ПОИСК Статьи Рисунки Таблицы Воспламеняемость и горючесть из "Химмотология" Сгорание как сложный химический процесс развивается в условиях резко изменяющихся температур и концентраций взаимодействующих веществ. Температура при горении углеводо-родно-воздушных смесей изменяется в довольно широких пределах и достигает 2000 С. В зависимости от температуры изменяется не только механизм химических реакций, но и скорость сопутствующих процессов тепло- и массообмена. От температуры зависят скорости образования и распада многих промежуточных продуктов химических превращений, скорости процессов переноса активных частиц из зоны горения в свежую смесь и т. д. Часто горение проходит в условиях продолжающегося испарения капель жидкого топлива и смешения его паров с воздухом, причем теплота, необходимая для испарения топлива, подводится из зоны горения. [c.40] Таким образом, в процессе горения одновременно могут протекать разные стадии реакций предпламенного окисления и горения, детальное исследование которых очень затруднено. Законченной теории горения пока еще не создано. Однако плодотворным оказалось использование пероксидной теории с цепным механизмом для объяснения многих особенностей процесса сгорания углеводородно-воздушных смесей. [c.40] В основе пероксидной теории лежат труды выдающегося русского ученого академика А. Н. Баха. Он установил, что при окислении углеводородов первичными продуктами являются пероксидные соединения типа гидропероксидов КООН или диалкилпероксидов КООК. Пероксиды относят к разряду весьма нестойких соединений, обладающих большой избыточной энергией. При определенных температурах и давлении пероксидные соединения могут самопроизвольно разлагаться с выделением большого количества тепла. [c.40] Разработка теории цепных реакций и детальное исследование их механизма принадлежат советским ученым во главе с лауреатом Нобелевской премии академиком Н. Н. Семеновым. Показано, что в химических реакциях с цепным механизмом исходные вещества превращаются в конечные продукты не непосредственно в результате прямых соударений молекул, а с образованием ряда промежуточных продуктов. Развитие цепной реакции определяют особые активные частицы, легко вступающие в соединение с исходными или промежуточными продуктами, при этом кроме конечных продуктов вновь образуются такие же или другие активные частицы, способные также вступать в реакции, продолжая цепь превращений. [c.40] Цикл будет повторяться до тех пор, пока не прекратится воссоздание активных частиц, т. е. не наступит, так называемый, обрыв цепи. Он может быть связан с попаданием активных частиц на инертную стенку, соударением активных частиц между собой, либо с молекулами инертных примесей. [c.40] Горение углеводородов развивается по типу сильно разветвленной и потому крайне быстрой цепной реакции, и чем сложнее молекула углеводорода, тем большее число элементарных актов составляет цепь и образуется больше разнообразных промежуточных продуктов. Химизм сгорания сложных углеводородов и их смесей изучен очень мало. Тем не менее накоплен большой экспериментальный материал, позволяющий во многих случаях управлять процессом горения, вести инженерные расчеты тепловых двигателей и разрабатывать мероприятия по повышению эффективности использования топлива. [c.41] При изучении сгорания углеводородных топлив разграничивают два процесса процесс воспламенения (инициирования горения) и процесс распространения пламени. [c.41] Для воспламенения горючей смеси необходимо подвести определенное количество энергии, достаточное для того, чтобы в некотором объеме смеси обеспечить такие начальные скорости химических реакций, при которых тепловыделение начинает превышать скорость отвода тепла от реагирующей смеси в стенки или в окружающую более холодную смесь. Воспламенение смеси возможно самопроизвольное (самовоспламенение) или в результате принудительного зажигания. В поршневых двигателях внутреннего сгорания применяют оба способа инициирования процесса сгорания самовоспламенение смеси (дизельные двигатели) и принудительное зажигание электрической искрой. [c.41] Зажигание представляет собой интенсивное местное нагревание небольшой части горючей смеси до высокой температуры. В двигателях для зажигания применяют электрическую искру. Искровой разряд в системе зажигания двигателя позволяет практически мгновенно нагреть газ в искровом канале до температуры выше 10 000°С. При такой температуре пары углеводородов взаимодействуют с