem plinastih ogljikovodikov in vodika, ki zgorijo v plinski fazi. Poleg tega lahko pri zgorevanju čistega ogljika nastane ogljikov monoksid CO, ki v veliki meri zgori. Z zadostnim presežkom zraka in visoko temperaturo površine premoga se množične reakcije odvijajo tako blizu površine, da v določenem približku daje razlog, da se tak proces obravnava kot heterogen.

Primer resnično heterogenega zgorevanja je zgorevanje ognjevzdržnih nehlapnih kovin. Ti procesi so lahko zapleteni zaradi tvorbe oksidov, ki prekrijejo gorečo površino in preprečijo stik s kisikom. Z veliko razliko v fizikalno-kemijskih lastnostih med kovino in njenim oksidom se oksidni film med zgorevanjem razpoči in zagotovljen je dostop kisika do območja zgorevanja.

Heterogeno zgorevanje - tekoče in trdne gorljive snovi v plinastem oksidantu. Za heterogeno zgorevanje tekočih snovi je zelo pomembno njihovo izhlapevanje. Heterogeno zgorevanje hlapnih gorljivih snovi se praktično nanaša na homogeno zgorevanje, ker takšna vnetljiva sredstva imajo čas, da popolnoma ali skoraj popolnoma izhlapijo pred vžigom. V tehniki je zelo pomembno heterogeno zgorevanje trdnih goriv, ​​predvsem premogov, ki vsebujejo tudi določeno količino organskih snovi, ki pri segrevanju goriva razpadejo in se sproščajo v obliki hlapov in plinov. Toplotno nestabilen del goriva se običajno imenuje hlapljiv in hlapljiv. Pri počasnem segrevanju opazimo jasno stopnjo začetka zgorevalne faze - najprej hlapne komponente in njihov vžig, nato vžig in zgorevanje trdne snovi, tako imenovanega koksnega ostanka, ki poleg ogljika vsebuje mineralni del goriva - pepel.
Poglej tudi:
-
-
-
-

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

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

heterogeno zgorevanje- Zgorevanje tekočine in TV. gorljive stvari v plinastem. oksidant. Za tekoče snovi je zelo pomemben proces njihovega izhlapevanja. G. lahko hlapečih gorljivih stvari v praksi. nanaša na homogeno mesto, saj take gorljive stvari že prej ... ... Priročnik tehničnega prevajalca

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

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

zgorevanje- kompleksna, hitro tekoča kemična transformacija, ki jo spremlja sproščanje znatne količine toplote in običajno svetel sij (plamen). V večini primerov G. 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; in. zgorevanje) hitro potekajoča oksidacijska reakcija, ki jo spremlja sproščanje sredstva. količina toplote; običajno spremlja svetel sij (plamen). V večini primerov… … Geološka enciklopedija

zgorevanje- eksotermna oksidacijska reakcija vnetljive snovi, ki jo praviloma spremljata vidno elektromagnetno sevanje in emisija dima. G. temelji na interakciji vnetljive snovi z oksidantom, najpogosteje s kisikom v zraku. Razlikovati…… Ruska enciklopedija varstva dela

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

ZGOREVANJE- kompleksna, hitro tekoča kem. transformacija, ki jo spremlja sproščanje toplote. Običajno se pojavi v sistemih, ki vsebujejo gorivo (npr. premog, zemeljski plin) in oksidant (kisik, zrak itd.). Lahko je homogen (vnaprej ... ... Veliki enciklopedični politehnični slovar

Zgorevanje plinov in hlapnih gorljivih snovi v plinastem oksidantu. Za začetek gorenja je potreben začetni energijski impulz. Razlikovati med samim in prisilnim vžigom ali vžigom; normalno se širi... Enciklopedični slovar metalurgije

knjige

• Heterogeno zgorevanje delcev trdnega goriva, Gremjačkin Viktor Mihajlovič. Upoštevane so teoretične osnove procesov zgorevanja delcev trdnih goriv, ​​ki ne vključujejo le tradicionalnih ogljikovodikov, ki vsebujejo ogljik, temveč tudi kovinske delce, ki…

eksplozija kisika pri zgorevanju

Homogeno zgorevanje vključuje predhodno mešane pline. Številni primeri homogenega zgorevanja so procesi zgorevanja plinov ali hlapov, pri katerih je oksidant atmosferski kisik: zgorevanje zmesi vodika, zmesi ogljikovega monoksida in ogljikovodikov z zrakom. V praktično pomembnih primerih pogoj popolnega predhodnega mešanja ni vedno izpolnjen. Zato so vedno možne kombinacije homogenega zgorevanja z drugimi vrstami zgorevanja.

