Скорость распространения детонации в горючих

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]

Под детонацией следует понимать необычно высокую скорость распространения взрывной химической реакции [21]. В цилиндре двигателя при детонации скорость распространения пламени в последней части горючей смеси достигает примерно 2000 м сек (22], в то время как при отсутствии детонации ско- [c.25]

Аналогичное явление наблюдается и при горении порохов, представляющих собой однородную твердую горючую смесь топлива и окислителя. При известных условиях детонации смесь может практически мгновенно прореагировать по всему объему, создав резкий скачок давления в закрытом объеме за счет внезапного значительного газообразования (изменения объема). В нормальных условиях подожженная с одного конца смесь постепенно выгорает с умеренной скоростью распространения фронта горения (например, в сигнальных или фейерверочных ракетах). [c.215]

В приложении приведены значения скоростей распространения детонации некоторых горючих смесей. [c.203]

Скорость распространения детонации некоторых горючих. смесей [c.233]

При взрыве горючих смесей газов и паров с воздухом в трубах с большими диаметром и длиной может иметь место другая форма быстрого воспламенения, а именно скорость распространения пламени превышает скорость распространения звука и достигает 1000—4000 м/сек. Давление при этих условиях может повыситься до 80 кгс/см и более. Это явление называется детонацией. Детонация объясняется возникновением и действием ударных волн в сжимающейся и воспламеняющейся смеси. Быстродействующая ударная волна вызывает резкое увеличение давления, температуры и плотности горючей смеси, что в свою очередь ускоряет химические реакции горения и усиливает разрушительный эффект. [c.15]

Бензин в настоящее время используется для автомобильных двигателей и для двигателей винтомоторных самолетов (карбюраторных двигателей). При работе такого двигателя горючая смесь паров бензина с воздухом поступает в цилиндр двигателя, сжимается в нем поршнем и поджигается от запальной свечи (искры). Внутри цилиндра продукты, образовавшиеся при горении паров бензина, расширяются и двигают поршень движение поршня передается в ходовую часть машины. Чем сильнее сжимается смесь в цилиндре двигателя или, как говорят, чем выше степень ее сжатия, тем экономичнее двигатель. Что же ограничивает увеличение степени сжатия Дело в том, что при увеличении степени сжатия наступает такой момент, когда вместо спокойного горения смеси наступает резкое увеличение скорости распространения пламени в цилиндре двигателя. Этот процесс, подобный взрыву, называется детонацией он сопровождается резким стуком в цилиндре, появлением черного дыма на выхлопе машины. Все это приводит к повышению расхода топлива, снижению мощности двигателя и преждевременному его износу. [c.184]

При инициировании горючей смеси или склонного к распаду ацетилена в длинной трубе возникают волны сжатия, обусловленные расширением продуктов сгорания. Фронт пламени вместе с газом движется со скоростью, в 10—20 раз превышающей нормальную скорость распространения пламени. Дальнейшее развитие процесса связано с турбулизацией потока газа перед фронтом пламени. С увеличением эффективной поверхности пламени его скорость увеличивается возрастают также температура и давление ударной волны. Прогрессирующее увеличение скорости пламени происходит до тех пор, пока не создадутся условия для возникновения детонации в волне сжатия. За ударной волной возникает зона быстрой реакции, вместе они образуют детонационную волну, которая распространяется со скоростью 1,5— [c.85]

Детонация бензинов — явление стуков в цилиндре двигателей — вызывается значительным сжатием смеси паров горючего с воздухом и огромной скоростью распространения пламени в цилиндре двигателя. Коэфициент полезного действия двигателя значительно возрастает с увеличением степени сжатия, но детонация снижает мощность двигателей и вызывает их усиленный износ. [c.424]