кислородом с огромными скоростями, и воспламенение некоторого объема смеси происходит практически мгновенно. Однако вследствие больших потерь, вызванных излучением и рассеиванием энергии, возникший очажок горения не всегда способен к дальнейшему распространению после прекращения разряда. Чтобы зажечь горючую смесь, искровой разряд должен сообщить ей такое количество энергии, которое бы обеспечило условия для самостоятельного распространения фронта пламени. [c.42] В отличие от воспламенения процесс распространения пламени идет спонтанно, без внешнего воздействия на горючую смесь. Очередные слои или объемы горючей смеси воспламеняются за счет энергии, выделяющейся при сгорании предшествующих порций той же смеси. [c.42] Процессы распространения пламени различают по способам передачи энергии от горящих слоев в свежую смесь диффузионно-цепное и тепловое распространение пламени. [c.42] В диффузионно-цепном распространении пламени основная роль принадлежит диффузии из зоны горения в свежую смесь активных центров, вызывающих разветвление цепных реакций в предпламенных стадиях. Высокая температура во фронте пламени обусловливает и важную роль процессов передачи тепла из зоны горения в свежую смесь за счет теплопроводности и диффузии. Такой тепловой процесс распространения пламени сопровождается и диффузионно-цепным процессом, однако, значение каждого из них меняется по мере развития процесса сгорания. Непосредственно после воспламенения горючей смеси ведущая роль в распространении пламени принадлежит диффузионно-цепным процессам, а в дальнейшем преобладающее значение приобретают тепловые процессы. [c.42] Скорость распространения пламени зависит также от состояния смеси перед воспламенением. [c.42] Скорость распространения фронта пламени возрастает при повышении давления и температуры. Все меры, направленные на повышение давления и температуры в камерах сгорания, приводят к увеличению скорости распространения фронта пламени и как результат — к увеличению скорости сгорания. [c.43] Скорость распространения фронта пламени зависит также от состава смеси, -е. от коэффициента избытка воздуха. Максимальное значение скорости при а = 0,90. При обогащении или обеднении смеси скорость распространения фронта пламени уменьшается. Происходит это за счет недостатка кислорода при обогащении смеси или за счет большого расхода тепла на нагревание избытка воздуха — при обеднении смеси. [c.43] При некоторых значениях а в смеси создается такой избыток воздуха или топлива, что преобладающая часть энергии от источника воспламенения рассеивается, расходуется на подогрев этого избытка скорость распространения фронта пламени в подобных случаях падает до нуля. Такие значения а, принятые за пределы распространения пламени, одновременно являются и пределами воспламенения смеси, так как вне этих пределов местный источник зажигания не способен обеспечить распространение процесса горения на весь объем смеси. [c.43] Следует отметить, что пределы воспламенения топливовоздушных смесей в двигателе зависят не только и не столько от химического состава самого топлива, сколько от условий смесеобразования и воспламенения. Принято считать, что в условиях двигателя верхний предел воспламенения, например, бен-зино-воздушной смеси равен 0,4—0,5, а нижний—1,3—1,4. [c.43] Один из важнейших показателей качества топлива — теплота сгорания. Объемной теплотой сгорания чаще пользуются для характеристики газообразных топлив, а массовой — жидких топлив. Для топлив, применяемых в авиации, наряду с массовой теплотой сгорания указывают и объемную, так как в современных летательных аппаратах лимитирующим фактором при размещении запаса топлива часто является его объем, а не масса. [c.43] НИИ 1 кг топлива 2,512 — теплота парообразования воды, МДж/кг. [c.44] Углеводородные топлива лишь незначительно различаются по теплоте сгорания (табл. 2) их низшая теплота сгорания колеблется в пределах 41—44 МДж/кг. Повышение мош,ности или экономичности двигателей за счет использования топлив с каким-то повышенным энергозапасом не представляется возможным. Таких добавок или присадок, резко повышаюш,их теплоту сгорания, пока не найдено. Небольшое увеличение теплоты сгорания можно достичь при использовании некоторых индивидуальных углеводородов, добавлении металлических суспензий, боргидридов и т. д. Однако эти пути дороги, малоэффективны, ограничены ресурсами и вряд ли могут получить широкое применение. [c.45] Вернуться к основной статье