Önceki bölümde listelenen fiziksel olaylar, hem kimyasal reaksiyonların doğası hem de yanmaya katılan maddelerin toplanma durumu açısından farklılık gösteren çok çeşitli işlemlerde gözlemlenir.

Homojen, heterojen ve difüzyon yanması.

Homojen yanma, önceden karıştırılmış gazların yanmasını ifade eder. Homojen yanmanın çok sayıda örneği, oksitleyici maddenin atmosferik oksijen olduğu gazların veya buharların yanma süreçleridir: hidrojen karışımlarının, karbon monoksit ve hidrokarbon karışımlarının hava ile yanması. Pratik olarak önemli durumlarda), tam ön karıştırma koşulu her zaman karşılanmaz. Bu nedenle homojen yanmanın diğer yanma türleri ile kombinasyonları her zaman mümkündür.

Homojen yanma iki modda uygulanabilir: laminer ve türbülanslı. Türbülans, alev cephesinin ayrı parçalara bölünmesi ve buna bağlı olarak büyük ölçekli türbülans sırasında reaksiyona giren maddelerin temas alanının artması veya küçük alev cephesinde ısı ve kütle transfer işlemlerinin hızlanması nedeniyle yanma sürecini hızlandırır. ölçek türbülansı. Türbülanslı yanma, kendine benzerlik ile karakterize edilir: türbülanslı girdaplar yanma hızını arttırır, bu da türbülansta bir artışa yol açar.

Homojen yanmanın tüm parametreleri, oksitleyici maddenin oksijen değil diğer gazlar olduğu işlemlerde de ortaya çıkar. Örneğin flor, klor veya brom.

Yangınlar sırasında en yaygın süreç difüzyon yanmasıdır. Bunlarda reaksiyona giren tüm maddeler gaz fazındadır ancak önceden karıştırılmamıştır. Katıların sıvılarının yanması durumunda, gaz fazındaki yakıtın oksidasyon işlemi, sıvının buharlaşması (veya ayrışması) işlemiyle aynı anda gerçekleşir. sert malzeme) ve karıştırma işlemiyle.

Difüzyon yanmasının en basit örneği doğalgazın yanmasıdır. gaz ocağı. Yangınlarda türbülanslı difüzyon yanma rejimi, yanma hızı türbülanslı karışımın hızına göre belirlendiğinde gerçekleştirilir.

Makro karıştırma ve mikro karıştırma arasında bir ayrım yapılır. Türbülanslı karıştırma işlemi, gazın sırayla daha küçük hacimlere parçalanmasını ve bunların birbirleriyle karıştırılmasını içerir. Son aşamada, nihai moleküler karışım, parçalanma ölçeği azaldıkça hızı artan moleküler difüzyonla gerçekleşir. Makro karıştırmanın tamamlanmasının ardından yanma hızı, küçük hacimlerdeki yakıt ve hava içindeki mikro karıştırma işlemleriyle belirlenir.

Ara yüzeyde heterojen yanma meydana gelir. Bu durumda reaksiyona giren maddelerden biri yoğunlaşmış haldedir, diğeri (genellikle atmosferik oksijen) gaz fazı difüzyonu nedeniyle içeri girer. Gerekli koşul heterojen yanma yoğunlaştırılmış fazın çok yüksek kaynama noktasıdır (veya ayrışmasıdır). Bu koşul karşılanmazsa, yanma buharlaşma veya ayrışmadan önce gerçekleşir. Yanma bölgesine yüzeyden bir buhar veya gaz halinde ayrışma ürünleri akışı girer ve gaz fazında yanma meydana gelir. Bu yanma, difüzyon yarı-heterojen olarak sınıflandırılabilir ancak tamamen heterojen değildir çünkü yanma süreci artık faz sınırında gerçekleşmez. Bu tür bir yanmanın gelişimi nedeniyle gerçekleştirilir. ısı akışı alevden malzemenin yüzeyine kadar, bu da daha fazla buharlaşmayı veya ayrışmayı ve yakıtın yanma bölgesine akışını sağlar. Bu gibi durumlarda, yanma reaksiyonları kısmen heterojen olarak - yoğunlaşmış fazın yüzeyinde ve kısmen homojen olarak - gaz karışımının hacminde meydana geldiğinde, karışık bir durum ortaya çıkar.

Heterojen yanmaya bir örnek, taşların yanmasıdır. kömür. Bu maddeler yandığında iki tür reaksiyon meydana gelir. Bazı kömür türleri ısıtıldığında uçucu bileşenler açığa çıkarır. Bu tür kömürlerin yakılmasından önce, gaz fazında yanan gaz halindeki hidrokarbonların ve hidrojenin salınmasıyla kısmi termal ayrışma meydana gelir. Ayrıca saf karbonun yanması sırasında hacim olarak yanan karbon monoksit CO oluşabilmektedir. Yeterli hava fazlalığı ve kömür yüzeyinin yüksek sıcaklığı ile, yüzeye o kadar yakın hacimsel reaksiyonlar meydana gelir ki, belirli bir yaklaşıma göre, böyle bir işlemin heterojen olduğunu düşünmek için neden vardır.

Gerçekten heterojen yanmanın bir örneği, refrakter uçucu olmayan metallerin yanmasıdır. Bu işlemler, yanma yüzeyini kaplayan ve oksijenle teması önleyen oksitlerin oluşması nedeniyle karmaşık hale gelebilir. Yanma işlemi sırasında metal ile oksidi arasında fiziksel ve kimyasal özelliklerde büyük bir fark varsa oksit filmi çatlar ve yanma bölgesine oksijen erişimi sağlanır.