Homogeno zgorevanje se lahko izvaja v dveh načinih: laminarno in turbulentno. Turbulenca pospeši proces zgorevanja zaradi razdrobljenosti fronte plamena na ločene fragmente in s tem povečanja kontaktne površine reaktantov z veliko turbulenco ali pospeševanjem procesov prenosa toplote in mase na fronti plamena z majhnimi -turbulenca lestvice. Za turbulentno zgorevanje je značilna samopodobnost: turbulentni vrtinci povečajo hitrost zgorevanja, kar povzroči povečanje turbulence.

Vsi parametri homogenega zgorevanja se kažejo tudi v procesih, pri katerih oksidant ni kisik, temveč drugi plini. Na primer fluor, klor ali brom.

Na vmesniku pride do heterogenega zgorevanja. V tem primeru je ena od reagirajočih snovi v kondenziranem stanju, druga (običajno atmosferski kisik) vstopi zaradi difuzije plinske faze. Predpogoj za heterogeno zgorevanje je zelo visoko vrelišče (oz. razpad) kondenzirane faze. Če ta pogoj ni izpolnjen, pred zgorevanjem sledi izhlapevanje ali razgradnja. S površine tok pare ali plinastih produktov razgradnje vstopi v zgorevalno območje, zgorevanje pa se pojavi v plinski fazi. Takšno zgorevanje lahko pripišemo difuzijsko kvaziheterogenemu, vendar ne popolnoma heterogenemu, saj proces zgorevanja ne poteka več na fazni meji. Razvoj takega zgorevanja poteka zaradi toplotnega toka od plamena do površine materiala, ki zagotavlja nadaljnje izhlapevanje ali razgradnjo in pretok goriva v območje zgorevanja. V takšnih situacijah pride do mešanega primera, ko reakcije zgorevanja delno potekajo heterogeno - na površini kondenzirane faze, delno homogeno - v prostornini mešanice plinov.

Primer heterogenega zgorevanja je zgorevanje premoga in oglja. Med zgorevanjem teh snovi potekata dve vrsti reakcij. Nekatere vrste premoga pri segrevanju oddajajo hlapne sestavine. Pred zgorevanjem takšnih premogov poteka njihova delna termična razgradnja s sproščanjem plinastih ogljikovodikov in vodika, ki zgorijo v plinski fazi. Poleg tega lahko pri zgorevanju čistega ogljika nastane ogljikov monoksid CO, ki v veliki meri zgori. Z zadostnim presežkom zraka in visoko temperaturo površine premoga se množične reakcije odvijajo tako blizu površine, da v določenem približku daje razlog, da se tak proces obravnava kot heterogen.

Primer resnično heterogenega zgorevanja je zgorevanje ognjevzdržnih nehlapnih kovin. Ti procesi so lahko zapleteni zaradi tvorbe oksidov, ki prekrijejo gorečo površino in preprečijo stik s kisikom. Z veliko razliko v fizikalno-kemijskih lastnostih med kovino in njenim oksidom se oksidni film med zgorevanjem razpoči in zagotovljen je dostop kisika do območja zgorevanja.

Tema 4. VRSTE GORENJA.

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

Glede na agregatno stanje gorljive snovi:

Goreči plini;

Zgorevanje tekočin in taljenje trdnih snovi;

Zgorevanje neporabljivih trdnih prahu podobnih in kompaktnih snovi.

Glede na fazno sestavo komponent:

homogeno zgorevanje;

heterogeno zgorevanje;

Goreče eksplozive.

Glede na pripravljenost gorljive mešanice:

Difuzijsko zgorevanje (požar);

Kinetično zgorevanje (eksplozija).

Glede na dinamiko fronte plamena:

Stacionarni;

Nestacionarni.

Glede na naravo gibanja plinov:

laminarno;

Turbulentno.

Glede na stopnjo zgorevanja gorljive 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 ° C. T cr je najnižja temperatura segrevanja 1 mola snovi v zaprti posodi, pri kateri se popolnoma spremeni v paro (glej odstavek 2.3).

2. Tekočine so snovi s tališčem (kapališčem) manj kot 50 °C (glej § 2.5).

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

4. Prah so trdni delci z velikostjo delcev manj kot 0,85 mm.

Območje, v katerem poteka kemična reakcija v gorljivi mešanici, tj. zgorevanje imenujemo fronta plamena.

Razmislite o procesih zgorevanja v zraku na primerih.

