Механизм распространения пламени

Теории распространения ламинарных пламен. Существуют различные объяснения механизма распространения пламени и основанные на этих представлениях теории. [c.119]

Дальнейший шаг в развитии представлений о механизме распространения пламени был сделан с появлением диффузионных теорий. В основе этих теорий лежит предположение, что скорость распространения пламени является функцией скорости диффузии активных центров из зоны горения в свежую смесь. При этом считают, что по аналогии с самовоспламенением горение является цепным процессом, скорость которого должна существенно зависеть от концентрации активных центров. В диффузионных теориях, как и в тепловых, считается, что на скорость распространения пламени определяющее влияние оказывают физические свойства смеси. Роль химических факторов в этих теориях учитывается лишь введением члена с аррениусовской зависимостью скорости горения от температуры пламени. [c.120]

Воспламенение (зажигание) горючей смеси. Одним из наиболее замечательных свойств пламени является, как уже говорилось, свойство самовоспроизводиться. Чтобы началось горение газовой смеси, ее надо воспламенить или зажечь с помощью внешних источников энергии, т. е. создать в смеси начальный очаг реакции, полностью воспроизводящий механизм распространения пламени. В качестве внешних источников энергии могут служить электрическая искра, небольшое дежурное пламя, специальное пиротехническое приспособление накаленное тело, излучающее энергию, световой поток, лазерный пробой и т. д. С помощью этих источников энергии создается интенсивный поток световой и в некоторых случаях тепловой энергии, достаточный для воспроизведения процесса распространения пламени. Создание в горючей смеси очага пламени,, способного к самопроизвольному распространению, является основным, определяющим условием зажигания смеси. [c.125]

Широкое применение в технике получило воспламенение горючей смеси электрической искрой. Энергия искрового заряда проявляется в образовании (в искровом канале диаметром около 0,1 мм) плазмы с температурой, превышающей 10 000 К, и в излучении, охватывающем широкий диапазон спектра — от УФ- и видимого до колебаний с частотой Ю. —10 Гц. Таким образом, в искровом разряде в минимальном объеме реализуется весьма интенсивный по мощности начальный очаг реакций, полностью воспроизводящий механизм распространения пламени. Образовавшийся в искровом промежутке начальный очаг пламени оказывает на окружающую его свежую смесь воздействие многочастотным излучением, вызывающим расщепление молекул горючего в предпламенной зоне и создающим таким образом условия, необходимые для распространения пламени. [c.126]

Процессы распространения пламени различаются по способам передачи энергии от горящих слоев в свежую смесь. Различают диффузионно-цепное и тепловое распространение пламени [18]. Диффузия из зоны горения в свежую смесь активных центров, вызывающих развитие цепных реакций в новых слоях, играет основную роль в диффузионно-цепном механизме распространения пламени, тогда как при тепловом распространении основное значение приобретают процессы передачи тепла из зоны горения в свежую смесь. При распространении пламени в камере сгорания двигателя имеют место оба механизма, но значение каждого из них меняется по мере развития процесса сгорания. Непосредственно после воспламенения горючей смеси основная роль в распространении пла- [c.55]

На поверхности летучего нефтепродукта (с температурой вспышки и воспламенения не ниже рабочей температуры) механизм распространения пламени сходен с механизмом распространения пламени по гомогенной горючей паровоздушной смеси, заранее подготовленной над всей поверхностью жидкости. В горючем слое паровой зоны концентрация паров в смеси с воздухом уменьшается по вертикали сверху вниз от нижнего до верхнего предела воспламенения или, не достигая верхнего предела, до такой концентрации, которая соответствует давлению насыщенных ларов при заданной температуре жидкости (рис. 2.2). [c.13]

Механизм распространения пламени в пылевых смесях подобен протеканию этого явления в газовых смесях. Сгорание пыли происходит в тонком слое зоны горения (фронт пламени). Ширина ее у пыли несколько больше, чем у газовых смесей, так как горение пыли протекает медленнее и несовершенно. [c.184]

МЕХАНИЗМ РАСПРОСТРАНЕНИЯ ПЛАМЕНИ [c.129]