Gaz halindeki bir oksitleyicide sıvı ve katı yanıcı maddelerin heterojen yanması. Heterojen yanma için sıvı maddeler büyük değer buharlaşmaları vardır. Kolayca buharlaşan yanıcı maddelerin heterojen yanması pratikte homojen yanma anlamına gelir, çünkü Bu tür yanıcı maddelerin tutuşmadan önce bile tamamen veya neredeyse tamamen buharlaşması için zaman vardır. Teknolojide, katı yakıtın, özellikle de yakıt ısıtıldığında ayrışan ve buhar ve gaz şeklinde salınan belirli miktarda organik madde içeren kömürün heterojen yanması büyük önem taşımaktadır.
Yakıtın termal olarak kararsız kısmına genellikle uçucu ve uçucu denir. Yavaş ısıtmayla, yanma aşamasının başlangıcının net bir aşamalı modeli gözlenir - önce uçucu bileşenler ve bunların tutuşması, ardından karbona ek olarak kok kalıntısı adı verilen katının tutuşması ve yanması, yakıt külünün mineral kısmını içerir.
-
-
-
-

Ayrıca bakınız:. Ansiklopedik metalurji sözlüğü. - M.: Intermet Mühendisliği. 2000 .

Genel Yayın Yönetmeni N.P. Lyakişev

Diğer sözlüklerde “heterojen yanmanın” ne olduğunu görün: heterojen yanma - Sıvı ve katıların yanması. gaz halindeki yanıcı maddeler. oksitleyici ajan Sıvı şeylerin şehri için buharlaşma süreci büyük önem taşıyor. G. g. yanıcı maddelerin pratikte kolayca buharlaşması. homojen bir şehri ifade eder, çünkü daha önce de böyle yanıcı şeyler... ...

Diğer sözlüklerde “heterojen yanmanın” ne olduğunu görün:- Skysčio'nun ve dünyanın her yerindeki kimyasalların farklı durumları. atitikmenys: ingilizce. heterojen yanma rus. heterojen yanma... Chemijos terminų aiškinamasis žodynas

Diğer sözlüklerde “heterojen yanmanın” ne olduğunu görün:- Heterogeninis degimas statusas T sritis Energetika apibrėžtis Degimas, kai reaguojančiosios medžiagos yıl boyunca etekler bir araya toplanmış buseler ve tepkiler ve etekler, fazių sąlyčio paviršiuose. atitikmenys: ingilizce. heterojen yanma vok.… … Işıklandırma ve Markalama Teknolojileri Terminolojileri

Yanma- önemli miktarda ısının ve genellikle parlak bir parıltının (alev) salınmasıyla birlikte, karmaşık, hızlı bir şekilde meydana gelen kimyasal dönüşüm. Çoğu durumda gaz, bir maddenin ekzotermik oksidatif reaksiyonlarına dayanır. Büyük Sovyet Ansiklopedisi

Yakıt gibi bir maddenin, önemli miktarda ısı ve parlak bir parıltı (alev) açığa çıkmasıyla birlikte karmaşık, hızlı bir kimyasal dönüşümü. Çoğu durumda yanmanın temeli ekzotermiktir... ...

Yanma (reaksiyon)- (a. yanma, yanma; n. Brennen, Verbrennung; f. yanma; i. yanma) anlamın açığa çıkmasıyla birlikte hızla meydana gelen bir oksidasyon reaksiyonu. ısı miktarı; genellikle parlak bir parıltı (alev) eşlik eder. Çoğu durumda... ... Jeolojik ansiklopedi

Yanma- yanıcı bir maddenin oksidasyonunun ekzotermik reaksiyonu, genellikle gözle görülür bir şekilde eşlik eder elektromanyetik radyasyon ve dumanın serbest bırakılması. G. yanıcı bir maddenin oksitleyici bir maddeyle, çoğunlukla atmosferik oksijenle etkileşimine dayanır. Ayırt etmek... ... Rusya'nın işgücünün korunması ansiklopedisi

YANMA- karmaşık kimya sistemdeki ısının birikmesi veya reaksiyon ürünlerinin katalize edilmesiyle ilişkili, aşamalı kendi kendine hızlanma koşulları altında meydana gelen bir reaksiyon. G. ile yüksek (birkaç bin K'ye kadar) sıcaklıklara ulaşılabilir ve bu sıklıkla meydana gelir... ... Fiziksel ansiklopedi

YANMA- karmaşık, hızlı akan kimyasal ısı salınımının eşlik ettiği dönüşüm. Tipik olarak yakıt (örneğin kömür, doğal gaz) ve oksitleyici (oksijen, hava vb.) içeren sistemlerde meydana gelir. Homojen olabilir (önceden... ... Büyük Ansiklopedik Politeknik Sözlüğü

Gaz halindeki bir oksitleyicide gazların ve buhar halindeki yanıcı maddelerin yanması. Yanmayı başlatmak için başlangıçta bir enerji darbesi gereklidir. Kendi kendine ateşleme ile zorla ateşleme veya ateşleme arasında bir ayrım yapılır; normalde yayılıyor... Ansiklopedik Metalurji Sözlüğü

Kitaplar

• Katı yakıt parçacıklarının heterojen yanması, Gremyachkin Viktor Mihayloviç. Dikkate alınan teorik temeller Yalnızca karbon içeren geleneksel hidrokarbon yakıtları değil, aynı zamanda metal parçacıklarını da içeren katı yakıt parçacıklarının yanma süreçleri...

yanma oksijen patlaması

Homojen yanma, önceden karıştırılmış gazların yanmasını ifade eder. Homojen yanmanın çok sayıda örneği, oksitleyici maddenin atmosferik oksijen olduğu gazların veya buharların yanma süreçleridir: hidrojen karışımlarının, karbon monoksit ve hidrokarbon karışımlarının hava ile yanması. Pratik olarak önemli durumlarda, tam ön karıştırma koşulu her zaman karşılanmaz. Bu nedenle homojen yanmanın diğer yanma türleri ile kombinasyonları her zaman mümkündür.

