О распространении детонации и горения в газах

Детонационные свойства — важная характеристика бензинов. В цилиндр двигателя внутреннего сгорания поступает смесь паров бензина с воздухом, которая сжимается поршнем и зажигается от запальной свечи (искры). Образующиеся при горении газы двигают поршень. Чем больше степень сжатия смеси в цилиндре, тем выше КПД двигателя. Степень сжатия ограничивается характером горения смесн в цилиндре. При нормальном горении скорость распространения пламени равна 10—15 м/с, однако при некоторых степенях сжатия наступает детонация, при которой пламя распространяется со скоростью 1500—2500 м/с. [c.56]

При горении паров или газов в трубах давление при опреде ленных условиях может повыситься до 10 МН/м (100 кгс/см ) н скорость распространения пламени достигает 1000—3000 м/с. Гот рение, при котором скорость распространения пламени превышает скорость распространения звука в данной среде, называется детонационным. При детонации тепло из зоны горения передается ударной волной, которая, сжимая и нагревая горючую смесь, вызывает протекание цепных химических реакций с огромной скоростью. Энергия, выделяющаяся в результате химической реакции, поддерживает ударную волну, обеспечивая постоянную скорость ее распространения. Детонация обычно вызывается действием ударной волны, которая может возникнуть при взрыве газо- или паровоздушной смеси. [c.243]

Детонационные свойства — весьма важная характеристика бензинов. В цилиндр двигателя внутреннего сгорания поступает смесь паров бензина с воздухом, которая сжимается поршнем и зажигается от запальной свечи (искры). Образующиеся при горении газы двигают поршень. Чем больше степень сжатия смеси в цилиндре, тем выше коэффициент полезного действия двигателя. Величина степени сжатия ограничивается характером горения смеси в цилиндре. При запале смеси от искры образующееся пламя может распространяться в цилиндре двигателя с различной скоростью. При нормальном горении скорость распространения пламени равна 10—15 м/сек, однако при некоторых степенях сжатия наступает детонация, при которой пламя распространяется со скоростью 1500—2500 м/сек. Появление детонации сопровождается стуком в цилиндре, перегревом, черным дымом на выхлопе и приводит к повышению расхода топлива, снижению мощности двигателя и преждевременному его износу. [c.458]

Гидродинамической теорией детонации предполагается следующий механизм образования мощной ударной волны при распространении пламени в трубах. Горение газа сопровождается расширением продуктов сгорания, которые воздействуют на фронт пламени, ускоряя его распростра нение. При каждом небольшом ускорении движения пламени от его фронта отходит слабая волна сжатия. При этом каждая последующая волна Сжатия движется со скоростью, превышающей скорость предыдущей, вследствие нагрева среды предыдущей волной, и поэтому она догоняет предыдущую волну. В результате на каком-то расстоянии от точки зажигания волны сливаются в одну мощную ударную волну, вызывающую детонацию смеси. Расстояние Ь от места воспламенения смеси в трубе до места возникновения детонации может служить мерой оценки склонности к детонации различных газовых смесей. В табл. 20 и 21 приведены данные изменения Ь в зависимости от химического состава смеси, начального давления и температуры смеси. [c.119]

О распространении детонации и горения в газах ) [c.218]

Последующее развитие теории детонации было направлено на описание явления с учетом различных проявлений возмущений, возникающих во фронте детонационной волны. Теоретически рассматривались также некоторые свойства детонационной волны, в частности концентрационные пределы ее распространения. На основании анализа взаимосвязи между детонацией и обусловливающей ее химической реакцией горения Я. В. Зельдович пришел к выводу, что в детонационной волне вследствие большой скорости ее распространения изменение состояния газа происходит на длине свободного пробега молекулы (величина порядка см). В этих условиях теплопроводность и диффузия активных центров не могут принимать участия в механизме распространения детонационной волны. Способность смеси к распространению детонации определяется скоростью химических реакций, обусловливающих ее самовоспламенение во фронте детонационной волны. [c.142]

К явлениям распространения горения относятся нормальное распространение пламени, горение в неравномерно движущемся газе и турбулентное горение и, наконец, детонация. Нормальным горением называется распространение пламени в отсутствие газодинамических эффектов, связанных с градиентами давления, или с турбулентностью. Скорость распространения этого идеализированного процесса называется нормальной (или фундаментальной) скоростью пламени. Она зависит только от кинетики реакции и коэффициентов теплопроводности и диффузии и может, следовательно, рассматриваться как физическая константа смеси. [c.262]