Механизм распространения таких пламен уже не является чисто тепловым, по его определению (в 12), и должен быть классифицирован, как смешанный диффузионно-тепловой, в том смысле, что распространение реакции осуществляется не только переносом тепла—кондуктивным и диффузионным, но и диффузионным переносом активных центров. Поскольку диффузионно-тепловой механизм распространения пламени по существу связан с развитием реакции через разветвленные цепи, представляет особый интерес выяснение свойств пламени в таких системах, в которых невозможно развитие разветвленной цепной реакции. [c.196]

Соотношение (8-64) также непосредственно следует из (8-63). Полученные с помощью (8-64) из опытных данных по зависимости / 1/т= =/(1/Гг) значения эффективной энергии активации Ед для реакции в турбулентных пламенах близки к энергии активации основной реакции разветвления. Эта величина также близка к значению реакций в ламинарных пламенах тех же смесей. Следовательно, ламинарные и турбулентные пламена сходны в том отношении, что в них реакции развиваются в ходе перемешивания свежей смеси с продуктами сгорания. Вместе с тем различная зависимость скорости горения от скорости реакции в ламинарном и турбулентном пламенах свидетельствует о коренном различии механизма распространения пламени в условиях массообмена через молекулярную и турбулентную диффузию. [c.146]

Подобрав зависимость коэффициента х от давления, Воронков и Семенов нашли, что полученные ими теоретические формулы для скорости пламени дают правильное описание экспериментальных данных при различных температурах, давлениях, составах смеси, диаметрах реакционной трубки и состояниях ее стенок. Таким образом, возможность чисто диффузионного механизма распространения пламени нужно считать экспериментально доказанной. Успешное решение задачи в данном случае нужно считать в значительной мере обусловленным постоянством температуры в зоне горения, что приводит к упрощению математической задачи. Далее см. [1724]. [c.492]

В тех случаях, когда распространение пламени в основном определяется диффузией, уже одно это служит достаточным признаком несоблюдения условия подобия полей температуры и концентраций Несоблюдения этого условия нужно ожидать, когда скорость диффузии активных центров велика по сравнению со средней скоростью диффузии частиц в пламени, что, в частности, может иметь место в тех случаях, когда активными центрами являются атомы Н . Поэтому диффузионный механизм распространения пламени особенно вероятен в таких пламенах. Однако для правильного суждения о механизме распространения пламени в каждом конкретном случае необходимо учитывать особенности механизма реакции горення. [c.617]

Диффузия играет важную роль также и в тепловом механизме распространения пламен, так как, в силу подобия полей, передача тепла теплопроводностью и диффузионное распространение реагирующих веществ осуществляются параллельно. Однако здесь диффузия является лишь сопутствующим фактором, а не причиной распространения пламени, как в случае диффузионного механизма. [c.617]

В. Г. Воронков и Н. Н. Семенов нашли, что полученные ими теоретические формулы для скорости пламени дают количественное описание экспериментальных данных при различных температурах, давлениях, составах смеси, диаметрах реакционной трубки и состояниях ее стенок (стеклянные и посеребренные трубки). Таким образом, возможность чисто диффузионного механизма распространения пламени нужно считать экспериментально доказанной. [c.621]

Причина невозможности в большинстве случаев однозначно решить вопрос о механизме распространения пламени заключается в недостаточной точности теоретических расчетов, которая часто вызвана неполным знанием химического механизма изучаемой реакции и необходимостью принимать [c.628]

При горении твердых топлив волна горения не нарушается конвективными эффектами, по крайней мере, в макроскопических масштабах. Подход к проблемам горения в таких системах может оказаться достаточно простым, если рассмотреть механизм распространения пламени. Рассмотрим модель, которая предполагает, что температура поверхности, разделяющей конденсированную и газовую фазы, постоянна и что тепло в зону подогрева, расположенную ниже этой поверхности, поступает из пламенных газов кондукцией. Таким образом, здесь предполагается, что химические превращения в области ниже поверхности раздела имеют незначительное влияние на профиль температуры. [c.598]

В зависимости от химической природы горючей смеси и условий горения, механизм распространения пламени может быть различным. Существует нормальное (тихое), турбулентное и детонационное (взрывное) распространение пламени. [c.153]

