Горение и взрыв

 

где q-(T) = GC(T- Т0)-скорость отвода тепла из реактора с продуктами сгорания, q+(T) = Qw(a, Т) V-скорость выделения тепла при реакции.

Для реакции и-го порядка с энергией активации:

(k0-предэкспоненц. множитель  в ур-нии Аррениуса). На диаграмме q — Т (рис. 1) зависимость q-(T)выражается  прямой линией, угол наклона к-рой  тем больше, чем больше расход  через реактор; q + (T)выражается кривой с резким максимумом вблизи ТГ. Восходящая ветвь этой кривой обусловлена быстрым ростом скорости реакции с т-рой (в выражении для w осн. вклад дает экспоненц. множитель); при значит. выгорании горючего смесь сильно разбавляется продуктами, преобладающее влияние на скорость реакции начинает давать множитель аn и реакция резко замедляется. Поскольку для реакций горения характерны большие значения Е, максимум на кривой q+(T)выражен очень резко и сильно смещен к ТГ, т.е. наиб. быстро реагирует смесь, сильно нагретая выделяющимся теплом, хотя и значительно разбавленная продуктами. При расходах G условия баланса (1) и (2), которым отвечают точки пересечения q+ (T)и q-(Т), могут выполняться при различных температурах. Соответственно и реакция может протекать по-разному: в низкотемпературном режиме без прогрессирующего самоускорения, с незначительна саморазогревом (Т Т0) и выгоранием горючего (аа0) (точка А на рис. 1 при расходе Gt) или в режиме горения при высоких т-рах (Т ТГ)и больших степенях выгорания (а0) (точка С на рис. 1 при расходе G3). Переходы между этими двумя режимами-воспламенение смеси и ее погасание-происходят скачкообразно при критических расходах GB и GП соотв., причем всегда GB < GП. При промежуточных расходах GB < G < GП возможен также неустойчивый режим протекания реакции при некоторой промежуточной температуре (точка В на рис. 1 при расходе G2), когда любое малое случайное возмущение расхода приводит реакцию в один из устойчивых режимов (А' или С). Гистерезисный эффект, свойственный горению, заключается в том, что при любом расходе G в интервале от GB до GП м. б. реализованы оба устойчивых режима - высокотемпературный (собственно горение) и низкотемпературный, в зависимости от того, достигнуто ли данное значение G увеличением расхода со стороны значений, меньших GB, или уменьшением его со стороны значений, больших GП.

 

Рис. 1. Зависимость скоростей тепловыделения q+ и теплоотвода q- от температуры Т реагирующей системы при различных значениях расхода через реактор С (пояснения в тексте); Т0-т-ра окружающей среды. ТГ - адиабатическая температура горения.

Продукты сгорания пламен, горящих при атмосферном давлении, за исключением реакционной зоны внутреннего конуса для ламинарных пламен, находятся в состоянии термического равновесия. Поэтому возможен расчет температуры пламени и состава продуктов сгорания на основании термохимических данных. Основная трудность расчета заключается в том, что температура и газовый состав пламени взаимосвязаны: рост температуры ведет к увеличению степени диссоциации продуктов сгорания, а затрата энергии на диссоциацию продуктов сгорания уменьшает температуру пламени.

 Тепло, выделившееся на  поверхности зоны горения, расходуется  на повышение температуры продуктов  сгорания от температуры окружающей  среды ( / в) до температуры зоны ( / г), на повышение температуры близлежащих слоев воздуха ( передачи тепла теплопроводностью) и на лучеиспускание. Строго говоря, тепло, выделившееся в зоне горения, идет также на нагрев капли, испарение, перегрев и разложение паров, а также на диссоциацию продуктов сгорания. Однако учитывая, что значительная доля тепла, пошедшая на испарение в том или ином виде, возвращается в зону горения, а степень диссоциации продуктов сгорания мала, ими можно пренебречь.

 Теоретически достижимая  температура пламени является весьма важной величиной для инженеров, поскольку она представляет максимальную возможную температуру или потенциал выделившейся при данном процессе сгорания тепловой энергии, и, таким образом, определяет возможную степень превращения последней в работу. Кроме того, она определяет выбор материала для построения аппаратуры, в которой производится сжигание. Полученные такими образом величины (при допущении адиабатичности процесса) отличаются от истинной температуры пламени не более чем на 100°С. Однако расчет усложняется тем обстоятельством, что температуры, достигаемые при горении в адиабатических условиях, достаточно высоки для того, чтобы СО3 и Н2О начали диссоциировать. По этой причине конечная равновесная система наряду с инертными газами, присутствовавшими в исходной газовой смеси, содержит Н2О, СО2, СО, О2, Н2 и ОН. Так как степень диссоциации зависит от конечной температуры, а последняя, в свою очередь, зависит от общего количества выделившегося тепла, которое уменьшается с возрастанием степени диссоциации продуктов сгорания, то ясно, что расчет очень усложняется.

 

Список используемой литературы:

 

1. Теплотехника – Баскаков  А.П. 1991г.

2. Дытнерский Ю.И. Процессы и аппараты химической технологии: Учебник для вузов. Изд. 3-е. В 2-х кн.: Часть 1. Теоретические основы процессов химической технологии. Гидромеханические и тепловые процессы и аппараты. М.: Химия, 2002. - 400с.: ил.

3. Разинов А.И. Явления переноса: Учеб. пособие / А.И. Разинов, Г.С. Дьяконов.: Казан. гос. технол. ун-т. - Казань, 2002. – 136 с.

4. Берд Р. Явления переноса: Пер. с англ. / Р. Берд, В. Стюарт Е. Лайфут. – М.: Химия, 1974. – 688 с.

Размещено