Zgorevanje plinov v plinskem gorilniku. Obstajajo 3 območja plamena (slika 12.):

riž. 12. Shema zgorevanja plina: 1 - prozoren stožec - to je začetni plin, ki se segreva (do temperature samovžiga); 2 – svetlobno območje fronte plamena; 3 - produkti zgorevanja (so skoraj nevidni med popolnim zgorevanjem plinov in zlasti med zgorevanjem vodika, ko saje ne nastajajo).

Širina fronte plamena v plinskih mešanicah je desetine delcev milimetra.

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

riž. 13. Gorenje tekočine: 1 - tekočina; 2 - tekoča para (temna območja); 3 - plamen sprednji del; 4 - produkti zgorevanja (dim).

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

Zgorevanje talilnih trdnih snovi. Razmislite o zažiganju sveče. V tem primeru opazimo 6 con (slika 14):

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

Goreči stenj služi za stabilizacijo gorenja. Tekočina se vpije vanj, se dviga po njem, izhlapi in zgori. Širina fronte plamena se poveča, kar poveča območje svetilnosti, saj se uporabljajo bolj zapleteni ogljikovodiki, ki se z izhlapevanjem razgradijo in nato reagirajo.

Zgorevanje neporabljenih trdnih snovi. To vrsto zgorevanja bomo obravnavali na primeru gorenja vžigalice in cigarete (sl. 15 in 16).

Tukaj je tudi 5 parcel:

riž. 15. Kurjenje vžigalice: 1 - svež les; 2 - zoglenel les; 3 - plini (uplinjene ali izparele hlapne snovi) - to je temno prozorno območje; 4 - sprednji del 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 - začetna mešanica tobaka; 2 - območje tlenja brez fronte plamena; 3 - dim, tj. 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 (1-2%). Dim je moder, ne črn. To pomeni, da vsebuje več uplinjenih in ne 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, na filtru se kondenzirajo hlapi hlapnih smolnatih snovi.

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

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

Izgorevanje prašnih snovi. Zgorevanje prašne plasti poteka na enak način kot v kompaktnem stanju, le hitrost zgorevanja se poveča zaradi povečanja kontaktne površine z zrakom.

Izgorevanje prahu podobnih snovi v obliki zračnega vzmetenja (oblaka prahu) lahko poteka v obliki isker, tj. zgorevanje posameznih delcev, v primeru nizke vsebnosti hlapljivih snovi, ki pri izhlapevanju ne morejo tvoriti zadostne količine plinov za eno samo fronto plamena.

Če nastane zadostna količina uplinjenih hlapnih snovi, pride do gorenja s plamenom.

Goreče eksplozive. Sem sodi zgorevanje razstreliva in smodnika, tako imenovanih zgoščenih snovi, v katerih sta gorivo in oksidant že kemično ali mehansko vezana. Na primer: v trinitrotoluenu (TNT) C 7 H 5 O 6 N 3 × C 7 H 5 × 3NO 2, O 2 in NO 2 služijo kot oksidanti; v sestavi smodnika - žveplo, soliter, premog; kot del domačega razstreliva, aluminijev prah in amonijev nitrat, vezivo - sončno olje.

4.2. Homogeno in heterogeno zgorevanje.

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

1. Homogeno zgorevanje plini in hlapi gorljivih snovi v okolju plinastega oksidanta. Tako reakcija zgorevanja poteka v sistemu, sestavljenem iz ene faze (agregatnega stanja).

2. Heterogeno zgorevanje trdne gorljive snovi v plinastem okolju oksidanta. V tem primeru reakcija poteka na meji, medtem ko homogena reakcija poteka po celotnem volumnu.

To je izgorevanje kovin, grafita, tj. praktično nehlapnih materialov. Številne plinske reakcije so homogeno-heterogene narave, ko je možnost nastanka homogene reakcije posledica izvora istočasno 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 za produkte reakcije.

Na primer, heterogena reakcija spontanega zgorevanja premoga preide v homogeno fazo zgorevanja hlapnih snovi. Ostanki koksa gori heterogeno.

4.3. Difuzijsko in kinetično zgorevanje.

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

Upoštevane vrste zgorevanja (razen za eksplozive) so difuzijsko zgorevanje. Plamen, tj. območje zgorevanja mešanice goriva z zrakom, da se zagotovi stabilnost, mora biti nenehno napajano z gorivom in kisikom v zraku. Pretok gorljivega plina je odvisen samo od hitrosti njegovega dovajanja v območje zgorevanja. Hitrost vstopa gorljive tekočine je odvisna od intenzivnosti njenega izhlapevanja, tj. na parni tlak nad površino tekočine in posledično na temperaturo tekočine. Temperatura vžiga imenovana 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, ki ji sledi vžig 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 na enostavnejše (koksanje 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 nastajanje plinov, ki se vnamejo in gorijo. Toplota iz bakle segreje trdno fazo, povzroči njeno uplinjanje in proces se ponavlja ter tako podpira gorenje.