При сверхзвуковых движениях газа в нем возникают ударные волны (скачки уплотнения), т. е. поверхности, где резкое сжатие происходит на расстоянии порядка длины свободного пробега. Работа сжатия преобразуется в тепловую энергию происходящий при этом разогрев может привести к воспламенению. Распространение горения посредством воспламенения ударной волной носит название детонации. В механизме такого распространения теплопередача и диффузия не играют существенной роли теплопотери могут быть существенны только для пределов распространения детонации. [c.263]

Здесь автор, повидимому, ссылается на объяснение механизма распространения детонационной волны, предложенное Льюисом. Эта схема лишена всякого научного основания (см. А. Соколик, Горение и детонация в газах,1934, стр. 56). [c.50]

При детонации волна давления и следующая за ней зона горения перемещаются с одинаковой скоростью, образуя единый комплекс. Детонационное горение резко отличается от нормального не только по скорости, но и по механизму распространения. Распространение нормального горения осуществляется путем нагревания за счет теплопроводности горючего газа перед фронтом пламени и диффузии компонентов горючей смеси в зону реакции. При детонации ударная волна резко сжимает и нагревает исходный горючий газ через некоторое время, равное длительности задержки воспламенения, каждый сжатый слой адиабатически самовоспламеняется, не обмениваясь ни теплом, ни активными центрами с соседними слоями. Часть энергии, выделившейся при сгорании, передается на фронт ударной волны, что обеспечивает стационарность режима. Скорость нормального горения мала в сравнении со скоростью звука, поэтому при нормальном горении давление в продуктах сгорания и в исходном газе успевает выравниваться. По мере сгорания смеси давление в цилиндре повышается непрерывно и постепенно. При детонационном сгорании перед фронтом детонационной [c.18]

Явление детонации можно объяснить следующим образом. При достаточно большой начальной скорости горения (скорости распространения пламени), например при горении газовоздушной смеси в длинном трубопроводе, продукты горения вследствие резкого увеличения объема и возрастающего сопротивления (трения) стенок трубы начинают двигаться вслед за фронтом пламени, вызывая его турбулизацию, т. е. искривление и увеличение его поверхности (рис. 60) и, как следствие, дальнейшее увеличение количества сгорающего веществами скорости распространения пламени (ы). При эт й возникает ударная волна, во фронте которой происходит скачкообразное повышение плотности, давления и температуры вещества. Сжатие газа и его нагревание в ударной волне тем сильнее, чем больше скорость движения расширяющихся при горении газов. Ударная волна и образующаяся за ней зона сжатой, нагретой, быстро реагирующей (вплоть до самовоспламенения) смеси (см. рис. 60) составляют вместе детонационную волну. [c.327]

Согласно наиболее широко распространенной теории детонации образующийся фронт пламени сжимает почти адиабатически несгоревшее сырье, вследствие этого температура и плотность сырья повышаются кроме того, несгоревшие газы получают некоторое количество тепла за счет радиационного излучения пламени. Когда температуры и давление становятся больше критических значений, автокаталитические процессы, которые происходят в несгоревшем сырье позади фронта пламени, ускоряются во много раз, что и приводит к самовоспламенению, которое предшествует нормальному окончанию горения. Такое самовоспламенение сопровождается внезапным повышением давления вследствие образования ударных волн скорость последних гораздо выше скорости распространения нормального пламени их частота равна частоте звука, который мы обычно воспринимаем как детонацию [87]. [c.405]

Детонационное сгорание чаще всего происходит при неправильном выборе бензина для двигателей с высокой степенью сжатия. При детонационном горении скорость распространения фронта пламени резко увеличивается, достигая 1500...2000 м/с. Поскольку пространство камеры сгорания невелико, упругие детонационные волны многократно ударяются и отражаются от стенок камеры сгорания, что вызывает характерный для детонации металлический стук. Отражающиеся ударные волны нарушают нормальный процесс сгорания, вызывают вибрацию деталей двигателя, в результате чего значительно возрастает износ. Выпускные газы приобретают темный, иногда черный цвет, т.е. при детонации увеличивается неполнота сгорания топлива. [c.43]

При горении газовых смесей в длинных трубках вначале распространение пламени происходит но механизму, аналогичному для коротких трубок, но вскоре (на длине, равной примерно десяти диаметрам трубки) скорость распространения становится огромной, измеряемой тысячами метров в секунду. Это явление носит название детонации, оно основано на адиабатическом сжатии впереди лежащих слоев газа, в результате чего происходит самовоспламенение слоя за слоем. Детонация распространяется в виде взрывной волны. [c.102]