Homojen yanma iki şekilde gerçekleştirilebilir: laminer ve türbülanslı. Türbülans, alev cephesini ayrı parçalara bölerek yanma sürecini hızlandırır ve buna bağlı olarak büyük ölçekli türbülansta reaksiyona giren maddelerin temas alanını arttırır veya küçük ölçekli türbülansta alev cephesinde ısı ve kütle transfer süreçlerini hızlandırır. Türbülanslı yanma, kendine benzerlik ile karakterize edilir: türbülanslı girdaplar yanma hızını arttırır, bu da türbülansta bir artışa yol açar.

Homojen yanmanın tüm parametreleri, oksitleyici maddenin oksijen değil diğer gazlar olduğu işlemlerde de ortaya çıkar. Örneğin flor, klor veya brom.

Ara yüzeyde heterojen yanma meydana gelir. Bu durumda reaksiyona giren maddelerden biri yoğunlaşmış haldedir, diğeri (genellikle atmosferik oksijen) gaz fazı difüzyonu nedeniyle içeri girer. Heterojen yanmanın ön koşulu, yoğunlaştırılmış fazın çok yüksek kaynama noktasıdır (veya ayrışmasıdır). Bu koşul karşılanmazsa, yanma buharlaşma veya ayrışmadan önce gerçekleşir. Yanma bölgesine yüzeyden bir buhar veya gaz halinde ayrışma ürünleri akışı girer ve gaz fazında yanma meydana gelir. Bu yanma, difüzyon yarı-heterojen olarak sınıflandırılabilir ancak tamamen heterojen değildir çünkü yanma süreci artık faz sınırında gerçekleşmez. Bu tür bir yanmanın gelişimi, alevden malzemenin yüzeyine ısı akışı nedeniyle gerçekleştirilir, bu da daha fazla buharlaşma veya ayrışmayı ve yakıtın yanma bölgesine akışını sağlar. Bu gibi durumlarda, yanma reaksiyonları kısmen heterojen olarak - yoğunlaşmış fazın yüzeyinde ve kısmen homojen olarak - gaz karışımının hacminde meydana geldiğinde, karışık bir durum ortaya çıkar.

Heterojen yanmanın bir örneği kömür ve odun kömürünün yanmasıdır. Bu maddeler yandığında iki tür reaksiyon meydana gelir. Bazı kömür türleri ısıtıldığında uçucu bileşenler açığa çıkarır. Bu tür kömürlerin yakılmasından önce, gaz fazında yanan gaz halindeki hidrokarbonların ve hidrojenin salınmasıyla kısmi termal ayrışma meydana gelir. Ayrıca saf karbonun yanması sırasında hacim olarak yanan karbon monoksit CO oluşabilmektedir. Yeterli hava fazlalığı ve kömür yüzeyinin yüksek sıcaklığı ile, yüzeye o kadar yakın hacimsel reaksiyonlar meydana gelir ki, belirli bir yaklaşıma göre, bu, böyle bir işlemin heterojen olduğunu düşünmek için neden verir.

Gerçekten heterojen yanmanın bir örneği, refrakter uçucu olmayan metallerin yanmasıdır. Bu işlemler, yanma yüzeyini kaplayan ve oksijenle teması önleyen oksitlerin oluşması nedeniyle karmaşık hale gelebilir. Yanma işlemi sırasında metal ile oksidi arasında fiziksel ve kimyasal özelliklerde büyük bir fark varsa oksit filmi çatlar ve yanma bölgesine oksijen erişimi sağlanır.

Konu 4. YANMA TÜRLERİ.

Çeşitli özelliklere ve özelliklere göre yanma işlemleri aşağıdaki türlere ayrılabilir:

Yanıcı bir maddenin agregasyon durumuna göre:

Gazların yanması;

Sıvıların yanması ve katıların erimesi;

Erimeyen katı toz benzeri ve kompakt maddelerin yanması.

Bileşenlerin faz bileşimine göre:

Homojen yanma;

Heterojen yanma;

Patlayıcıların yanması.

Yanıcı karışımın hazırlığına göre:

Difüzyon yanması (ateş);

Kinetik yanma (patlama).

Alev cephesinin dinamiklerine göre:

Sabit;

Kararsız.

Gaz hareketinin doğasına göre:

Laminer;

Çalkantılı.

Yanıcı maddenin yanma derecesine göre:

Tamamlanmamış.

Alevin yayılma hızına göre:

Normal;

Deflagrasyon;

Patlama.

Bu türlere daha yakından bakalım.

4.1. Gaz, sıvı ve katı maddelerin yanması.

bağlı olarak toplama durumu Yanıcı maddeler, gazların, sıvıların, tozların ve kompakt katıların yanmasını birbirinden ayırır.

GOST 12.1.044-89'a göre:

1. Gazlar, kritik sıcaklığı 50 o C'nin altında olan maddelerdir. Tcr, 1 mol maddenin kapalı bir kapta tamamen buhara dönüştüğü minimum ısıtma sıcaklığıdır (bkz. § 2.3).

2. Sıvılar, erime noktası (dama noktası) 50 o C'den düşük olan maddelerdir (bkz. § 2.5).

3. Katılar, erime noktası (damlama noktası) 50 0 C'nin üzerinde olan maddelerdir.

4. Tozlar, parçacık boyutu 0,85 mm'den küçük olan ezilmiş katılardır.

Yanıcı bir karışımda kimyasal reaksiyonun meydana geldiği bölge; yanmaya alev cephesi denir.