Model zgorevanja trdne snovi predvideva prisotnost naslednjih faz (slika 17):

riž. 17. Model zgorevanja

trdna.

Segrevanje 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 gorljive snovi;

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

Plamen ali reakcijsko območje v plinski fazi, v katerem poteka pretvorba produktov pirolize v plinaste produkte zgorevanja;

produkti zgorevanja.

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

Na splošno, ker je hitrost kemijske reakcije v območju zgorevanja pri obravnavanih vrstah zgorevanja odvisna od hitrosti prihoda 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 preseže 500 0 C. Pride do razgradnje, pirolize hlapnih snovi in ​​segrevanja do temperature samovžiga.

riž. 18. Zgradba 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 so izdelki druge cone popolnoma zgoreli in opazimo najvišjo temperaturo plamena:

2CO+O 2 \u003d 2CO 2;

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

Vse vrste difuzijskega zgorevanja so značilne za požare.

Kinetična zgorevanje je zgorevanje predhodno mešanih gorljivih plinov, hlapov ali prahu z oksidacijskim sredstvom. 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 zmes na neki točki vžge, se fronta plamena premakne od produktov izgorevanja v svežo zmes. 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 se vnetljivi plin pomeša z zrakom in dovaja v gorilnik, potem med vžigom nastane stacionarni plamen, pod pogojem, da je hitrost dovajanja mešanice enaka hitrosti širjenja plamena.

Če se količina plina poveča, se plamen odtrga od gorilnika in lahko ugasne. In če se hitrost zmanjša, se bo plamen potegnil v notranjost gorilnika z možno eksplozijo.

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

Torej je v coni 2 (slika 18) zgorevanje nepopolno, ker dovaja se premalo kisika, ki se delno porabi v coni 3 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:

2CO + O 2 \u003d 2CO 2.

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

Torej, primer laminarnega zgorevanja je plamen sveče v mirujočem zraku. pri laminarno zgorevanje plasti plinov tečejo vzporedno, vendar brez vrtinčenja.

Turbulentno zgorevanje- vrtinčno gibanje plinov, pri katerem se goreči plini intenzivno mešajo, fronta plamena pa se izpira. Meja med temi vrstami je Reynoldsov kriterij, ki označuje razmerje med silami vztrajnosti in silami trenja v toku:

kje: u- pretok plina;

n- kinetična viskoznost;

l- značilna linearna velikost.

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 zgorevanjem lahko pride do normalnega zgorevanja (v nekaj m / s) ali eksplozivne deflagracije (desetine m / s) ali detonacije (tisoč m / s). Te vrste zgorevanja lahko prehajajo druga v drugo.

Normalno gorenje- to je zgorevanje, pri katerem pride do širjenja plamena brez zunanjih motenj (turbulence ali spremembe tlaka plina). Odvisno je samo od narave gorljive snovi, tj. toplotni učinek, koeficienti toplotne prevodnosti in difuzije. Zato je fizikalna konstanta zmesi določene sestave. V tem primeru je hitrost gorenja običajno 0,3-3,0 m/s. Normalno zgorevanje se imenuje zato, 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.

Razmislite o procesu širjenja plamena v cevi (slika 20).

riž. 20. Shema pojava eksplozivnega zgorevanja.

Prvič, na odprtem koncu cevi se 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 iti ven in njihov tlak se poveča. Ta tlak začne pritiskati v vse smeri, zato se pred fronto plamena začetna mešanica začne premikati v smeri širjenja plamena. Plasti, ki mejijo na stene, so upočasnjene. Plamen ima največjo hitrost v središču cevi, najmanjšo 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, nato pa poveča hitrost gibanja plina itd. Tako prihaja do plazovitega povečanja hitrosti širjenja plamena do sto metrov na sekundo.

Proces širjenja plamena skozi gorljivo plinsko mešanico, pri katerem se samopospešujoča reakcija gorenja širi zaradi segrevanja s prevajanjem toplote iz sosednje plasti reakcijskih produktov, imenujemo deflagracija. Običajno so hitrosti deflagracijskega zgorevanja podzvočne, tj. manj kot 333 m/s.

4.6. detonacijsko zgorevanje.

