Скорость смешения горючего п окислителя

СКОРОСТЬ СМЕШЕНИЯ ГОРЮЧЕГО И ОКИСЛИТЕЛЯ [c.70]

До сих пор речь шла лишь о высоте диффузионного пламени, возникающего в струе горючего газа, вытекающего из горелки. Возникает вопрос, какую форму имеет диффузионное пламя Этот вопрос много лет тому назад был решен численно Бурке и Шуманом [7], которые получили результаты, позволившие объяснить качественно и даже количественно экспериментальные факты. Бурке и Шуман рассмотрели задачу о ламинарном диффузионном пламени следующим образом. На срезе вертикальной трубки радиусом L, по которой поступает горючий газ, устанавливается ламинарное диффузионное пламя. Эта трубка помещена по оси другой, более длинной внешней трубки, имеющей радиус Н. По зазору между внешней и внутренней трубками поступает воздух. Средние скорости течения горючего газа и воздуха одинаковы, т. е. объемные расходы горючего газа и воздуха поддерживаются в отношении (/ — 1)2. Для упрощения задачи вводятся следующие допущения скорости течения горючего газа и воздуха в зоне пламени постоянны коэффициент диффузии постоянен диффузия осуществляется только в радиальном направлении смешение горючего газа с окислителем осуществляется только за счет диффузии. Фактически химическая реакция локализуется в пределах очень узкой области, которую можно рассматривать как математическую поверхность. Она занимает положение, в котором скорости диффузии горючего газа и воздуха обеспечивают получение стехиометрической смеси. [c.180]

Под диффузионными факторами здесь и в дальнейшем будем подразумевать факторы, связанные со скоростью смешения горючего и окислителя, а не со скоростью диффузии продуктов сгорания в свежую смесь (как это имелось в виду в 1). [c.95]

В горелке предварительного смешения раствор распыляют в виде аэрозоля с помощью окислителя через смесительную камеру. Полученную в результате смесь аэрозоль-окислитель затем смешивают с горючим перед введением в горелку. В отличие от предыдущего способа, в камере происходит отделение более крупных частиц аэрозоля. Это приводит к тому, что в пламя поступают более мелкие частицы аэрозоля, что обеспечивает полное испарение капель и атомизацию частиц. Однако эффективность перевода пробы в аэрозоль обычно порядка 5%. Такие пламена имеют ламинарную структуру. Для горелок предварительного смешения существенно, чтобы скорость смеси горючее-окислитель на выходе была выше скорости распространения пламени, чтобы избежать проскока и взрыва. [c.18]

Высокочастотная неустойчивость горения характеризуется регулярными колебаниями с частотой 1000—12 ООО гц. Амплитуда колебаний может изменяться в пределах от 1 до 100% величины нормального давления в камере сгорания. Установлено, что интенсивность высокочастотных колебаний возрастает с увеличением давления в камере сгорания [43, 44], причем возникновение высокочастотных колебаний связано с особенностями протекания рабочего процесса жидкостных ракетных двигателей. В. условиях высоких давлений и температур в камере сгорания при больших скоростях смешения горючего и окислителя возникают очаги самовоспламенения турбулентных объемов горючей смеси, в результате чего возникают ударные волны. [c.176]

Понятие о диффузионном горении. Наиболее распространенным в промышленной практике случаем диффузионного горения является горение в турбулентном потоке прн одновременном смешении газообразных струй топлива и окислителя, т. е. турбулентное горение, происходящее по мере образования горючей смеси. Опыт показывает, что кинетическое горение (горение готовой горючей смеси) становится крайне неустойчивым при переходе на турбулентный режим даже в случае принятия искусственных мер в виде размещения в потоке твердых тел, создающих местные зоны торможения. В то же самое время эти же мероприятия при известных соотношениях оказываются вполне достаточными для стабилизации диффузионного горения (т. е. горения вновь образующейся горючей смеси) в турбулентном потоке. Опыт показывает, что длина дуффузионного факела (пламени) практически перестает зависеть от скорости турбулентного потока. Это свидетельствует о том, что скорость сгорания в рассматриваемом случае становится практически пропорциональной скорости потока (или, что то же, пульсационной скорости) и что явление действительно протекает в чисто диффузионной области. [c.96]