Когда не обеспечена совокупность всех вышеупомянутых условий, то происходит нормальное горение, которым и пользуются в технике. Детонация не возникает, например, при истечении газовоздушной смеси с достаточной скоростью из холодной трубки. Подожженная смесь спокойно горит в очень тонком слое коротким пламенем, образуя на конце трубки при ламинарном движении горящий конус. В этом случае вычисляют так называемую нормальную скорость распространения пламени. Ее среднее значение и , м/с, определяют как частное от деления количества истекающего газа V, mV , на поверхность горящего конуса F, м [c.476]

При определенных условиях нормальное, т. е. дефлаграци-онное и взрывное, горение может перейти в детонационное, при котором скорость распространения пламени превышает скорость распространения звука в данной среде и может достигать 1000—5000 м/с. Чаще всего детонация возникает при горении газов в трубопроводах большой длины при определенном начальном давлении и определенных концентрациях горючего вещества в воздухе или кислороде, например 6,5—15% ацетилена в смеси с воздухом, 27—35% водорода в смеси с кислородом. [c.185]

В длинных трубопроводах особенно при использовании мощных источников поджигания возникает детонация даже в сравнительно медленно горящих углеводородовоздущных смесях. Смеси горючих газов и паров с кислородом хорошо детонируют. Как правило, концентрационные пределы детонации уже Пределов распространения дефлаграционного горения. В табл. VI,8 приведены значения пределов детонации и максимальных скоростей распространения детонации для некоторых горючих газов. Этн данные получены [c.440]

Аналогично ингибиторам и антиоксигенным веществам действуют антидетонаторы. Антидетонаторами называют вещества, противодействующие детонации и замедляющие скорость горения газа. Они препятствуют взаимодействию топлива и кислорода и представляют собой вообще вещества, легко разлагаю1циеся с образованием твердых частиц. Известно, что сжигание топлива в двигателях внутреннего сгорания может сопровождаться детонацией или протекать без детонации. Явление детонации наблюдается при горении газсв в определенных условиях. Для детонации характерна определенная, большая скорость распространения химического процесса по всей газовой фазе. Эта скорость близка к скорости звука [131], достигая ее при критическом давлении, которое определяет характер горения. Указывают, что детонация индуцируется определенными органическими соединениями, которые действуют с различной силой. Установлено, что соединения, содержащие этильный радикал, соединенный с бромом, кислородом и серой, а также более простые соединения, содержащие этильную группу, вызывают относительно слабую детонацию, между тем как алкилнитраты и нитриты [132], если они вводятся в топливовоздушную смесь, вызывают сильную детонацию. Способность вызывать детонацию приписывалась в молекуле атому, который в наибольшей степени изменен связанными с ним радикалами или группами. Вещество, индуцирующее детонацию, должно быть или смешано со всасываемым воздухом, или растворено в топливе. Предполагали, что механизм детонирующей реакции представляет собой видоизмененный механизм цепной реакции [3] в том смысле, что он содержит не отдельный центр, но группу центров, дающих микроцепи . [c.348]

Научные исследования относятся к учению о химических процессах. В первых работах (1916— 1925) получил данные о явлениях, вызванных прохождением электрического тока через газы, об ионизации паров металлов н солей под действием электронного удара и о механизме пробоя диэлектриков. Разработал основы тепловой теории пробоя диэлектриков, исходные положения которой были использованы им при создании (1940) теории теплового взрыва и горения газовых смесей. На основе этой теории вместе с учениками развил учение о распространении пламени, детонации, горении взрывчатых веществ и порохов. Его работы по ионизации паров металлов и солей легли в основу современных представлений об элементарном строении и динамике химического превращения молекул. Изучая окисление паров фосфора, в сотрудничестве с /О. Б. Харитоном и 3. Ф. Вальтой открыл (1926--1928) предельные явления, лимитирующие химический процесс,— критическое давление , критический размер реакционного сосуда и установил пределы добавок инертных газов к реакционным смесям, ниже которых реакция не происходит, а выше которых идет с огромной скоростью. Те же явления обнаружил (1927—1928) в реакциях окисления водорода, окиси углерода и других веществ. Открыл (1927) новый тип химических процессов — разветвленные цепные реакции, теорию которых впервые сформулировал в 1930—1934, показав их большую распространенность. Доказал экспериментально и обосновал теоретически все наиболее важные представления теории цепных реакций о реакционной способности свободных атомов и радикалов, малой энергии активации [c.456]