Yanma süreçlerini ele alalım. hava ortamıörneklerle.

Gazların bir gaz brülöründe yanması. Burada 3 alev bölgesi gözlemlenmektedir (Şek. 12):

Pirinç. 12. Gaz yanma şeması: 1 – şeffaf koni – bu, ısıtılan ilk gazdır (kendiliğinden tutuşma sıcaklığına kadar); 2 – alev cephesinin aydınlık bölgesi; 3 – yanma ürünleri (gazların tamamen yanması sırasında ve özellikle kurum oluşmadığında hidrojenin yanması sırasında neredeyse görünmezler).

Gaz karışımlarında alev cephesinin genişliği milimetrenin onlarca kesiridir.

Sıvıların açık bir kapta yanması. Açık bir kapta yanarken 4 bölge vardır (Şek. 13):

Pirinç. 13. Sıvının yanması: 1 – sıvı; 2 – sıvı buhar (karanlık alanlar); 3 – alev önü; 4 – yanma ürünleri (duman).

Bu durumda alev cephesinin genişliği daha büyüktür, yani. reaksiyon daha yavaş ilerler.

Eriyen katıların yanması. Bir mumun yandığını düşünün. İÇİNDE bu durumda 6 bölge gözlemlenmiştir (Şekil 14):

Pirinç. 14. Mum yakmak: 1 – sert balmumu; 2 – erimiş (sıvı) balmumu; 3 – koyu şeffaf buhar tabakası; 4 – alev önü; 5 – yanma ürünleri (duman); 6 – fitil.

Yanan fitil, yanmayı stabilize etmeye yarar. Sıvı onun içine emilir, içinden yükselir, buharlaşır ve yanar. Alev cephesinin genişliği artar, bu da parlaklık alanını arttırır, çünkü buharlaştığında parçalanan ve daha sonra reaksiyona giren daha karmaşık hidrokarbonlar kullanılır.

Erimeyen katıların yanması. Bu tür yanma olayını bir kibrit ve sigaranın yanması örneğini kullanarak ele alacağız (Şekil 15 ve 16).

Burada ayrıca 5 bölüm bulunmaktadır:

Pirinç. 15. Kibrit yakmak: 1 – taze odun; 2 – kömürleşmiş odun; 3 – gazlar (gazlaşmış veya buharlaştırılmış uçucu maddeler) – bu koyu renkli şeffaf bir bölgedir; 4 – alev önü; 5 – yanma ürünleri (duman).

Kibritin yanık bölgesinin çok daha ince ve siyah bir renge sahip olduğu görülmektedir. Bu, kibritin bir kısmının kömürleşmiş olduğu anlamına gelir; uçucu olmayan kısım kaldı ve uçucu kısım buharlaşıp yandı. Kömürün yanma hızı gazlara göre çok daha yavaş olduğundan tamamen yanması için zamanı yoktur.

Şekil 16. Sigara yakma: 1 – ilk tütün karışımı; 2 – alev cephesi olmayan için için yanan bölüm; 3 – duman, yani. yanmış parçacıkların ürünü; 4 – çoğunlukla gazlaştırılmış ürünlerden oluşan akciğerlere çekilen duman; 5 – filtrede yoğunlaşan reçine.

Bir maddenin alevsiz termal-oksidatif ayrışmasına yanma denir. Yanma bölgesine oksijenin difüzyonu yetersiz olduğunda ortaya çıkar ve çok küçük bir miktarda (%1-2) bile meydana gelebilir. Duman siyah değil mavimsi. Bu, içinde yanmış maddelerden ziyade gazlaşmış maddelerin daha fazla olduğu anlamına gelir.

Külün yüzeyi neredeyse beyazdır. Bu, yeterli oksijen kaynağı ile tam yanmanın meydana geldiği anlamına gelir. Ancak yanan tabakanın içinde ve taze tabakanın sınırında siyah bir madde var. Bu, kömürleşmiş parçacıkların eksik yandığını gösterir. Bu arada, buharlaşan reçineli maddelerin buharları filtrede yoğunlaşır.

Kok yakarken de benzer bir yanma türü gözlemlenir; uçucu maddelerin (gazlar, reçineler) çıkarıldığı kömür veya grafit.

Böylece gazların, sıvıların ve katıların çoğunun yanma işlemi gaz halinde gerçekleşir ve buna bir alev eşlik eder. Kendiliğinden yanma eğilimi gösterenler de dahil olmak üzere bazı katı maddeler, malzemenin yüzeyinde ve içinde için için yanarak yanar.

Tozlu maddelerin yanması. Bir toz tabakasının yanması, kompakt durumda olduğu gibi meydana gelir, yalnızca hava ile temas yüzeyinin artması nedeniyle yanma hızı artar.

Hava süspansiyonu (toz bulutu) formundaki tozlu maddelerin yanması kıvılcım şeklinde meydana gelebilir; Tek bir alev cephesi için buharlaşma sırasında yeterli miktarda gaz oluşturamayan uçucu maddelerin düşük içeriği durumunda, bireysel parçacıkların yanması.

Eğer oluşursa yeterli miktar gazlaşan uçucu maddeler, daha sonra alevli yanma meydana gelir.

Patlayıcıların yanması.İLE bu tür Bu, halihazırda kimyasal veya mekanik olarak bağlı yakıt ve oksitleyici içeren, yoğunlaştırılmış maddeler olarak adlandırılan patlayıcıların ve barutun yanmasını da içerir. Örneğin: trinitrotoluen (TNT) C7H5O6N3xC7H5x3NO2'de oksitleyici maddeler O2 ve NO2'dir; barut kükürt, güherçile, kömür içerir; Ev yapımı patlayıcı, alüminyum tozu ve amonyum nitrattan oluşuyor ve bağlayıcı ise güneş yağıdır.