Простой пример, в котором влияние явлений переноса можно считать пренебрежимо малым, иллюстрируется рис, 1 и подробно описан в работе [ ]. В поток нагретого окислителя, движущегося со скоростью V, вводится небольшое количество горючего, которое быстро приобретает температуру и скорость потока. Время задержки воспламенения можно определить как отношение отсчитываемого вниз по потоку расстояния Ь между местом инжекции и местом, где возникает пламя, к скорости потока V. Если предположить, что скорость смешения велика по сравнению со скоростью химической реакции в газе, то слагаемыми, описывающими явления переноса, можно пренебречь. Тогда из уравнения (1.4) следует приближенное [c.90]

Рис. 9.7. Схематическая иллюстрация отклонений от линейной зависимости массовых долей от переменной смешения для конечной скорости реакции (возможно одновременное присутствие горючего и окислителя)

Если скорость химической реакции велика, то процесс реагирования будет определяться более медленной чисто физической стадией. Эта область реагирования, где определяющую роль играют диффузионные явления, называется диффузионной областью. Например, процесс горения газообразного топлива, вводимого в камеру горения без предварительного смешения с окислителем, протекает в диффузионной области. Опыты показывают, что горючие смеси с достаточно большой теплотой сгорания развивают в зоне реакции высокие температуры и сгорают практически мгновенно, поэтому скорость процесса горения будет определяться только скоростью смесеобразования. При достаточно высоких температурах скорости реакций горения и газификации углерода настолько высоки, что процесс обычно определяется скоростью подвода газообразных реагентов к реагирующей поверхности, т. в. он протекает в диффузионной области. [c.69]

Прямоточная горелка (с полным потреблением). Схема прямоточной горелки показана на рис. 20-3. Ее называют также горелкой с полным потреблением, исходя из того, что весь распыляемый раствор достигает пламени. При работе поток газа-окислителя выходит из горелки через концентрическое отверстие, окружающее капилляр распылителя. Этот поток газа создает некоторый вакуум у кончика горелки, так что раствор пробы всасывается вверх через капилляр распылителя в поток газа-окислителя, выходящий с большой скоростью вследствие этого раствор из капилляра распылителя распыляется в виде мелких капелек. Горючий газ выходит из прямоточной горелки через второе круглое отверстие, концентрически окружающее как капилляр распылителя, так и отверстие для выхода окислителя. Следствием такого смешения горючего газа и окислителя является турбулентность в вытекающих газах. [c.682]

В связи, с тем, что скорость диффузионного горения определяется скоростью смешения горючего и окислителя, был исследован процесс проникания окружающего воздуха в резервуар при низком уровне взлива горящей жидкости. Модель резервуара с охлаждаемыми стенками имела Диаметр 360 мм. Поток паров имитировали горючим газом (пропаном или метаном), пропускаемым через слой гравия, равный 400 мм. В опытах измеряли концентрацию горючего газа, кислорода окиси и двуокиси углерода, [c.117]

Сам процесс воспламенения во всех без исключения случаях протекает в газовой фазе, так как реакции между горючим и окислителем идут с высокими скоростями лишь при достаточно хорошем взаимном смешении компонентов в определенных соотношениях, не очень сильно отличающихся от стехиометрического. При воспламенении аэрозолей из углеродистых материалов сначала происходит нагревание пылевидных частиц до начальной температуры распада, затем их газификация и диффузионное смешение горючих газов с воздухом и только после этого воспламенение в газовой среде. Воспламенение распыленных частиц жидкого горючего аналогично воспламенению аэрозолей с твердыми частицами, с той лишь разницей, что возгонка и газификация твердой фазы в этом случае заменяются испарением горючего с поверхности частиц. [c.94]

Наибольшая скорость стационарного горения наблюдается в чистом кислороде, наименьшая — при содержании в воздухе 14—15% (об.) кислорода (для водорода, этилена, ацетилена и других горючих веществ минимальное содержание кислорода может быть снижено до 10% и менее) при дальнейшем уменьшении содержания кислорода горение большей части веществ прекращается. Горение может происходить также при реакции с веществами, в состав которых входит кислород. К таким веществам относятся перекиси, хлораты и др. Горение веществ происходит тем быстрее, чем больше их удельная поверхность при тщательном смешении горючего вещества и кислорода (окислителя) увеличивается скорость горения. [c.144]