При работе двигателя бензин испаряется в карбюраторе при прохождении через него воздуха. Образовавшаяся горючая смесь паров с воздухом всасывается в цилиндр двигателя и сжимается поршнем, после чего поджигается посредством электрической искры и, плавно сгорая, быстро расширяется, совершая работу. Чем сильнее сжимается смесь перед воспламенением, тем больше развивается давление и те.м больше мощность и коэффициент полезного действия двигателя. Однако при определенной степени сжатия к концу горения смеси скорость распространения пламени внезапно увеличивается примерно в сто раз, что вызывает взрыв смеси (детонацию). Образующаяся взрывная волна, ударяясь о поршень, вызывает появление резкого стука в цилиндре. [c.210]

В гетерогенном катализе применяются катализаторы для проведения реакций при невысоких температурах, но при больших скоростях для получения из возможных реакций тех, которые желательны, или для ослабления ненужных. Широко катализаторы применяются в теплотехнике. Они используются как для ускорения реакций сгорания, так и для подавления детонационных явлений, например, в ДВС с искровым зажиганием. Под детонацией понимают процесс горения горючей смеси, протекающий с необычно высокой скоростью распространения пламени и возникновением ударных волн. При детонации зона химической реакции распространяется со сверхзвуковой скоростью по исходной горючей-смеси на гребне ударной волны. [c.203]

Скорость стационарного распространения детонационной волны можно рассчитать, пользуясь только термодинамикой и газодинамикой она не зависит от кинетики химических реакций горения. Но возможность возникновения или распространения детонации существенным образом связана с кинетическими свойствами горючей смеси. Так, пределы детонации , т. е. те пределы концентрации или давления, в которых смесь способна поддерживать стационарное распространение предварительно созданной детонационной волны, и взрывные пределы , т. е. пределы, в которых возможен самопроизвольный переход нормального горения в детонационное, сильно расширяются под влиянием малых добавок веществ, ускоряющих химические реакции горения. [c.289]

Дальнейшие исследования привели к установлению ряда специфических особенностей этого явления. Так, детонационное распространение пламени обычно наблюдалось в смесях, харак-теризуюшихся высокой нормальной скоростью распространения пламени. Скорость детонации изменялась с изменением состава и вида горючей смеси. Наблюдались предельные значения состава смеси, выше и ниже которых смесь не детонировала (табл. 3.5). При этом концентрационные пределы детонации, или детонационные границы, были более узкими, чем границы зажигания. Скорость детонации практически не изменялась при изменении диаметра трубы (если он был больше определенного малого значения — примерно 15 мм), кривизны трубы, начального давления, температуры смеси и условий позади фронта. [c.140]

После воспламенения рабочей смеси от искры цепные реакции предпламенного окисления резко ускоряются в связи с повышением температуры и давления. Концентрация перекисей в рабочей смеси перед фронтом пламени возрастает, и появляется так называемое холодное пламя. Холодным пламенем называется своеобразное свечение реакционной смеси в результате возбуждения реагирующих молекул от тепла, выделяющегося при реакции окисления, и взрывного разложения накопившихся перекисей. В результате распространения холодного пламени в рабочей смеси продолжает возраст,ать количество перекисей, альдегидов, свободных радикалов. Такая активизация с.меси приводит к образованию вторичного холодного пламени. Температура повышается еще выше. В несгоревшей части смеси возрастает концентрация окиси углерода и различных активных частиц. В реакции окисления вовлекаются больше половины молекул не сгоревшей смеси. В результате последняя часть топливного заряда вместе с образовав-шейся окисью углерода мгновенно самовоспламеняются. Холодное пламя превращается в горячее, что и приводит к образованию детонационной волны и скачкообразному подъему давления. Следовательно, короче говоря, детонационное сгорание последней части топливного заряда происходит вследствие накопления до определенной предельной концентрации высокоактивных частиц, которые реагируют со скоростью взрыва, в результате вся несгоревшая часть горючей смеси мгновенно самовоспламеняется (теория Соколика). Очевидно, чем выше скорость образования перекисей в данной рабочей смеси, тем скорее возникает взрывное сгорание, тем раньше нормальное распространение фронта пламени перейдет в детонационное и последствия детонации скажутся сильнее. Отсюда следует, что основным фактором, от которого зависит возникновение и интенсивность детонации, является химический состав топлива, так как известно, что склонность к окисле нию у углеводородов различного строения при сравнимых условиях резко различна. Если в топливе преобладают углеводороды, не образующие в условиях предпламенного окисления значительного количества перекисей, то взрывного распада не произойдет, смесь не перенасытится активными частицами, и сгорание будет проходить с обычными скоростями, без детонации, [c.89]