Движение горючей смеси при наличии стенок происходит с разными скоростями в разных точках, что искривляет фронт пламени. Поэтому наблюдаемая скорость распространения пламени всегда больше нормальной. В турбулентных средах скорость распространения пламени должна определяться процессами турбулентной теплопроводности, турбулентной диффузии и химического превращения в зоне пламени. Турбулентность может увеличить скорость распространения пламени в десятки и сотни раз. Но механизм распространения пламени при турбулентном горении [c.158]

Различают диффузионно-цепное и тепловое распространение пламени в условиях стационарного горения. В зоне горения, где температура достигает нескольких тысяч градусов, основную роль приобретают процессы передачи тепла из зоны горения к свежей порции рабочей смеси путем теплопроводности и диффузии. Поскольку такой механизм распространения пламени имеет преимущественно тепловой характер, главным фактором, ускоряющим реакцию, является температура. [c.299]

Выделенные температурные интервалы, в пределах которых действует тот или иной механизм распространения пламени, являются условными. Точные границы упомянутых интервалов установить затруднительно, так как температура продуктов сгорания и концентрация активных частиц в них взаимосвязаны, а механизмы переноса тепловой энергии и активных частиц математически описываются тождественными уравнениями. [c.274]

Из таких представлений о механизме распространения пламени следует, что ускорение горения может быть в какой-то мере достигнуто созданием условий, необходимых для возникновения химической реакции в пламени предварительным подогревом свежей смеси и введением в нее извне химических активных частип (активных центров или веществ, легко образующих активные центры). Однако уже простые соображения показывают, что этим путем нельзя добиться значительной интенсификации процесса горения. Даже в самом медленно горящем пламени (смесь метана с воздухом) создается достаточно высокая температура — около 1900°. В этих условиях химическая реакция в пламени идет с заметной скоростью только при те.мпературе не ниже 700°. Необходим поэтому предварительный подогрев смеси по крайней мере на несколько сот градусов, чтобы заметно ускорить процесс горения. Влияние предварительного подогрева существенно ослабляется тем, что максимальная температура пламени повышается не более, чем на половину повышения начальной тем- [c.142]

Считается [109—118, 129], что при 7 2300 К, т. е. когда диссоциация продуктов сгорания мала, скорость распространения пламени определяется в основном механизмом передачи тепла из зоны химических реакций в свежую горючую смесь. При 7 2700 К механизм распространения пламени обеспечи- [c.128]

В многочисленных исследованиях было показано, что основным фактором, определяющим скорость распространения пламени, является химическая реакция, служащая тем источниколг тепловой и химической энергии, который поддерживает горение и обеспечивает распространение пламени. Впервые мысль об основной роли химической реакции, ее кинетики в механизме распространения пламени была высказана Нейманом и Уилером [4481. [c.236]

Динамика горения аэровзвеси определяется закопомерно-стя.ми горения отдельных частиц и так же, как и при горении газовых систем, закономерностями тепло- и массообмена. Это вызывает дополнительные трудности при изучении горения аэровзвесей н установлении расчетных зависимостей. Механизм распространения пламени в пылевоздушных смесях точно еще не выяснен. [c.139]

В рассматриваемый период Я. Б. Зельдович и Д. А. Франк-Каменецкий [76, 77] теоретически рассмотрели возможность диффузионного механизма распространения пламени. Ими было показано, что в интересующем нас случае изотермических условий такой механизм может осуществляться, если кинетика реакции включает в себя квадратичный автокатализ или, по терминологии Н. Н. Семенова, положительное взаимодействие цепей (см. стр. 56). Согласно теории скорость такого распространения пламени приближенно онисывается уравнением [c.191]

На поверхности нелетучего нефтепродукта (с температурой вспышки и воспламенения выше начальной рабочей температуры) механизм распространения пламени сходен с механизмом распространения диффузионного пламени по поверхности твёрдого горючего материала, когда в нормальных температурных условиях горючая газовая фаза на поверхности топлива отсутствуёт, а взоникает постепенно вследствие подогрева топлива непосредственно перед движущимся фронтом пламени (рис. 2,1). Основному пламени предшествует небольшое горизонтальное пульсирующее пламя. Очевидно, ведущий край пульсирующего пламени соответствует температуре вспышки, а фронт установившегося основного пламени—температуре воспламенения нефтепродукта. Начальное кратковременное продвижение пламени совпадает с нагревом поверхности жидкости до температуры вспышки, но скорость поступления паров оказывается недостаточной для поддержания непрерывного горения, и фронт пламени возвращается в область устойчивого горения. Когда концентрация пара в зоне подогрева перед пламенем достигает уровня, соответствующего температуре воспламенения, фронт пламени продвигается. Скорости распространения пламени по поверхности нелетучих нефтепродуктов малы. [c.13]