МпОг и др. Горение веществ происходит тем быстрее, чем больше их удельная поверхность при тщательном смешении горючего вещества и кислорода (окислителя) увеличивается скорость горения [c.127]

При распылении в топочных камерах твердого топлива акустическое воздействие не приводит к интенсификации процесса. Это связано с тем, что скорость горения в этом случае определяется поступлением горючего газа от поверхности твердых частиц. Теоретически этот процесс можно интенсифицировать, воздействуя акустическими колебаниями на смешение горючего и окислителя в пограничном слое. Но для этого требуются акустические колебания высокой частоты, которые нецелесообразны из-за большего затухания. [c.145]

Как хорошо известно, диффузионное горение в отличие от горения заранее перемешанных смесей возникает в том случае, когда окислитель и горючее пространственно разделены, и химическая реакция между ними происходит только после смешения в результате молекулярной или турбулентной диффузии [Зельдович,1980 . Интенсивность горения в этом случае лимитируется скоростью подвода компонентов в зону горения для случая пожара разлития - скоростями испарения и смешения паров с кислородом воздуха, - Прим. ред. [c.143]

Предварительный подогрев топлива позволяет интенсифицировать процессы горения и переработки топлив, так как исключает фазу испарения капель жидких топлив и позволяет достигнуть более полного смешения паров топлива с окислителем. В результате обеспечивается гомогенное горение, т. е. более тесное и активное взаимодействие горючего и окислителя и, как следствие, повышение скорости и полноты сгорания. [c.73]

Необходимо отметить, что сам процесс воспламенения во всех без исключения случаях протекает в газовой фазе, так как реакции между горючим и окислителем идут с высокими скоростями лишь при достаточно хорошем взаимном смешении компонентов в определенных соотношениях, не очень сильно отличающихся от стехиометрического. [c.85]

Сжигание предварительно не перемешанных компонентов горючей смеси (топлива и окислителя) представляет собой наиболее распространенный в технике способ организации топочного процесса. При интенсивном горении, протекающем при достаточно высокой температуре, скорость химических реакций настолько возрастает, что сколь-нибудь длительное существование смеси топлива и окислителя становится невозможным. Это означает, что в тех местах, где встречаются молекулы реагентов, возникает практически мгновенно интенсивная химическая реакция — горение. В этих условиях для интенсификации горения следует воздействовать на смешение, поскольку именно оно лимитирует скорость процесса в целом. Только при очень большой скорости подвода реагентов может наступить такой режим, при котором скорость реакции окажется меньше скорости диффузии и в зоне горения будет находиться некоторое количество несгоревшей смеси. Вследствие этого произойдет снижение температуры горения, что, в свою очередь, приведет к уменьшению скорости реакций, дальнейшему снижению температуры и т. д., вплоть до потухания. [c.7]

Диффушолныв факелы Как ух е говорилось, в диффузионных факелах сме4 шение горючего и окислителя Обеспечивается их моле- кулярггоЛ или турбулентно 1 диффузней. Процесс горения. определяется главным образом скоростью смешения га зов, а не скоростью химической реакции. [c.18]

Экснериментальные исследования показывают, что наиболее устойчивыми в широком диапазоне скоростей пстечепия являются диффузионные факелы и факелы с частичным иредварительным смешением горючего газа с окислителем. С повышением избытка воздуха пределы устойчивого горения сокращаются. Для стехиометрической смеси эти пределы [c.122]

Диффузионное пламя характеризуется прежде всего тем, что скорость горения лимитируется скоростью смешения компонентов горючей смеси и скорость химического превращения превышает скорость смешения. Считают, что в зоне реакции в диффузионном пламени обычно идут те же процессы, что и в рассмотренном выше пламени предварительно п емешаннЫх смесей. Счвдают также, что соотношение горючего и окислителя в зоне реакции соответствует стехиометрии и концентрации горючего и окислителя по мере превращения снижаются до нуля. Вместе с тем в реальных условиях (например, при пожарах в помещениях) в атмосфере, окружающей очаг пожара, в значительных количествах накапливаются продукты неполного сгорания горючего материала. Этот факт указывает на то, что для диффузионного пламени характерны специфические особенности, которые до сего времени остаются недостаточно изученными. [c.33]