Интересно отметить, что если для вычисления скорости детонации нет необходимости в знании кинетических характеристик реакции (она определяется физическими и термохимическими характеристиками горючей смеси), то возможность возникновения и распространения детонации существенным образом определяется кинетическими свойствами горючей смеси. Я. Б. Зельдович [391] исследовал устойчивость химических процессов, резкое изменение характера протекания процессов при малом изменении внешних параметров. При этом автор рассматривает различные причины неустойчивости (пространственной, тепловой, диффузионной, гидродинамической) детонационной волны. [c.68]

При гашении в узких каналах пламени, в процессе распространения которого горение приняло характер детонации, наблюдается следующая закономерность. Предельная величина критерия Пекле, построенная из параметров горючей системы для исходного, до возникновения детонации состояния, т. е. начальных давления и температуры и нормальной скорости пламени, имеет обычное для дефлаграции значение — около 65. Значительное возрастание давления и скорости горения в детонационной волне никак не сказывается на процессе гашения. Причина заключается в том, что процесс начинается с разрушения детонационной волны, гашение пламени происходит в среде, состояние которой совпадает с исходным. [c.106]

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]

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]

Явление детонации с химической точки зрения объясняется перенасыщением последней части топливного заряда первичными продуктами окисления углеводородов — гидроперекисями и продуктами их распада — высокоактивными свободными радикалами, которые при достижении определенной концентрации реагируют со скоростью взрыва. В результате вся несгоревЩая часть горючей смеси мгновенно самовоспламеняется. Очевидно, чем выше скорость образования перекисей в данной рабочей смеси, тем скорее возникает взрывное сгорание, тем раньше нормальное распространение фронта пламени перейдет н детонационное и последствия детонации скажутся сильнее. Отсюда следует, что основным фактором, от которого зависит возникновение и интенсивность детонации, является химический состав топлива, так как известно, что склонность к окислению у углеводородов различного строения при сравнимых условиях резко различна. [c.84]

Детонация может также инициироваться при прохождении ударной волны по горючей смеси в ударной трубе. Если изменение давления в ударной волне не слишком велико, то в этом случае детонационные волны также распространяются со скоростью Чепмена — Шуге. Недавно путем подбора условий течения воздушного потока в сопле Лаваля были получены стоячие детонационные волны, неподвижные относительно лабораторной системы координат ]. Условия течения подбирались так, что отраженный маховский прямой скачок уплотнения располагался за выходом сопла. Если воздух предварительно подогрет до достаточно высокой температуры и в поток добавлено горючее (водород), то ударная волна поджигает смесь, и последующее горение превращает скачок в стационарную плоскую сильную детонационную волну. Ниже будет рассмотрена структура и скорость распространения детонационных волн, полученных описанными выше методами. [c.193]

Если стенки трубы имеют достаточную прочность, то продукты его-рання создают вследствие ограниченного расхода газа через отверстие все большие и большие давления. В конечном счете нроисходит переход к заметно большей скорости горения, после чего происходит разрыв трубы. Регистрируя скорость распространения волны, можно установить, что на чрезвычайно малом расстоянии от этой точки перехода уже устанавливается постоянная скорость детонации. Аналогичное явление почти в микроскопическом масштабе наблюдалось также в тонких пленках нитроглицерина [54]. При поджигании открытой, не заключенной в оболочку, горючей смеси расширения газообразных иродуктов сгорания обычно бывает достаточно, чтобы предупредить возникновение детонации. Правда, при очень больших массах газа сама газовая оболочка ограничивает развитие процесса горения и способствует повышению давления и возникновению ударной волны. Рассмотренные выше условия возникновения детонации имеют большое практическое значение при разработке правил обращения с взрывоопасными системами, которые, когда речь идет о больших массах, могут содержать химические вещества, обычно не считающиеся опасными. [c.502]

