Большая техническая энциклопедия
2 3 6
A N P Q R S U
А Б В Г Д Е Ж З И К Л М Н О П Р С Т У Ф Х Ц Ч Ш Щ Э Ю Я
ХА ХВ ХЕ ХИ ХЛ ХО ХР ХУ

Химическая реакция - горение

 
Химические реакции горения начинаются после создания начального очага пламени в подготовленной топливо-воздушной смеси. В поршневых ДВС он создается либо электрической искрой, либо за счет нагрева ТВС до такой температуры, при которой в объеме смеси самопроизвольно возникают многие начальные очаги пламени происходит самовоспламенение смеси.
Химическая реакция горения происходит не при всех условиях столкновения молекул горючего газа с молекулами кислорода.
Если химические реакции горения не являются автокаталитическими, то причиной распространения пламени может быть только передача тепла от продуктов горения несгоревшей смеси. Такой вид распространения пламени называется тепловым. Это, конечно, отнюдь не исключает того, что одновременно происходит и диффузия реагирующих веществ и продуктов реакции, так что состав реагирующей смеси в зоне реакции отличается от состава исходной смеси. Но в этом случае диффузия является не причиной распространения пламени, а только сопутствующим фактором. В частности, это относится и к цепным реакциям с неразветвляющимися цепями. Диффузия свободных атомов и радикалов, если только они находятся в термодинамическом равновесии или в квазистационарных концентрациях, не может быть причиной распространения пламени, которое остается тепловым. Роль диффузии полностью учитывается в правильной тепловой теории распространения пламени, как будет показано в следующем разделе.
Если химические реакции горения не являются автокаталитическими, то причиной распространения пламени может быть только передача тепла от продуктов горения несгоревшейсмеси. Такой вид распространения пламени называется тепловым. Это, конечно, отнюдь не исключает того, что одновременно происходит и диффузия реагирующих веществ и продуктов реакции, так что состав реагирующей смеси в зоне реакции отличается от состава исходной смеси. Но в этом случае диффузия является не причиной распространения пламени, а только сопутствующим фактором. В частности, это относится и к цепным реакциям с неразветвляющимися цепями. Диффузия свободных атомов и радикалов, если только они находятся в термодинамическом равновесии или в квазистационарных концентрациях, не может быть причиной распространения пламени, которое остается тепловым. Роль диффузии полностью учитывается в правильной тепловой теории распространения пламени, как будет показано в следующем разделе.
Скорость химических реакций горения газа с воздухом в горелках очень велика. Эти реакции при высоких температурах протекают за тысячные доли секунды. Продолжительность горения потока газовоздушной смеси определяется непрерывной подачей свежих порций газа и воздуха, которые сгорают в результате быстрого возникновения реакций окисления под действием теплового потока.
Скорость химических реакций горения газа с воздухом в горелках очень велика. Эти реакции при высоких темлературах протекают за тысячные доли секунды. Продолжительность горения потока газовоздушной смеси определяется непрерывной подачей свежих порций газа и воздуха, которые сгорают в результате быстрого возникновения реакций окисления под действием теплового потока.
Количественные соотношения химических реакций горения могут быть получены при известных молекулярных массах i веществ и плотностях р ц / 22 4 газов при нормальных физических условиях.
Принципиальная схема автоматической системы подавления взрыва в закрытой емкости. Механизм ингибирования химических реакций горения изучен недостаточно. Однако исследования, проведенные в последние годы [220-223], дают возможность составить некоторые представления о характере воздействия ингибиторов на пламена.
Предположим, что химическая реакция горения протекает полностью и продуктами реакции являются пары воды Н20, углекислый газ С02 или при недостатке кислорода окись углерода СО. Для стехиометрической водородно-кислородной ( гремучей) горючей смеси делением теплоты образования водяного пара 58 ккал / моль на теплоемкость 8 кал / моль-град получим температуру горения 7250 градусов. Для случая полного сгорания твердого углерода в кислороде ( Ст 02С02 94 ккал / моль) получим температуру горения ще больше, 11 750 К. Температуры такого же порядка получаются и для других углеводородных топлив. Приведенные здесь фантастически высокие температуры горения относятся к плазменному состоянию вещества, они не осуществляются в действительности; температуры горения кислородных смесей лежат в пределах 3000 - 4000 К.
Поскольку подогрев и химическая реакция горения смеси протекают весьма быстро, основным фактором, лимитирующим длительность процесса горения, является время, затрачиваемое на перемешивание газа и воздуха.
Схемы организации горения горючих газов. Горение. а - кинетическое, б - диффузионное, в - смешанное. Так как скорость химических реакций горения при высоких температурах очага несоизмеримо выше скорости смесеобразования, то практически скорость сгорания газа всегда равна скорости смешения газа с воздухом. Это обстоятельство позволяет легко регулировать скорость сжигания газа в самых широких пределах. Смешанный метод сжигания горючих газов является промежуточным между кинетическим и диффузионным.
Поэтому-то уравнение баланса химической реакции горения свечей при определенных условиях действительно является первой попыткой введения количества тепла в описание химической реакции.
При составлении уравнений химических реакций горения веществ в воздухе поступают следующим образом: горючее вещество и участвующий в горении воздух пишут в левой части, после знака равенства пишут образующиеся продукты реакции. Например, необходимо составить уравнение реакции горения метана в воздухе. Сначала записывают левую часть уравнения реакции: химическую формулу метана плюс химические формулы веществ, входящих в состав воздуха.

