ПОИСК Статьи Рисунки Таблицы О теории самовоспламенения и зажигания газовых смесей из "Диффузионное горение жидкостей" Вспышки жидкостей являются частным случаем воспламенения горючих газовых смесей. Опыт показывает, что возможны два способа воспламенения последних. Первый способ заключается в том, что данная смесь вся целиком доводится до такой температуры, выше которой она самостоятельно воспламеняется. Второй способ состоит в том, что холодная смесь зажигается только в какой-нибудь точке пространства посредством высокотемпературного источника и воспламенение остальной части смеси происходит без внешнего вмешательства благодаря распространению зоны горения. Соответственно и говорят о самовоспламенении и о вынужденном воспламенении, вынужденном зажигании или просто зажигании смесей. [c.8] Вспышки жидкостей возникают обычно при использовании тех или иных источников зажигания и относятся, следовательно, к категории вынужденного воспламенения. [c.8] В настоящее время теория вынужденного воспламенения в литературе достаточно полно освещена. Прежде чем рассмотреть последнюю, обратимся к теории самовоспламенения газовых смесей, так как и при вынужденном воспламенении в начальной стадии происходит самовоспламенение. Займемся сначала так называемой тепловой теорией. [c.8] Для того чтобы выяснить, при каких условиях смесь самовоспламенится, обратимся к рис. 2. По оси абсцисс здесь отложена температура Т, а по оси ординат — количество тепла, выделяющегося и отводимого в единицу времени. Три кривые д2 Т) отвечают трем значениям То. [c.9] При установившемся состоянии д1 будет равняться д2 и соответственная температура будет равна абсциссе точек пересечения кривых д1 Т) и д2(Т). Из рисунка видно, что в некоторых случаях кривые пересекаются в двух точках, а иногда в одной. [c.9] Остановимся сначала на первом случае. Смесь, имевшая вначале температуру Го, будет нагреваться. Нагревание смеси. прекратится и система придет в равновесное состояние, когда температура газа будет равна Та, отвечающей нижней точке пересечения а кривых 1 и 2. Этот режим будет устойчивым режимом. Вторая точка пересечения Ь лежит в области более высоких значений температуры и тепловой режим в этом случае, как нетрудно убедиться, будет неустойчивым при отклонении от состояния, отвечающего точке Ь, система в Ь не возвратится, а будет удаляться от этого состояния. [c.9] При повышении температуры То стенок сосуда кривая будет смещаться вправо, а значение стационарной температуры Та будет непрерывно и плавно возрастать. При некоторой температуре стенки Тоъ, кривые д Т) и Ц2 Т) будут касаться друг друга, как это имеет место при среднем положении кривой теплоотвода на рис. 2. Точка с касания кривых будет граничной точкой существования стационарного режима. При сколь угодно малом повышении температуры стенки по сравнению с Гов кривые не будут иметь общих точек, стационарный режим наблюдаться не будет и произойдет резкое повышение температуры, а следовательно, и скорости выгорания смеси. Явление, заключающееся в переходе от медленно текущей реакции, сопровождающейся незначительным разогревом, к бурному прогрессивно ускоряющемуся выгоранию смеси и будет явлением самовоспламенения или явлением теплового взрыва . [c.9] Картину, сходную с описанной, мы получили бы, если бы условия теплообмена оставили неизменными, а изменяли бы скорость реакции изменением концентрации с или изменением давления р (рис. 3). [c.9] Рассмотрим теперь количественные соотношения, характеризуюш,ие явление самовоспламенения газовых смесей. [c.10] Температуре воспламенения в последней формуле отвечает знак минус перед знаком квадратного корня. [c.10] Последнее соотношение устанавливает связь между составом смеси и температурой воспламенения. Если положить, что п === 2, зависимость между с и Та графически представится кривой (рис. 4), ограничивающ,ей область взрыва. Таким образом, из теории, в полном согласии с опытом, следует, что не всякая смесь может воспламениться и что воспламеняются лишь смеси, состав которых лежит в соответственных пределах концентрации. Эти предельные концентрации и отвечают верхнему и нижнему пределам вспышки жидкостей. [c.11] Анализ опытных данных показывает, что в одних случаях самовоспламенение носит тепловой характер, а в других — цепной. В последующем мы ограничимся вопросами, относящимися к тепловой теории воспламенения. [c.11] При вынужденном зажигании нагревается только небольшой объем среды. Это осуществляется или введением в смесь накаленного тела, или пламенем, или электрической искрой. Сущность процесса вынужденного зажигания одинакова с сущностью процесса самовоспламенения, но явление вынужденного воспламенения более сложно, чем явление самовоспламенения. Критические условия при вынужденном воспламенении связаны и со свойствами источника воспламенения и с условиями распространения пламени. [c.11] Опытные данные показывают, что критическая температура при зажигании может превышать температуру самовоспламенения смеси. Это обусловлено тем, что температура в газе быстро падает по мере удаления от поверхности нагретого тела, а концентрация горючего вещества вблизи поверхности оказывается (благодаря протеканию химической реакции) ниже, чем в остальной части среды. Бывают случаи, когда у нагретого тела реакция протекает, а пламя не распространяется. [c.12] Убедительным доказательством значительной роли обеднения горючего слоя, прилегающего к накаленному телу, является факт более трудного зажигания газовых смесей телом, являющимся катализатором для данных смесей. В этом случае реакция на поверхности протекает более интенсивно, и концентрация реагирующих газов вблизи поверхности уменьшается в большей степени, чем у поверхности некаталитической. В соответствии с этим значительно повышается температура поверхности, но распределение температуры и концентраций в газе таковы, что условия воспламенения становятся менее благоприятными. [c.12] Критическая температура при зажигании зависит от размеров источника воспламенения. Этот вопрос был предметом исследований Сильвера и Патерсона [8, 9], изучавших воспламенение газовых смесей шариками, падающими в смеси газов и имеющими различные размеры. На рис. 6 приведены результаты опытов Сильвера со светильным газом. Из рисунка видно, что температура зажигания понижалась с увеличением радиуса шаров. Патерсоном было показано, что температура зажигания существенным образом зависит от скорости полета шарика. [c.12] Результаты Сильвера и Патерсона объясняются тем, что распределение температуры вблизи источника зависит от размеров и скорости движения последнего. [c.13] Первая попытка дать теорию зажигания газовых смесей накаленным телом была предпринята Сильвером. Более строгое решение задачи дал Я. Б. Зельдович 7]. [c.13] Соотношение (1.15) устанавливает зависимость критических величин и условий, при которых наступает воспламенение от размеров сосуда. [c.14] Более полная и строгая теория воспламенения при зажигании была недавно изложена Л. Н. Хитриным и С. А. Гольденбергом [10]. [c.14] Вернуться к основной статье