Теоретические основы теплотехники - 163 стр.

UptoLike

ВУЗ: 

ТГТУ | Тамбов

Составители: 

Рубрика: 

действия этих комплексов с другими атомами или группами приводят к образованию конечного про-
дукта реакции и выделению новых радикалов, число которых растет лавинообразно. Из рисунка видно,
например, что единственный радикал водорода при столкновении с молекулой кислорода уже после
двух промежуточных превращений дает два радикала, затем их становится уже четыре и т.д. Так что
реакция вовсе не протекает по уравнению
2Н
2
+ О
2
= 2Н
2
О,
как это принято записывать, опираясь на массовые соотношения. Такие уравнения, отражающие лишь
исходные продукты и результат реакции, но не отражающие химизм и кинетику горения, называют сте-
хиометрическими соотношениями. Цепные реакции происходят с огромными скоростями.
Скорость химической реакции w
х
зависит от концентрации реагирующих веществ, температуры и
давления реагентов
b
B
a
Ax
CCkw = ,
где C
A
и C
B
– концентрации; k – константа скорости реакции; a и b – опытные константы, характери-
зующие влияние каждой из концентраций. Константа скорости реакции при росте температуры увели-
чивается по закону Аррениуса:
k = k
0
e
-E/(RT)
,
где Е – энергия активации (85 … 170 МДж/кг для газовых смесей).
Температура смеси, при которой цепные реакции происходят с разветвлением, называется темпера-
турой воспламенения смеси. Для газов это 500 … 750 °С.
Время сгорания топлива складывается как бы из двух частей
τ = τ
физ
+ τ
хим
.
За τ
физ
достигается контакт топлива с окислителем, τ
хим
– время протекания непосредственно хими-
ческой реакции. Если τ
физ
<< τ
хим
, то горение называют кинетическим. Кинетическое горение характер-
но для газовой смеси, где кислорода больше, чем теоретически необходимо для сгорания, Если же τ
физ
>> τ
хим
, то горение называют диффузионным. Такое горение имеет место, когда топливо и окислитель
подаются раздельно, а перемешивание их осуществляется за счет взаимной диффузии.
Та зона, где происходит непосредственное горение называется пламенем. Если смесь газа тщатель-
но подготовлена (перемешана), то пламя имеет малую толщину от 0,003 до 0,6 мм – говорят о фронте
пламени. Фронт пламени перемещается со скоростью 6 … 30 м/с. При повышении давления скорость
фронта пламени резко возрастает и сгорание переходит в детонацию – это практически взрывное горе-
ние, когда скорость пламени достигает нескольких километров в секунду.
Скорость пламени зависит от процентного содержания горючего газа в смеси. Бедные (мало горю-
чего) и очень богатые смеси не зажигаются обычным способом и не горят (см. табл. 5). Скорость пла-
мени заметно повышается с увеличением температуры смеси. Присутствие балласта N
2
и СО
2
снижает
скорость пламени почти пропорционально их процентному содержанию.
Различают ламинарное (спокойное, струйчатое) сгорание смеси и турбулентное горение, которое на
практике встречается намного чаще (в большинстве технических устройств). Если скорость смеси w
см
больше, чем скорость пламени w
пл
, то возможен отрыв пламени от горелки, при w
см
< w
пл
– проскок
пламени внутрь горелки. И то и другое – явления нежелательные и опасные.
Гетерогенное горение сопровождается рядом особенностей.
5 Примерные значения концентраций и температур
воспламенения газо-воздушных смесей
при t = 20 °С и р = 0,1 МПа (по данным из [30])

Страницы