В пункте б 2 дается простое физическое описание ламинарного пламени, приводящее к грубой оценке величины скорости распространения пламени. Проводится анализ свойств ламинарного пламени, который имеет большое сходство с анализом, выполненным Ландау и Лифши-цем в работе [ ], и выявляет существенные особенности механизма распространения пламени. [c.139]

Рассмотренный механизм распространения пламени в двухфазной смеси дает возможность объяснить те явления, которые наблюдаются в период первоначального воспламенения (в частности, появление чередующихся вспышек), тем, что в начальный период времени расстояния между отдельными группами капель превышают критические. Очаг пламени, возникший в области разряда, в этом случае не может распространиться на весь факел. Распространение пламени становится возможным лишь тогда, когда возросший расход топлива приведет к увеличению плотности орошения и, следовательно, к сокращению расстояния между каплями до необходимого. Поскольку образование облака паров вокруг капли тяжелого топлива происходит за больший период, чем для легких, расстояние между каплями должно быть меньшим, что возможно только при большем расходе топлива (при более богатых смесях). Увеличение турбулентности потока вначале оказывает положительное влияние, так как возникший очаг пламени и негорящие капли получают при этом возможность совершать движение относительно друг друга, что приводит к сокращению расстояния между ними. Дальнейшее увеличение турбулентности и поступальной скорости потока хотя и улучшает перемешивание, но одновременно сокращает время контакта между горящими и негорящими каплями, что приводит к изменению границ устойчивого воспламенения в сторону более богатых смесей. [c.76]

В многочисленных исследованиях было изучено влияние различных факторов на нормальную скорость горения газовых смесей. Все эти исследования приводят к заключению, что основным фактором, определяющим скорость распространения пламени в газовых смесях, является химическая реакция, служащая тем источником тепловой и химической энергии, который поддерживает горение и обеспечивает распространение пламени. Впервые мысль об основной роли химической реакции, ее кинетики в механизме распространения пламени была высказана Нейманом и Уилером [1342] (1929 г.), которые на этой основе дали качествен-Т1ое истолкование установленной на опыте зависимости скорости пламени от состава горючих смесей. Так, Например, приведенной на рис. 143 зависимости скорости пламени в кислородно-азотных смесях метана от их состава, из которой следует резкое уменьшение скорости пламени при добавлении метана или кислорода сверх стехиометрии (отвечающей составу СН4-Ь 20а) или при добавлении азота, Пейман и Уилер дают следующее объяснение. По их мнению, влияние избыточной концентрации реагирующих веществ, как и влияние азота, прежде всего сводится к уменьшению скорости реакции из-за понижения температуры пламени, особенно сильного при добавлении метана ввиду его большой теплоемкости (по сравнению с теплоемкостью О2 и N3). Заметно менее сильное- [c.488]

При помощи полученной ими формулы, связывающей величину с суммой ZkiPi ki — константа скорости реакции -го активного центра с горючим, Pi — парциальное давленпе данного активного центра, с — концентрация горючего), Тенфорд и Ппз Г1578, 1580] вычисляют скорость распространения пламени в смесях СО. О.,. Nj и На, Оа, Ng в предположении, что в обоих случаях скорость суммарной реакции. определяется реакциями атомов водорода и гидроксила. Ввиду большого числа сделанных при этом допущений (включая заимствованные из опыта параметры) формулу Тенфорда и Пиза для скорости распространения пламени нужно рассматривать скорее как полуэмнирпческую. Поэтому все выводы о механизме распространения пламени СО и Hg, которые делают Тенфорд и Пиз, опираясь на совпадение вычисленных и экспериментальных значений нормальной скорости пламени, нельзя считать достаточно обоснованными. [c.493]