Бензины с большим октановым числом. Мощность двигателя внутреннего сгорания тем больше (при прочих равпых условиях), чем больше степень сжатия горючей смеси в цилиндре в момент зажигания. Однако опыт показал, что нельзя сжимать смесь выше некоторого предела, так как в этом случае горение смеси протекает ненормально (детонация), что проявляется в характерном металлическом шуме — стуке в моторе и в значительном снижении мощности мотора. (Термин детонация не вполне удачен, так как явление детонации в газах несколько отличается от формы сгорания в двигателях.) В нормальных условиях при зажигании искрой смеси горючего газа с воздухом пламя распространяется из исходной точки по всему объему газа в виде узкой сравнительно медленно продвигающейся зоны (12—24 м1сек). Во время детонации эта зона продвигается сначала нормально, но затем скорость распространения резко повышается до 300—800 м/сек. Возникающая волна сжатия (обусловливающая характерный стук) ведет к сильному повышению давления еще до момента, подходящего для произведения механической работы. Можно было доказать, что детонация в двигателе обусловлена медленным окислением, протекающим во взрывчатой смеси, еще не тронутой пламенем. При этом смесь так сильно нагревается, что она детонирует мгновенно по всей массе, вместо того чтобы постепенно сгорать. [c.401]

Рассмотрим теперь вопрос о стадийности горения углерода в детонационной волне. В начальном периоде исследования детонации в газах в скорости детонационной волны видели величину, непосредственно отражающую количество выделившегося нри сгорании тепла. Так,сопоставляя скорости детонационной волны в смесях дициана разного состава (см. табл. 28), Диксон обратил внимание на то, что эквимолекулярной смеси соответствует не только наивысшая скорость (распространения) взрыва, но что разбавление этой смеси кислородом производит более сильное замедляющее действие, чем соответствующее разбавление азотом, ясно показывая этим,что весь избыточный сверх эквимолекулярного состава кислород является в самой детопациопиоп волне инертным газом (см. [52, стр. 176—177]). [c.320]

К. И. Щелкину принадлежит идея о решаюя<ем влиянии на ус1юре-ние распространения пламени движения газа, обусловленного расширением продуктов горения, и особенно турбулизации его, вызванной этим движением [393]. Эта идея позволила автору объяснить закономерности перехода медленного горения в детонацию в трубах, объяснить чрезвычайно сильное ускоряющее влияние шероховатости стенок иа горение и на переход медленного горения в детонацию, открыть новый тип горения — стационарное быстрое горение или стационарную замедленную детонацию в шероховатых трубах. [c.69]

Являясь экзотермическим соединением, ацетилен в опеределен-ных условиях способен к взрывному разложению в отсутствие кислорода или других окислителей. При этом выделяется энергия (8,7 МДж/кг), которой достаточно, чтобы разогреть продукты реакции до 2800 °С. Ацетилен способен к самопроизвольному разложению при горении, взрыве, детонации и каскадном разложении. Конечное давление газов зависит от характера разложения. При взрыве скорость распространения пламени достигает нескольких метров в секунду, а конечное давление, являясь функцией развиваемой температуры, возрастает по сравнению с начальным в 8—12 раз. Давление детонационной волны до ее отражения от стенки (а также от торца, изгиба и т. д.) может увеличиться в 30 раз, а в отражаемой волне в 50-—100 раз. [c.20]

В качестве горючего газа применяли пропанобутановую смесь, которая поступала из баллона, кислород поступал пз кислородного баллона. Взрыв кислородного баллона произошел через 1,5—2 мин после зажжения резака. Кислородный баллон был разорван на множество осколков, разлетевшихся на расстояние до 300 м. Было установлено, что кислородный баллон был разрушен в результате быстрого горения или детонации в нем смеси кислорода с горючим веществом, которое было внесено в баллон до его заполнения кислородом. Взрыв смеси произошел от проскока пламени внутрь резака и распространения его по шлангу, в котором находилась горючая смесь, поступающая из кисло- [c.378]

При возбуждении ударной волны в химически реагирующем горючем газе под влиянием адиабатического сжатия смеси наряду с ударной волной возникает волна горения. Совокупность этих волн представляет собой детонационную волну. В детонационной волне потери на трение и теплоотдачу при ее движении по трубе компенсируются энергией, выделяющейся в волне горения. Благодаря этому при распространении по трубе детонационной волны становится возможным стационарный режим, когда скорость детонации (О) остается постоянной. Условие существования стационарного режима определяется правилом Чемпена — Жуге, согласно которому стабильность детонационной волны достигается, если скорость потока сжатого газа за фронтом детонационной волны равна или выше скорости звука в этом газе. Правило Чемпена — Жуге позволяет найти на адиабате Гюгоньо точку с такими значениями Рг и Уг, которые обеспечивают стабильность детонационной волны и позволяют вычислить скорость детонации В [c.141]