В общем случае скорость горения зависит от скорости смешения исходных компонентов в зоне прогрева и зоне реакции (для гетерогенных систем), от скорости химических реакций между компонентам, от скорости передачи тенла и активных частиц из зоны реакции к исходной системе. Число параметров топлива, котоу)ые влияют на скорость горения, весьма велико. Так, для смесевых твердых топлив можно назвать такие параметры, как природа компонентов, соотношение между горючим и окислителем, давление, начальная температура, дисперсность компонентов, относительная плотность, каталитичесюш добавки, энергетические добавки (например, добавки металлов), наличие потока вдоль горящей поверхности. [c.77]

Другое интересное исследование было предпринято Пауэллом [30, стр. 154]. Несмешиваемость, имеюш ая место в турбулентных диффузионных пламенах (о ней упоминалось выше при рассмотрении структуры турбулентных диффузионных пламен), приводит к рассеиванию перемешанных между собой молей топлива и окислителя, однако не в достаточной для протекания реакции степени. Конечная стадия зависит от молекулярного смешения. Величина масштаба несмешиваемости часто, по-видимому, имеет тот же по])я-док, что и толщина зоны реакции (для диффузионных пламен с кислородом — около 2 мм, см. рис. 95 и [33]). Эти обстоятельства требуют знания скоростей процессов диффузии и химической реакции. Рассмотренная Пауэллом проблема имеет также важное практическое значение нри сжигании жидких топлив, так как капли с диаметром 100 жк попадают в зоны смешения с такими же по порядку значений размерами. С физической точки зрения изученный Пауэллом случай представлял собой ламинарное диффузионное пламя над слоистой горелкой , т, е. горелкой, состоящей из длинных и узких располо- .квнпых поочередно отверстий, через которые подавались горючий газ и воздух. Размеры каждого из отверстий были подобраны так, что при равных скоростях струй горючего газа и воздуха обеспечивалось стехиометрическое отношение расходов топлива и воздуха. Масштаб несмешиваемости характеризовался шириной одной пары отверстий для топлива и воздуха. Эта ширина выбиралась из условия, чтобы по величине она была того >ке порядка, что и ширина зоны реакции. Рассматриваемая задача представляет собой задачу В двух измерениях, причем определяющими для нее размерами являются высота над отверстиями и расстояние в направлении, перпендикулярном к плоскости слоев. В цитируемой работе представлено и математическое решение проблемы. Основной результат состоит в том, что значение высоты, на которой сгорает 90% топлива, равняется произведению начальных скоростей струй на сумму двух членов, которые пропорциональны соответственно характеристическому времени реакции tr и характеристическому времени смептения [c.338]

Помимо химических факторов, связанных со скоростью и экзотермичностьюпред-пламенных реакций и физическими условиями, которые определяют отвод тепла, процесс самовоспламенения может определяться физико-механическими факторами. К ним относятся веете факторы, от которых зависит скорость смешения реагирующих компонентов. К последним могут быть причислены вязкость и поверхностное натяжение окислителя и горючего, а также метод их смешения. [c.227]

Образованпе гомогенной смеси связано с тем, что иламя расположено па некотором расстоянии от краев горелки (это расстояние лимитируется скоростью теилоотвода к стенкам горелки), а смешение наров горючего с газообразным окислителем начинается немедленно на срезе горелки. [c.49]

В общем случае скорость горения конденсированной смеси зависит как от размера частиц окислителя ок, так и от размера частиц горючего Однако, если горючее пластично в момент смешения, оно образует прослойки между кристаллами окислителя. Размер прослоек горючего прямо пропорционален размеру частиц окислителя ( г = (1/А ) йок). Следовательно, в данном случае (который имеет большое ирактическое значение) зависимость и от дисперсности компонентов сводится к зависимости и ( ок)- Аналогичный результат будет наблюдаться для смеси двух порошкообразных компонентов (легкогазифицирующихся), если размер частиц одного компонента много меньше, чем второго. Мелкодисперсный компонент образует прослойки, размер которых пропорционален размеру частиц круннодиснерсного компонента. Если, однако, мелкодисперсный компонент является нелетучим и не слипается в монолитную прослойку, скорость горения может зависеть как от ок, так и от [c.133]