4.2. Homojen ve heterojen yanma.

Ele alınan örneklere dayanarak, yakıt ve oksitleyici karışımının toplanma durumuna bağlı olarak, yani. Karışımdaki faz sayısına bağlı olarak:

1. Homojen yanma Gaz halindeki oksitleyici bir ortamda yanıcı maddelerin gazları ve buharları. Böylece yanma reaksiyonu tek fazdan (toplam hal) oluşan bir sistemde meydana gelir.

2. Heterojen yanma Gaz halindeki oksitleyici bir ortamda katı yanıcı maddeler. Bu durumda reaksiyon ara yüzeyde meydana gelirken, hacim boyunca homojen bir reaksiyon meydana gelir.

Bu metallerin, grafitin, yani yanmasıdır. pratik olarak uçucu olmayan malzemeler. Homojen bir reaksiyonun meydana gelme olasılığı, heterojen bir reaksiyonun eşzamanlı kökeninden kaynaklandığında, birçok gaz reaksiyonu homojen-heterojen bir yapıya sahiptir.

Buhar veya gazların (uçucu maddeler) salındığı tüm sıvıların ve birçok katı maddenin yanması gaz fazında meydana gelir. Katı ve sıvı fazlar reaksiyona giren ürünlerin rezervuarlarının rolünü oynar.

Örneğin, kömürün kendiliğinden yanmasının heterojen reaksiyonu, uçucu maddelerin homojen yanma aşamasına geçer. Kok kalıntısı heterojen bir şekilde yanıyor.

4.3. Difüzyon ve kinetik yanma.

Yanıcı karışımın hazırlanma derecesine bağlı olarak difüzyon ve kinetik yanma ayırt edilir.

Dikkate alınan yanma türleri (patlayıcılar hariç) difüzyon yanması ile ilgilidir. Alev, yani. Kararlılığın sağlanması için yakıt ve hava karışımından oluşan yanma bölgesinin sürekli olarak yakıt ve oksijenle beslenmesi gerekir. Yanıcı gazın temini yalnızca yanma bölgesine beslenme hızına bağlıdır. Varış oranı yanıcı sıvı buharlaşmasının yoğunluğuna bağlıdır, yani. sıvının yüzeyi üzerindeki buhar basıncına ve dolayısıyla sıvının sıcaklığına bağlıdır. Ateşleme sıcaklığı bir sıvının yüzeyi üzerindeki alevin sönmeyeceği en düşük sıcaklığıdır.

Katıların yanması, uçucu piroliz ürünlerinin daha sonra ateşlenmesiyle birlikte bir ayrışma ve gazlaştırma aşamasının varlığıyla gazların yanmasından farklıdır.

Piroliz- Organik maddelerin hava erişimi olmadan yüksek sıcaklıklara ısıtılmasıdır. Bu durumda, karmaşık bileşiklerin daha basit bileşiklere ayrışması veya bölünmesi meydana gelir (kömürün koklaşması, yağın parçalanması, ahşabın kuru damıtılması). Bu nedenle katı yanıcı bir maddenin yanma ürününe yanması yalnızca alev bölgesinde yoğunlaşmaz, çok aşamalı bir karaktere sahiptir.

Katı fazın ısıtılması, ayrışmaya ve tutuşup yanan gazların açığa çıkmasına neden olur. Torçtan gelen ısı katı fazı ısıtır, gazlaşmasına neden olur ve işlem tekrarlanır, böylece yanmayı sürdürür.

Yanma modeli sağlam aşağıdaki aşamaların varlığını varsayar (Şekil 17):

Pirinç. 17. Yanma modeli

katı madde.

Katı fazın ısıtılması. Eriyen maddeler için erime bu bölgede meydana gelir. Bölgenin kalınlığı maddenin iletkenlik sıcaklığına bağlıdır;

Piroliz veya gaz halindeki yanıcı maddelerin oluştuğu katı fazdaki reaksiyon bölgesi;

Oksitleyici madde ile bir karışımın oluştuğu gaz fazında ön alev;

Piroliz ürünlerinin gaz halindeki yanma ürünlerine dönüştüğü gaz fazındaki alev veya reaksiyon bölgesi;

Yanma ürünleri.

Yanma bölgesine oksijen besleme hızı, yanma ürünü boyunca difüzyonuna bağlıdır.

Genel olarak hızdan dolayı kimyasal reaksiyon Yanma bölgesinde, söz konusu yanma türlerinde, reaksiyona giren bileşenlerin giriş hızına ve alev yüzeyine moleküler veya kinetik difüzyonla bağlı olarak, bu tür yanmaya denir. yayılma.

Difüzyon yanma alevinin yapısı üç bölgeden oluşur (Şekil 18):

Bölge 1 gaz veya buhar içerir. Bu bölgede yanma yoktur. Sıcaklık 500 0 C'yi aşmaz. Ayrışma, uçucuların pirolizi ve kendiliğinden tutuşma sıcaklığına kadar ısınma meydana gelir.

Pirinç. 18. Alev yapısı.

Bölge 2'de, atmosferik oksijenle bir buhar (gaz) karışımı oluşur ve karbona (az oksijen) kısmi azalma ile CO'ya eksik yanma meydana gelir:

CnHm + O2 → CO + C02 + H20;

3. dış bölgede, ikinci bölgenin ürünlerinin tamamen yanması meydana gelir ve maksimum alev sıcaklığı gözlenir:

2CO+02 =2C02;

Alev yüksekliği difüzyon katsayısı ve gaz akış hızı ile orantılı, gaz yoğunluğu ile ters orantılıdır.

Her türlü difüzyon yanması yangınların doğasında vardır.