При турбулентном течении горючей смеси пульсации потока интенсифицируют тепло- и массоперенос в пламени, искривляют и дробят его пов-сть, расширяют зону р-ции, что приводит к резкому ускорению Г. Скорость распространения турбулентного пламени может превосходить и в десятки и сотни раз. В сильно шероховатых трубах тур-булизация потока и ускорение пламени могут даже привести к переходу Г. в детонацию. [c.597]

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]

Скорость распространения фронта пламени -при кинетическом процессе горения может увеличиваться вследствие искажения фронта пламени (увеличения массовой скорости горения вещества) и образования ударных волн, обусловленных расширением продуктов горения. В результате такого резкого увеличения скорости распространения фронта пламени возникает ударная волна, в которой происходит сжатие и нагревание еще несгоревшей части горючей смеси. Возникает режим горения, при котором импульс воспламенения передается от слоя к слою горючей смесИ не диффузией и теплопроводностью, а йследствие импульса давления и нагрева смеси выше температуры самовоспламенения— это и есть детонация. Давление, развиваемое при детонации, во много раз больше давления взрыва и приводит к сильным разрушениям. Не-обхо)1,и мо помнить, что детонация происходит в определенном интервале концентраций, более узком, чем [c.163]

Явление детонации неразрывно связано с характером протекания процесса сгорания горючей смеси в цилиндре двигателя. При работе двигателя без детонации сгорание топлива протекает довольно плавно прп сравпительво постоянной скорости распространения фронта пламени, равной примерно 20—30 л/сек. Совершенно иное наблюдается в случае детонации. Путем фотографирования процесса сгорания топлива в двигателе с детонацией было установлено, что в начале процесса после зажигания смеси от свечи распространяется фронт пламени с обычной скоростью, но в той части сжатой смеси, которая сгорает в последнюю очередь, скорость распространеиия пламени резко возрастает и достигает 1500—2500 м/сек. При этом сильно возрастают температура и давление, что приводит к возникновению детонационной волны. Удар такой детоБациопной волны о стенки цилиндра и ее многократное отражение от них приводит к вибрации и вызывает характерный металлический стук. В целом такой ненормальный характер сгорания топлива приводит к упомянутым выше вредным последствиям. [c.95]

Распространение пламени по трубопроводу, заполненному горючей аэровзвесью (или горючей парогазовоздушной смесью) может привести к возникновению детонации. В трубопроводах диаметром 0,4 м детонация может возникнуть при горении большинства органических пылей (при длине трубопровода более 40 м). Возникающее при этом давление оказывается прямо пропорциональным скорости распространения пламени. [c.142]

Стационарность процесса распространения детонации обусловлена тем, что его скорость значительно превышает скорость звука, т. е. скорость распространения в поступающем газе возмущений, вызываемых сгоранием. Поэтому детонационная волна распространяется в газе при неизменном начальном его состоянии и с постоянной скоростью. Увеличение длины трубопроводов, применение высокого давления и больших скоростей потока повышают опасность возникновения детонации. Длина преддето-национного расстояния, т. е. расстояния от точки инициирования до места возникновения детонации, определяется в основном отрезком пути, необходимым для развития пограничного слоя и турбулизации газа в волне сжатия. Преддетонационное расстояние уменьшается с повышением давления горючей смеси и возрастает с увеличением длины и диаметра трубы. При удлинении трубы перед фронтом пламени как бы создается больший объем газа, и это замедляет рост плотности и температуры подаваемой смеси при поджатии ее, обусловленном расширением продуктов сгорания. Детонация газовой смеси возможна тогда, когда скорость ее сгорания достаточно велика и смесь полностью или почти полностью сгорает во фронте волны. [c.85]