ОТ скоростей диффузии газообразного горючего п окислителя к конусообразной поверхности пламени над газовыми гранулами горючего (см. также работу [ ]). Детально разработанная, поддающаяся строгому анализу модель с диффузионным пламенем, в которой пламя располагалось над чередующимися слоями горючего и окислителя, была предложена и проанализирована Нахбаром [ ]. В этой модели приняты во внимание процессы на поверхностях горючего и окислителя, учтено различие средних высот и средних температур пламени над горючим и окислителем, различие в толщине слоев окислителя и горючего, а также отличие состава твердого топлива от стехиометри-ческого. Хотя выводы этой теории находятся в приблизительном соответствии с экстраполированной экспериментальной зависимостью скорости горения от размера частиц окислителя, наиболее существенным возражением против диффузионного механизма горения в данном случае является то, что он всегда предсказывает независимость скорости горения от давления (см. главу 3). Чтобы в этой модели получить наблюдаемую зависимость скорости горения от давления, необходимо ввести в рассмотрение либо экзотермическое гомогенное газовое пламя либо пламя разложения, примыкающее к поверхности одного из конденсированных реагентов, либо учесть процесс горения смеси горючего и окислителя в потоке после смешения. [c.288]

Для иллюстрации принципиальных особенностей теоретических исследований две задачи будут рассмотрены несколько более подробно. Сначала в 3 ) будет рассмотрена задача Эммонса — задача о горении плоской поверхности топлива, имеющего заданную температуру, в потоке окислителя. Метод Шваба — Зельдовича здесь оказывается весьма удобным, поскольку рассматривается течение предварительно неперемешанных горючего и окислителя. Затем в 4 будет рассмотрена задача Марбла — Адамсона [ ] — задача о воспламенении потока предварительно перемешанной горючей смеси в зоне смешения с текущим параллельно потоком нагретого негорючего газа. Помимо других результатов, в этой задаче из уравнений пограничного слоя с химическими реакциями будет получено уравнение для определения собственного значения скорости ламинарного пламени (пункт ж 4). Будет дан также очень краткий обзор других работ, в которых рассматривается вопрос о пограничном слое с химическими реакциями, например, о пограничном слое у критической точки, о пограничном слое с абляцией и более сложными поверхностными процессами, о турбулентном пограничном слое, о стабилизации пламени плохо обтекаемыми телами и т. д. (пункт е, 3 нункт и, 4 пункт к, 4). [c.383]

Однако высокие скорости химического реагирования, обусловленные огромным числом взаимных столкновений молекул, реализуются лишь в том случае, когда молекулы топлива и окислителя подведены друг к другу (при определенном температурном уровне) на расстояние I менее (5- 6)1, где А —длина свободного пробега молекул, т. е. менее 10 см. Следовательно, за счет одной только турбулентной диффузии нельзя обеспечить молекулярный контакт основной массы горючего и окислителя. Как бы ни была велика скорость движения потока и как бы умело ни использовались турбулизирующие средства (закручивание потоков, дробление струй и т. п.), масштаб турбулентности в топочных камерах заведомо превосходит указанную выше величину порядка (5н-6) 10 см. Следовательно, для оценки времени полного смешения газовых масс необходимо учитывать как время уничтожения дрейфующих клочкообраз- [c.10]

Саммерфилд и др. [162] предложили модель гранулярнодиффузионного пламени, согласно которой источником тепла, поступающего к поверхности горения, является множество маленьких диффузионных пламен, возникающих на границах струй газифицировавшихся окислителя и горючего (рис. 33,6). Суммарная скорость горения определяется процессом диффузионного смешения и протекания реакций в гомогенной газовой фазе. Поверхность горения также считается сухой. На основе этой хмодели выведен следующий закон горения где [c.69]

Саммерфилд и др. [162] предложили модель гранулярнодиффузионного пламени, согласно которой источником тепла, поступающего к поверхности горения, является множество маленьких диффузионных пламен, возникающих на границах струй газифицировавшихся окислителя и горючего (рис. 33,6). Суммарная скорость горения определяется процессом диффузионного смешения и протекания реакций в гомогенной газовой фазе. Поверхность горения также считается сухой. На основе этой модели выведен следующий закон горения /7/г=а+6/7 / , где эмпирические константы а и Ь зависят от времени реакции в газовой фазе и от времени диффузии соответственно. Хотя рас- [c.69]