Če upoštevamo zgorevanje gorljive zmesi v plasteh, potem kot posledica toplotnega raztezanja prostornine produktov zgorevanja, vsakič, ko se pred fronto plamena pojavi kompresijski val. 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 samovžiga. 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.

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

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

Detonacija je najnevarnejša oblika širjenja plamena, 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 detonacijskega zgorevanja. Pri plinih je dolžina tega odseka od 1 do 10 m.

Pri zgorevanju trdnega goriva 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.

Oglejmo si splošno teorijo heterogenega zgorevanja na primeru zgorevanja sferičnega ogljikovega delca ob predpostavki naslednjih pogojev. Koncentracija kisika na celotni površini delca je enaka; hitrost reakcije kisika z ogljikom je sorazmerna s koncentracijo kisika ob 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 pa v volumnu in tudi na površini delca ni.

V tako poenostavljeni nastavitvi 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. Zaradi medsebojnega delovanja teh procesov nastane dinamično, ravnotežno stanje med količino kisika, dovedenega z difuzijo, in porabljenega za kemijsko reakcijo kisika pri določeni vrednosti njegove koncentracije na površini ogljika.

Hitrost kemijske reakcije /(°2 g kisika/(cm2-s), določena z

Kot količino kisika, ki jo porabi enota reakcijske površine na enoto časa, jo lahko izrazimo v naslednji obliki:

V enačbi:

K je konstanta hitrosti kemijske reakcije;

Cv je koncentracija kisika na površini delca.

C. po drugi strani pa je hitrost gorenja enaka specifičnemu toku ki

Kisik na reakcijsko površino, doveden z difuzijo:

K °" \u003d ad (C, - C5). (15-2)

V enačbi:

Ad - koeficient difuzijske izmenjave;

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

Če zamenjamo vrednost Cv, dobljeno iz enačbe (15-1), v enačbo (15-2), dobimo naslednji izraz za stopnjo heterogenega zgorevanja v smislu količine kisika, ki ga porabi enota površine delcev na enoto časa :

". С°, ■' (15-3)

Označevanje skozi

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 Kkazh, ki je odvisen tako od reakcijskih lastnosti goriva kot od zakonov prenosa in se zato imenuje navidezna konstanta hitrosti gorenja trdnega ogljika.

Hitrost kemijskih 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.Pri nizkih temperaturah je hitrost kemijske reakcije nizka in glede na porabo kisika mnogokrat manjša od hitrosti, pri kateri lahko kisik dovajamo z difuzijo.Proces zgorevanja je omejen s hitrostjo same kemijske reakcije in ni odvisna od pogojev dovoda kisika, tj. 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) zanemarimo vrednost 1 / ad v primerjavi z 1 / & in potem dobimo:

K°32 = kC0. (15-6)

Ravnotežje med količino kisika, dobavljenega z difuzijo in porabljenega za reakcijo kisika, se vzpostavi pri majhnem gradientu njegove koncentracije, zaradi česar se vrednost koncentracije kisika na reakcijski površini malo razlikuje od njegove vrednosti v toku. Pri visokih temperaturah lahko pride do kinetičnega zgorevanja pri visokih pretokih zraka in majhnih velikostih delcev goriva, torej ob takšnem izboljšanju pogojev za dovajanje kisika, ko je slednjega mogoče dostaviti v veliko večji količini "v primerjavi s potrebo za kemično reakcijo.

Različna področja heterogenega zgorevanja so grafično prikazana 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 samo od hitrosti kemijske reakcije, temveč tudi od hitrosti dovajanja kisika. V tem območju, imenovanem vmesno območje (slika 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 po formuli (15-3). S povišanjem temperature se hitrost zgorevanja poveča, 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), ki ostaja neodvisen od temperature. Pri višjih temperaturah v tem območju se hitrost kemijske reakcije toliko poveča, da kisik, dobavljen z difuzijo, 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 dobimo, 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 spremembo 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. S povečanjem pretoka plina in zmanjšanjem velikosti delcev, to je s pospeškom dovajanja kisika, se stopnja difuzijskega zgorevanja poveča.

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

Proces zgorevanja, ki poteka v difuzijskem območju, lahko preide v vmesno območje (krivulja 1"-2") ali celo v kinetično območje s povečano difuzijo, na primer s povečanjem pretoka ali zmanjšanjem velikosti delcev.

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

Potek heterogenega zgorevanja v eni ali drugi regiji za vsak posamezen primer je odvisen od teh posebnih pogojev. Glavna naloga proučevanja procesa heterogenega zgorevanja je določitev območij zgorevanja in prepoznavanje kvantitativnih vzorcev za vsako področje.