Kinetik Yanma, önceden karıştırılmış yanıcı gaz, buhar veya tozun bir oksitleyici ile yanmasıdır. Bu durumda yanma hızı yalnızca yanıcı karışımın fizikokimyasal özelliklerine (ısı iletkenliği, ısı kapasitesi, türbülans, madde konsantrasyonu, basınç vb.) bağlıdır. Bu nedenle yanma hızı keskin bir şekilde artar. Bu tür yanma patlamaların doğasında vardır.

Bu durumda yanıcı karışım herhangi bir noktada tutuşturulduğunda alev cephesi yanma ürünlerinden taze karışıma doğru hareket eder. Bu nedenle, kinetik yanma sırasındaki alev çoğunlukla kararsızdır (Şekil 19).

Pirinç. 19. Yanıcı bir karışımda alevin yayılma şeması: - ateşleme kaynağı; - alev cephesinin hareket yönü.

Bununla birlikte, yanıcı gazı önce hava ile karıştırıp brülöre beslerseniz, karışımın akış hızının alevin yayılma hızına eşit olması koşuluyla, ateşlendiğinde sabit bir alev oluşacaktır.

Gaz besleme hızı arttırılırsa alev brülörden ayrılarak sönebilir. Ve eğer hız azaltılırsa, olası bir patlamayla alev brülörün içine çekilecektir.

Yanma derecesine göre, yani Son ürünlere yanma reaksiyonunun tamamlanması, yanma meydana gelir tam ve eksik.

Yani 2. bölgede (Şekil 18) yanma tamamlanmamıştır çünkü Bölge 3'te kısmen tüketilen oksijen kaynağı yetersizdir ve ara ürünler oluşur. İkincisi, tamamen yanmaya kadar daha fazla oksijenin olduğu bölge 3'te yanar. Dumanda kurumun bulunması eksik yanmanın göstergesidir.

Başka bir örnek: Oksijen eksikliği olduğunda karbon yanarak karbon monoksite dönüşür:

O eklerseniz reaksiyon tamamlanır:

2СО+O 2 =2СО 2.

Yanma hızı gazların hareketinin doğasına bağlıdır. Bu nedenle laminer ve türbülanslı yanma arasında bir ayrım yapılır.

Dolayısıyla, laminer yanmanın bir örneği, durgun havadaki bir mum alevidir. Şu tarihte: laminer yanma Gaz katmanları dönmeden paralel olarak akar.

Türbülanslı yanma– Yanma gazlarının yoğun bir şekilde karıştığı ve alev cephesinin bulanık olduğu gazların girdap hareketi. Bu türler arasındaki sınır, akıştaki atalet kuvvetleri ile sürtünme kuvvetleri arasındaki ilişkiyi karakterize eden Reynolds kriteridir:

Nerede: sen- gaz akış hızı;

N- kinetik viskozite;

ben– karakteristik doğrusal boyut.

Laminer sınır tabakasının türbülanslı sınır tabakasına geçişinin meydana geldiği Reynolds sayısına kritik Re cr, Re cr ~ 2320 adı verilir.

Türbülans, yanma ürünlerinden taze karışıma daha yoğun ısı transferi nedeniyle yanma hızını artırır.

4.4. Normal yanma.

Kinetik yanma sırasında alevin yayılma hızına bağlı olarak, ya normal yanma (birkaç m/s içinde), ya patlayıcı parlama (onlarca m/s) ya da patlama (binlerce m/s) meydana gelebilir. Bu yanma türleri birbirine dönüşebilir.

Normal yanma– bu, harici müdahalelerin (türbülans veya gaz basıncındaki değişiklikler) yokluğunda alevin yayıldığı yanmadır. Bu yalnızca yanıcı maddenin niteliğine bağlıdır; termal etki, termal iletkenlik ve difüzyon katsayıları. Bu nedenle belirli bir bileşime sahip bir karışımın fiziksel sabitidir. Bu durumda yanma hızı genellikle 0,3-3,0 m/s olur. Yanmaya normal denir çünkü yayılma hızı vektörü alev cephesine diktir.

4.5. Deflagrasyon (patlayıcı) yanma.

Normal yanma kararsızdır ve kapalı bir alanda kendi kendine hızlanma eğilimindedir. Bunun nedeni, gazın kap duvarlarına sürtünmesi ve karışımdaki basınç değişimleri nedeniyle alev cephesinin eğriliğidir.

Bir borudaki alevin yayılma sürecini ele alalım (Şekil 20).

Pirinç. 20. Patlayıcı yanmanın oluşma şeması.

İlk başta borunun açık ucunda alev normal hızla yayılır, çünkü yanma ürünleri serbestçe genişler ve dışarı çıkar. Karışımın basıncı değişmez. Düzgün alev yayılma süresi borunun çapına, yakıt tipine ve konsantrasyonuna bağlıdır.

Alev cephesi boru içerisinde hareket ettikçe orijinal karışıma göre daha büyük hacme sahip olan reaksiyon ürünleri dışarıya kaçmaya zaman bulamaz ve basınçları artar. Bu basınç her yöne doğru itmeye başlar ve bu nedenle alev cephesinin ilerisinde ilk karışım alevin yayılmasına doğru hareket etmeye başlar. Duvarlara bitişik katmanlar engellenir. Alev, borunun merkezinde en yüksek hıza sahiptir ve en yavaş hız, duvarların yakınındadır (içlerindeki ısının uzaklaştırılmasından dolayı). Bu nedenle alev cephesi alevin yayılma yönünde uzar ve yüzeyi artar. Bununla orantılı olarak birim zamandaki yanıcı karışım miktarı artar, bu da basıncın artmasına neden olur ve bu da gazın hareket hızını vb. artırır. Böylece alevin yayılma hızında saniyede yüzlerce metreye kadar çığ benzeri bir artış meydana gelir.