При относительно невысоких температурах химическая реакция горения протекает достаточно медленно, а потребление кислорода во много раз меньше возможности его доставки к фронту пламени, который разделяет топливовоздушную смесь от продуктов сгорания. Общая скорость реакции ограничена кинетикой химического реагирования на условной поверхности контакта топлива и окислителя, и эту температурную область реакций называют кинетической областью горения.
Выше была рассмотрена кинетика химических реакций горения в предположении, что подача окислителя ( кислорода воздуха и других) осуществляется без ограничения. Главным определяющим процессом при горении топлива в конкретном случае может быть кинетический или диффузионный. Если скорость горения топлива ( или общее время, необходимое для его сгорания) лимитируется процессом смешения, то горение протекает в диффузионной области. Наоборот, если смешение происходит очень интенсивно и процесс в целом лимитируется кинетикой собственно реакций горения, то горение находится в кинетической области.
С ростом температуры скорость химических реакций горения очень быстро возрастает. Константа скорости реакции k характеризует собой скорость химической реакции при данной температуре.
Пиротехнический эффект достигается в результате химической реакции горения. Горение представляет собой реакцию соединения горючего вещества с кислородом. При этой реакции обычно происходит значительное повышение температуры и образование пламени или выделение дыма.
Как известно, в результате химических реакций горения пламя ионизируется и становится проводником электрического тока. Это свойство пламени полонено в основу работы многих систем защитной автоматики горения. Сопротивление факела горелки колеблется в пределах от единиц до сотен МОм и зависит в основном от состава смеси, подаваемой в горелку, и площади электрода.
Чтобы в подготовленной топливно-воздушной смеси началась химическая реакция горения, в ней необходимо создать начальный очаг пламени, от которого пламя будет распространяться по всей смеси до полного ее выгорания.
В сипу того, что скорость химических реакций горения при высоких температурах очага несоизмеримо выше скорости смесеобразования, скорость сгорания газа всегда равна скорости смешения газа с воздухом. Это весьма важное достоинство диффузионного метода позволяет в практических условиях легко регулировать скорость сжигания газа в самых широких пре1 делах.
В силу того, что скорость химических реакций горения при высоких температурах очага несоизмеримо выше скорости смесеобразования, скорость сгорания газа всегда равна скорости смешения газа с воздухом. Это весьма важное достоинство диффузионного метода позволяет в практических условиях легко регулировать скорость сжигания газа в самых широких пределах.
Общее количество СОа определяют по уравнению химической реакции горения газа.
Собственное свечение молекулярных частиц, являющихся промежуточными продуктами химических реакций горения, - важная характеристика пламени, если оно используется не только для атомизации, но и для возбуждения спектров определяемых частиц.
Горение жидкости ( гомогенное горение в диффузионной области.| Схема диффузии кислорода к антрациту ( гетерогенное горение в диффузионной области. Отсутствие достаточного количества кислорода в зоне горения тормозит химическую реакцию горения.
Пламя представляет собой газовый поток, внутри которого происходит химическая реакция горения взвешенных в потоке частиц жидкого или твердого топлива с бурным выделением тепла. Скорость выделения тепла и интенсивность излучения опеределяют температуру факела.
ВЯзкостью и теплопроводностью газа, коэффициентами диффузии участвующих в химической реакции горения веществ, ш влияние всех этих факторов сосредоточено в одном феноменологическом параметре JJL. Представляет интерес теоретически проанализировать функциональную связь параметра р - с величинами, характеризующими эффекты переноса ( числами Прандтля и Льюиса), а также кинетику химической реакции.
Таким образом, несмотря на то, что большинство газовых химических реакций горения, а также распространение пламени протекают по цепному механизму, тепловые факторы при горении являются, как правило, определяющими.