В многочисленных исследованиях было изучено влияние различных факторов на нормальную скорость горения газовых смесей. Все эти исследования приводят к заключению, что основным фактором, определяющим скорость распространения пламени в газовых смесях, является химическая реакция горения, служащая тем источником тепловой и химической энергии, который поддерживает горение и обеспечивает распространение пламени. Впервые мысль об основной роли химической реакции, ее кинетики в механизме распространения пламени была высказана Пей-мгном и Уилером [1015] (1929), которые на этой основе дали качественное истолкование установленной на опыте зависимости скорости пламени от состава горючих смесей. Влияние состава газа на скорость пламени, по мнению этих авторов, сводится к изменению скорости реакции горения и к изменению температуры пламени, обусловленным изменением концентраций реагир тощих веществ. Так, например, представленной на рис. 191 зависимости скорости пламени в кислородно-азотных смесях метана от их состава, из которой следует резкое уменьшение скорости пламени при добавлении метана или кислорода сверх стехиометрии (отвечающей составу СН4 -Ь 20г) или при добавлении азота, Пейман и Уилер дают следующее объяснение. По их мнению, влияние избыточной концентрации реагирующих веществ, как и влияние азота, прежде всего сводится к уменьшению скорости реакции из-за понижения температуры пламени, особенно сильного при добавлении метана ввиду его большой теплоемкости (по сравнению с теплоемкостью О2 и Nг). Заметно менее сильное влияние кислорода по сравнению с азотом, имеющим практически ту же теплоемкость, что и кислород, объясняется тем, что одновременно с понижением температуры и связанным с этим уменьшением скорости реакции избыточная концентрация кислорода, являющегося участником реакции, вызывает и обратный эффект, т. е. относительное увеличение скорости реакции. [c.587]

Диффузионное распространение пламени. Если химические и физические процессы, происходящие во многих (з частности, в воздушных) пламенах, таковы, что справедливость основных положений тепловой теории применительно к этим пламенам не вызывает сомнений, то, по-видимому, можно указать также и такие пламена, к которым эта теория заведомо неприменима. Выполнимость условия подобия поля температур и поля концентраций нужно рассматривать как наиболее общий критерий при менимости тепловой теории распространения пламени. Все формулировавшиеся различными авторами условия, определяющие возможность теплового механизма распространения пламени, в конечном итоге сводятся к этому критерию. Так, например, Бартоломе [347, 348, 1097] полагает, что тепловой механизм не осуществляется в горячих пламенах (температура выше 2500° К), где вследствие высокой степени диссоциации значительная часть освобождающейся в результате реакции энергии имеет форму химической энергии свободных атомов и радикалов, диффузия которых из зоны горения в свежую смесь, опережающая иодвод тепла, и является основной причиной распространения пламени. При этом Бартоломе исходит из того факта, что скорости распространения пламени в воздушных смесях, которые горят при температурах ниже 2400° К, обычно равны 30—70 см сек, в то время как скорости горения кислородных смесей (Г,. = 2700° К) составляют 400—1200 см сек. Ввиду того, что при температуре кислордиого пламени газ заметно диссоциирован, естественно возникает представление о связи между величиной Ыо и боль шой концентрацией атомов и радикалов — продуктов диссоциации горячего газа. По Бартоломе, в основе механизма распространения таких пламен лежит диффузия атомов (преимущественно атомов водорода) в холодную смесь, причем он полагает, что главная роль атомов заключается в их рекомбинации, которая сопровождается выделением больших порций тепла и которая, таким образом, способствует передаче тепла от горячего холодному газу 4 [c.616]

Как и в случае газо-, паровоздушных смесей, пожароопасность аэровзвесей твердых и жидких веществ характеризуется пределами воспламенения и температурой самовоспламенения. Поскольку очень большие концентрации взвесей на практике не встречаются, термий верхний предел воспламенения к ним неприменим. В случае аэровзвесей следует иметь в виду следующие два важных обстоятельства во-первых, горение их может происхбдить при температурах ниже температуры вспышки, а, во-вторых, концентрация горючего (по массе) вблизи нижнего предела во много раз меньше, чем в случае паровоздушных смесей (табл. 1-1). Последнее объясняется тем, что отдельные частицы взвеси могут, в отличие от гомогенных горючих сред, находиться на довольно значительном расстоянии одна от другой, а механизм распространения пламени, как показано в работах О. М. Тодеса и др. [25], [c.38]