Kendinden hızlanan yanma reaksiyonunun, bitişik reaksiyon ürünleri katmanından termal iletim yoluyla ısınma nedeniyle yayıldığı, yanıcı bir gaz karışımı boyunca alevin yayılma işlemine denir. patlama. Tipik olarak, parlama yanma oranları ses altıdır, yani. 333 m/s'den az.

4.6. Patlama yanması.

Yanıcı bir karışımın katman katman yanmasını düşünürsek, yanma ürünleri hacminin termal genleşmesinin bir sonucu olarak, her seferinde alev cephesinin önünde bir sıkıştırma dalgası belirir. Daha yoğun bir ortamdan geçen her bir sonraki dalga, bir öncekini yakalar ve onun üzerine bindirilir. Yavaş yavaş bu dalgalar tek bir şok dalgası halinde birleşir (Şekil 21).

Pirinç. 21. Patlama dalgasının oluşum şeması: 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.

Bir şok dalgasında, adyabatik sıkıştırmanın bir sonucu olarak, gazların yoğunluğu anında artar ve kendiliğinden tutuşma için sıcaklık T 0'a yükselir. Sonuç olarak yanıcı karışım bir şok dalgasıyla tutuşur ve patlama- Bir şok dalgasının tutuşması yoluyla yanmanın yayılması. Patlama dalgası sönmüyor çünkü arkasında hareket eden alevin şok dalgaları tarafından körükleniyor.

Patlamanın özelliği, her karışım bileşimi için belirlenen 1000-9000 m/s'lik süpersonik hızda meydana gelmesi ve dolayısıyla karışımın fiziksel bir sabiti olmasıdır. Yalnızca yanıcı karışımın kalorik içeriğine ve yanma ürünlerinin ısı kapasitesine bağlıdır.

Bir şok dalgasının bir engelle karşılaşması, yansıyan bir şok dalgasının oluşmasına ve daha da büyük bir basınca yol açar.

Patlama en çok tehlikeli bakış alev yayıldı çünkü maksimum patlama gücüne (N=A/t) ve muazzam hıza sahiptir. Uygulamada patlama yalnızca patlama öncesi bölümde "etkisiz hale getirilebilir"; ateşleme noktasından patlama yanmasının meydana geldiği noktaya kadar olan mesafede. Gazlar için bu bölümün uzunluğu 1 ila 10 m arasındadır.

Yanarken katı yakıt Kimyasal reaksiyonun kendisinden önce, reaksiyona giren yüzeye bir oksitleyici madde sağlama işlemi gelir. Sonuç olarak, katı yakıtın yanma işlemi, iki aşamadan oluşan karmaşık bir heterojen fizikokimyasal işlemdir: yakıtın yüzeyine türbülanslı ve moleküler difüzyon yoluyla oksijen sağlanması ve bunun üzerinde kimyasal bir reaksiyon.

Aşağıdaki koşulları kabul ederek, küresel bir karbon parçacığının yanması örneğini kullanarak genel heterojen yanma teorisini ele alalım. Parçacığın tüm yüzeyindeki oksijen konsantrasyonu aynıdır; oksijenin karbonla reaksiyon hızı yüzeydeki oksijen konsantrasyonuyla orantılıdır, yani heterojen süreçler için büyük olasılıkla birinci dereceden bir reaksiyon meydana gelir; reaksiyon, nihai yanma ürünlerinin oluşumuyla parçacığın yüzeyinde meydana gelir ve parçacık yüzeyinde olduğu gibi hacimde de ikincil reaksiyonlar yoktur.

Böyle basitleştirilmiş bir durumda, karbon yanma hızı, iki ana aşamanın hızına, yani ara yüzey yüzeyine oksijen besleme hızına ve yüzeyde meydana gelen kimyasal reaksiyonun hızına bağlı olarak temsil edilebilir. parçacık. Bu süreçlerin etkileşimi sonucunda, karbon yüzeyindeki konsantrasyonunun belirli bir değerinde difüzyonla iletilen ve kimyasal reaksiyon için tüketilen oksijen miktarı arasında dinamik bir denge durumu oluşur.

Kimyasal reaksiyonun hızı /(°2 g oksijen/(cm2-s), belirlendi

Bir birim reaksiyon yüzeyinin birim zamanda tükettiği oksijen miktarı şu şekilde ifade edilebilir:

Denklemde:

K, kimyasal reaksiyonun hız sabitidir;

Oc parçacığın yüzeyindeki oksijen konsantrasyonudur.

Öte yandan yanma hızı spesifik akıya eşittir.

Tepki veren yüzeye difüzyonla iletilen ter:

K°" = ad(C, - C5). (15-2)

Denklemde:

Reklam - difüzyon değişim katsayısı;

Co, karbon parçacığının yandığı akıştaki oksijen konsantrasyonudur.

Denklem (15-1)'den bulunan St değerini denklem (15-2)'ye değiştirerek, bir parçacığın birim yüzeyi başına birim başına tüketilen oksijen miktarı cinsinden heterojen yanma hızı için aşağıdaki ifadeyi elde ederiz. zaman:

". С°, ■’ (15-3)

tarafından belirten

Kkazh - - C - , (15-4)

İfade (15-3) şu şekilde temsil edilebilir:

/<°’ = /СкажС„. (15-5)

Yapısı itibarıyla ifade (15-5), birinci dereceden bir reaksiyonun kinetik denklemine (15-1) benzer. Burada reaksiyon hızı sabiti "£, hem yakıtın reaksiyon özelliklerine hem de transfer modellerine bağlı olan ve bu nedenle katı karbonun görünen yanma hızı sabiti olarak adlandırılan Kkaz katsayısı ile değiştirilir.