Я. Б. Зельдовичем [9] разработана теория возникновения детонации. Рассмотрим распространение пламени в длинной трубке постоянного сечения при воспламенении у закрытого конца. В результате горения газовой смеси и зависящего от него расширения газа возникает движение взрывчатой смеси перед фронтом пламепи (рис. 46). [c.103]

Зельдович и Розловский [10] высказали предположение, что рождение сферической детонации после искрового зажигания связано с автотурбулизацией газа, которое обусловлено образованпем в процессе горения чрезвычайно высоких значений Ке, составленных из радиуса и скорости распространения сферического фронта пламени—Ке= 10 —10 для водородокислородных смесей. Как отмечалось, турбулентное раздробление сферического очага пламени в аналогичных условиях горения ацетиленокислородных смесей при Ке = 10 было подтверждено данными искровой шлирен-кинема- [c.379]

В непосредственной близости от фронта ударной волны происходит воспламенение сжатого газа, и так как вследствие большой скорости распространения ударной волны диффузия (как и теплопроводность) не играет сколько-нибудь существенной роли , то в реакцию вступает смесь, не разбавленная продуктами реакции и не содержащая активных центров, образовавшихся в соседних слоях газа в предшествующие моменты времени. По этой причине воспламенение горючей смеси в ударной волне должно ближе соответствовать самовоспламенению газа в статических условиях, чем воспламенению при нормальном горении (где передача тепла теплопроводностью и диффузия активных центров играют основную роль). Экспериментальным (качественным) доказательством правильности этих представлений являются данные по влиянию небольших концентраций активных примесей, получетшые в работах Соколика [322], Ривина и др. [38, 293]. Из этих работ, в частности, следует, что активные примеси одинаково расширяют концентрационные пределы детонации (не влияя, однако, на скорость детонации), так же как расширяют пределы и ускоряют самовоспламенение тех же смесей в статических условиях. [c.510]

В заключение этой главы кратко рассмотрим детонационное распространение пламени в газовых смесях. Явление детонации газов, открытое в 1881 г. Малларом и Ле Шателье [905] и независимо от них Вертело и Вьей [390], имеет огромное практическое значение, которое обусловлена необходимостью подавления детонации ввиду ее разрушительного действия. Детонация пыле-воздушных смесей в угольных шахтах представляет собой особенно яркий случай детоиации, когда борьба с нею становится настоятельной необходимостью. Имен1ю катастрофические взрывы в шахтах и послужили тем стимулом, который возбудил интерес к явлениям распространения пламени и привел к открытию детоиации и в дальнейшем к ее всестороннему изучению. К той же категории явлений относится детонация газовых и пылевидных смесей в условиях различных производств, как и детонация в двигателе внутреннего сгорания, приводящая к быстрому износу и разрушению двигателя. Не входя в рассмотрение явления детонации с точки зрения практики, здесь коснемся только тех его сторон, которые в той или иной мере связаны с химией и кинетикой процессов горения в детонационной волне. [c.636]

Согласно современным представлениям, детонация возникает под действием ударных волн пли в результате самоускорепия пламени (при распространении горения в трубах). Вследствие самоускорепия пламени возникает волна сжатия (ударная волна), в которой благодаря высоким температуре и давлению происходит самовоспламенение смеси [302, 81, 80, 85]. Таким образом, возникающая при детонации ударная волна сопровождается волной горения обе волны, в совокупности образующие детонационную волну, распространяются в газе с некоторой скоростью (скорость детонации), которая значительно превосходит нормальную скорость пламени и обычно составляет 2—5 км1сек. [c.636]

Распространение газов при сгорании приводит к образованию ударной и взрывной волн, которые движутся перед фронтом горения. Сжатие газа и его нагреванме в ударной волне тем сильнее, чем больше скорость движения расширяющихся газов, определяемая скоростью горения веществ. При быстром сгорании повышение температуры смеси в ударной волне становится настолько значительным, что происходит воспламенение смеси. Возникает режим горения, при котором импульс воспламенения передается от слоя к слою не за счет теплопроводности, а вследствие импульса давления — это и есть явление детонации. Давления в детонационной волне значительно больше давлений при взрыве, и это приводит к сильным разрушениям. [c.47]