Узкая зона, в которой происходит подогрев смес и протекает химическая реакция горения, называете фронтом пламени. Он не имеет резко очерченных гра ниц, а толщина его не превышает десятых долей милли метра.
На рис. 5.2.1 дается полная информация, содержащаяся в уравнении химической реакции горения гептана.
Условие EI ( RT); 2 всегда соблюдается в химических реакциях горения и взрыва, для которых характерна экспоненциальная зависимость скорости реакции ( тепловыделения) от температуры. Показатель экспоненты, определяемый энергией активации, обычно достаточно велик. Например, при энергии активации в 30 ккал / молъ условие EI ( RT) 2 сохраняется вплоть до начальной температуры в 7500 К, Запас этот, очевидно, очень велик.
В смеси, воспламенившейся в результате сжатия ударной волной, развивается химическая реакция горения, осуществляющаяся при постоянной скорости распространения.
Адиабата Гюговьо исходной смеси и продуктов реакции [ IMAGE ] Концентрнцвовные пределы детонации пропано-кислородных смесей. В смеси, воспламенившейся в результате сжатия ударной волной, развивается химическая реакция горения, осуществляющаяся при постоянной скорости распространения. Последнее обстоятельство приводит к вытекающему из уравнения (47.3) линейному закону изменения состояния газа.
В связи с этим Я. Б. Зельдович отмечает, что, поскольку скорости химических реакций горения очень велики, действительная скорость процессов горения лимитируется другими факторами: действующими концентрациями реагентов и скоростью их смесеобразования. Но величины действующих концентраций газовых компонентов в процессах горения изменяются, за исключением особых случаев, в довольно узких пределах. Следовательно, наиболее существенная роль в процессах горения газообразных топлив должна принадлежать процессам смешения газообразных топлив с окислителем. Скорость смесеобразования определяется количеством веществ, характером движения, степенью турбулентности, а также молярной и молекулярной диффузией реагирующих потоков и, наконец, формой и размерами устройств, в которых протекает смесеобразование.
В смеси, воспламенившейся в результате сжатия в ударной волне, развивается химическая реакция горения, осуществляющаяся при постоянной скорости распространения.
Высокоэффективные средства газового тушения и флегматизации, действия которых основаны на торможении химической реакции горения.
Поэтому наряду с изучением природы и свойств топлива, а также кинетики химических реакций горения при исследовании топочных процессов следует обращать особое внимание также на физику горения и учитывать условия протекания сопутствующих явлений.
Таким образом, измерения нормальной скорости распространения пламени позволяют установить кинетические закономерности химической реакции горения. При этом теория распространения ламинарного пламени играет связующую роль между результатами измерений и их кинетическим истолкованием.
Эти реакции, на которые мы будем ссылаться при рассмотрении термодинамики и кинетики химических реакций горения и газификации, являются реакциями суммарными. В действительности, как это будет показано дальше, механизм реагирования при горении топлив значительно сложнее. Как видно из рис. 1, помимо процессов горения и газификации в газогенераторе протекают также процессы сухой перегонки и сушки твердых топлив.
Расчетные параметры ЖРД. Верхний предел удельного импульса определяется условиями химического равновесия адиабатического обратимого процесса расширения продуктов химических реакций горения в одномерном сопле ( идеальный удельный импульс / уд, ид) и характеризует термодинамический потенциал топлива при заданных соотношении компонентов, давлении в камере, геометрической степени расширения сопла и давлении окружающей среды. Реально достижимый удельный импульс определяется потерями.
При изменении содержания кислорода в смеси кислород - азот происходит изменение скорости протекания химической реакции горения материалов в этой смеси. При этом нарушается тепловой режим реакции и изменяются скорости тепловыделения и тенлоотвода.

Таким образом, существование концентрационных пределов распространения пламени должно быть следствием уменьшения скорости химической реакции горения вблизи предельного состава смеси. Зельдовичу, скорость детонации ( D) при составе смеси, близком к предельному, связана со временем реакции ( т) и потерями ( а) при распространении детонационной волны вследствие гидравлического сопротивления трубы, турбулентного теплообмена и пр.
Химические вещества, такие как сухие порошки и галогены, ликвидируют огонь, прерывая химическую реакцию горения.
Из исходных веществ В и Ок получается тот же продукт ВтОкп, что и при химической реакции горения, однако в ТЭ возникает электрический ток, т.е. химическая энергия превращается в электрическую. Для осуществления процессов суммарной реакции (9.11), необходимо отделить окислитель от восстановителя, обеспечить направленное движение ионов и электронов. Эти функции выполняет ТЭ: на одном из электродов ТЭ - аноде происходит электрохимическое окисление топлива ( рис. 9.43), на втором - катоде электрохимическое восстановление окислителя.
 
Loading
на заглавную 10 самыхСловариО сайтеОбратная связь к началу страницы

© 2008 - 2014
словарь online
словарь
одноклассники
XHTML | CSS
Лицензиар ngpedia.ru
1.8.11