Большинство полимеров и полимерных материалов являются более или менее легко сгорающими продуктами и при температурах вьпие 300 °С устойчиво горят на воздухе. Несмотря на сходство горения газовых смесей и полимеров, дин последних характерна и своя специфика. Она проявляется в основном в двух аспектах. Во-первых, топливом здесь являются продукты термической и термоокислительной деструкции полимера, происходящей при воздействии на него высокотемпературных тепловых потоков. От состава и количества продуктов пиролиза, предшествующего воспламенению и горению всех полимеров, во многом зависят характеристики и закономерности самого горения. Однако кинетика и механизм деструкции многих природных и синтетических полимеров даже при отноштельно невысоких температурах и скоростях термического воздействия изучены недостаточно [1, с. 12]. Во-вторых, горение большинства полимеров лимитируется процессами массо- и теплопередачи и определяется условиями диффузии горючих продуктов разложения и кислорода воздуха и их смешения. Поэтому горение большинства полимерных материалов является диффузионным, а пламена относят к диффузионным пламенам в отличие от газовых, которые образуются в процессе горения, лимитируемом скоростями химических реакций топлива и окислителя и, таким образом, протекающем в кинетическим режиме. Газовые пламена часто называют предварительно перемешанными. [c.7]

В работе [83, 84] было высказано предположение, что на скорость горения смесевых топлив влияет не вся область превращения исходной смеси в конечные продукты сгорания, а только некоторая часть этой области, зона влияния , примыкающая к поверхности. Характер смешения продуктов разложения окислителя и горюче-связующего вещества, последовательность стадий и режим, горения определяются размерами частиц ПХА. По мере увеличения размеров кристалло1В окислителя все большее значение приобретает конвективное перемешивание продуктов газификации компонентов. Влияние диффузионных факторов на скорость горения смесевых топлив проявляется в зависимости последней от Дисперсности окислителя [85]. Влияние кинетических факторов на скорость горения смесевых систем находит отражение в зависимости скорости горения от стехиометрического коэффициента смеси Ост [83, 84]. [c.296]

Анализ современных теоретических моделей и экспериментальных результатов показывает, что при изучении механизма горения смесевых топлив необходимо учитывать процессы смешения окислителя и горючего, возможность осуществления кинетического и диффузионного режимов в зоне химической реакции, существование режимов контактного горения, зависимость скорости горения от дисперсности компонентов, соотношения окислитель—горючее и химической природы самого горючего, нестационарность процессов тепло- и массопереноса в зонах горения, неодномерность структуры зон горения. [c.298]

Основные принципы моделирования процессов горения изложены в работах И. И. Палеева [1945 1964]. В случаях, когда условия горения приближаются к чисто диффузионным, можно предположить, что основным фактором, влияющим на процесс горения, является перемешивание горючего с окислителем, так как скорость химических превращений настолько велика, что она не лимитирует быстроту процесса горения. Тогда основной задаче моделирования является исследование картины смешения газовых [c.195]

Изготовление смесевых П. заключается в тщательном смешении окислителя с горючим и добавками (катализаторами, стабилизаторами, инициаторами полимеризации, порошкообразными высококалорийными металлами, напр, алюминием, и др.) и заполнении получившейся пластичной массой соответствующей изложницы или непосредственно ракетной камеры. Формование заряда производят заливкой (часто о виброусадкой), прессованием на шиекпрессах и др. методами. Если в качестве связки применен термопластичный высокополимер, смешение массы и формование заряда производят при нагревании. Необходимые твердость и прочность П. приобретают после охлаждения. Смесевые П. используются почти исключительно как твердое ракетное топливо. Такие П. обладают рядом преимуществ перед баллиститпыми из них легче получить заряды больших размеров, теплота сгорания и уд. импульс их обычно больше, а завпсимость скорости горения от темп-ры и давления меньше. Состав и свойства нек-рых смесевых П. приведены в табл. 3. [c.133]