Kimyasal yanma reaksiyonlarının hızı, yakıtın doğasına ve fiziksel koşullara bağlıdır: reaksiyona giren gazın yüzeydeki konsantrasyonu, sıcaklık ve basınç. Kimyasal reaksiyon hızının sıcaklığa bağımlılığı en güçlü olanıdır. Düşük sıcaklıkların olduğu bölgede, kimyasal reaksiyonun hızı düşüktür ve oksijen tüketimi, oksijenin difüzyonla sağlanabileceği orandan çok daha azdır. yanma süreci, kimyasal reaksiyonun hızıyla sınırlıdır ve oksijen tedarik koşullarına, yani hava akış hızına, parçacık boyutuna vb. bağlı değildir. Bu nedenle, bu heterojen yanma bölgesine kinetik denir.

Yanma kinetik bölgesinde ad>-£, dolayısıyla formül (15-3)'te 1/ad değeri 1/& ile karşılaştırıldığında ihmal edilebilir ve sonra şunu elde ederiz:

K°32 = kC0. (15-6)

Difüzyon yoluyla iletilen ve reaksiyon için tüketilen oksijen miktarı arasındaki denge, konsantrasyonunun küçük bir gradyanında kurulur, bu nedenle reaksiyon yüzeyindeki oksijen konsantrasyonunun değeri, akıştaki değerinden çok az farklıdır. Şu tarihte: yüksek sıcaklıklar Kinetik yanma, yüksek hava akış hızlarında ve küçük yakıt parçacıkları boyutlarında meydana gelebilir, yani asitli su tedarik koşullarının böylesine iyileştirilmesiyle, asitli su önemli ölçüde daha yüksek bir seviyeye ulaştırılabildiğinde, kinetik yanma meydana gelebilir. Daha"Kimyasal reaksiyonun gerekliliğiyle karşılaştırıldığında.

Heterojen yanmanın çeşitli bölgeleri Şekil 2'de grafiksel olarak gösterilmektedir. 15-1. Kinetik bölge I, Arrhenius yasasına göre artan sıcaklıkla yanma oranının keskin bir şekilde arttığını gösteren eğri 1 ile karakterize edilir.

Belirli bir sıcaklıkta, kimyasal reaksiyonun hızı, reaksiyon yüzeyine oksijen dağıtım hızıyla orantılı hale gelir ve daha sonra yanma hızı, yalnızca kimyasal reaksiyonun hızına değil, aynı zamanda oksijen dağıtım hızına da bağlı hale gelir. Ara madde olarak adlandırılan bu bölgede (Şekil 15-1, bölge II, eğri 1-2), bu iki aşamanın hızları karşılaştırılabilir, hiçbiri ihmal edilemez ve bu nedenle yanma işleminin hızı formül () ile belirlenir. 15-3). Artan sıcaklıkla birlikte yanma hızı artar, ancak kinetik bölgeye göre daha az oranda olur ve büyümesi yavaş yavaş yavaşlar ve sonunda dağınık bölgeye geçişte maksimuma ulaşır (Şekil 15-1, bölge III, eğri 2-). 3), sıcaklıktan bağımsız kalır. Bu bölgedeki yüksek sıcaklıklarda kimyasal reaksiyon hızı o kadar artar ki, difüzyonla sağlanan oksijen anında kimyasal reaksiyona girer ve bunun sonucunda yüzeydeki oksijen konsantrasyonu neredeyse sıfıra eşit olur. Formül (15-3)'te 1/& değerini 1/ad'ye kıyasla ihmal edebiliriz, bu durumda yanma hızının reaksiyon yüzeyine oksijen difüzyon hızı tarafından belirlendiğini buluruz, yani.

Bu nedenle bu yanma bölgesine difüzyon adı verilir. Difüzyon bölgesinde yanma hızı pratik olarak yakıtın özelliklerinden ve sıcaklıktan bağımsızdır. Sıcaklığın etkisi yalnızca fiziksel sabitlerdeki değişiklikleri etkiler. Bu bölgede yanma hızı, oksijen dağıtım koşullarından, yani hidrodinamik faktörlerden, yani gaz akışının bağıl hızı ve yakıt parçacıklarının boyutundan büyük ölçüde etkilenir. Gaz akış hızının artması ve parçacık boyutunun azalmasıyla, yani oksijen dağıtımının hızlanmasıyla, difüzyon yanma hızı artar.

Yanma işlemi sırasında, oksijen tüketiminin kimyasal süreci ile reaksiyon yüzeyinde belirli bir oksijen konsantrasyonunda verilmesinin difüzyon süreci arasında dinamik bir denge kurulur. Bir parçacığın yüzeyindeki oksijen konsantrasyonu bu iki işlemin oranlarının oranına bağlıdır; difüzyon hızı baskınsa akıştaki konsantrasyona yaklaşacak, kimyasal reaksiyon hızının artması ise azalmasına neden olacaktır.

Difüzyon bölgesinde meydana gelen yanma prosesi, difüzyon arttığında, örneğin akış hızı arttığında veya partikül boyutu azaldığında ara bölgeye (eğri 1"-2") veya hatta kinetik bölgeye doğru hareket edebilir.

Böylece gaz akış hızının artması ve küçük parçacıklara geçişle birlikte süreç kinetik yanmaya doğru kayar. Sıcaklıktaki bir artış prosesi difüzyon yanmaya doğru kaydırır (Şekil 15-1, eğri 2"-3").

Herhangi bir özel durum için belirli bir alanda heterojen yanmanın meydana gelmesi bu özel koşullara bağlıdır. Heterojen yanma sürecini çalışmanın ana görevi, yanma alanlarını oluşturmak ve her alan için niceliksel modelleri belirlemektir.