Явление, описываемое в этой главе, открыли Вертело и Вьей [81] и Маллар и Ле-Шателье [ ]2]. Изучая распространение пламен в трубах, они нашли, что в известных условиях некоторые горючие смеси способны к распространению пламени со скоростями гораздо большими, чем измерявшиеся ранее. Скорость распространения достигает громадных значений, от 1000 до ЗоОО м в сек., в зависимости от состава смеси, т. е. в несколько раз больше скорости звука при обычных температурах и давлениях. Это явление получило название детонации. [c.233]

Kon искры и, плавно сгорая, быстро расширяется, совершая работу. Чем сильнее сжимается смесь перед воспламенением, тем большее развивается давление и тем больше мощность и коэффициент полезного действия двигателя. Однако при определенной степени сжатия к концу горения смеси скорость распространения пламени внезапно увеличивается примерно в сто раз, что вызывает взрыв смеси (детонацию). Образующаяся взрывная волна, ударяясь о поршень, вызывает появление резкого стука в цилиндре. Детонация приводит к преждевременному износу двигателя и падению его мощности. Для различных по составу бензинов детонация возникает при различных степенях сжатия. Причина детонации — образование нестойких гидропероксидов вследствие окисления углеводородов во время сжатия. Наиболее склонны к детонации предельные углеводороды нормального строения наоборот, предельные углеводороды с сильно разветвленной цепью детонируют слабо. Способность данного бензина к детонации оценивается его октановым числом. Чем оно больше, тем в большей степени может быть сжата горючая смесь. Условно было принято, что октановое число легко детонирующего н-гептана равно нулю, а у весьма стойкого к детонации изооктана (2, 2, 4-триметилпентана) — 100. Октановое число бензина находят путем сравнения с различными смесями этих двух углеводородов, и оно равно объемному проценту изооктана в смеси, которая детонирует как данный бензин. Например, если бензин детонирует как смесь 40% изооктана с 60% к-гептана, то его октановое число равно 40. [c.187]

Причиной возникновения взрыва (импульсом взрыва) может быть действие открытого огня и накаленного тела, удар, толчок, горение, давление, предшествующий взрыв. Температура при взрыве может достигать 3000—4000° С, скорость взрывной волны— нескольких тысяч метров в секунду. В зависимости от силы взрыва в технике различают хлопок, при котором скорость распространения процесса составляет от нескольких десятых метра до I м1сек взрыв, когда процесс протекает со скоростью в несколько десятков или сотен метров в секунду детонацию, происходящую со скоростью 1000—7000 м сек. Взрывы горючих газов, паров или пыли в воздухе происходят лишь при определенном их содержании (концентрации), выражаемом обычно в объемных процентах вещества в смеси его с воздухом. [c.528]

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]

Г1ри тепловом распространении пламени различают но )мальное (тихое) распространение Г., или дефлаграцию (последовательное воспламенение горючей смеси происходит но механизму теплопроводности и, частично, за счет диффузии активных центров), и детонацию (поджигание производится распространяющейся ударной волной). Нормальное Г. в свою очередь подразделяется на ламинарное и турбулентное. Ламинарное пламя обладает вполне определенной скоростью перемещения относительно неподвижного газа, к-рая зависит от состава смеси, давления и темп-ры и определяется только химич. кинетикой и молекулярной теплопроводностью. Такая скорость, называемая нормальной скоростью пламени, является поэтому физико-химич. константой смеси. Ламинарное пламя наблюдается в неподвижных смесях или в потоках, движущихся ламинарно. Величины скорости пламени обычно составляют в воздушных средах порядка нескольких десятков сантиметров в секунду и только для водо-родо-воздушных смесей дбстигают 2,5 м сек. В тех случаях, когда наряду с молекулярной теплопроводностью в большой степени участвует т. н. турбулентный перенос тепла, при перемешивании возникает турбулентное пламя. Скорость распространения турбулентного пламени в отличие от ламинарного зависит от скорости газового потока, что является главной и наиболее важной особенностью турбулентного пламени. Турбулентное пламя имеет большое значение в технич. процессах сжигания газообразных и парообразных горючих. [c.497]

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]