Факторы, влияющие на скорость горения. Скорость горения твердых горючих веществ и жидкостей
Горение ВВ отличается от детонации скоростью распространения и характером химических превращений. Скорость горения в основном определяется составом и состоянием заряда. Для порохов скорость горения составляет несколько сотен / , для твёрдых ракетных топлив - от нескольких мм/с до десятков см/с. Скорость горения чёрного (дымного) пороха примерно 300 м/с.
Некоторые ВВ могут как детонировать, так и гореть, если детонация по каким-либо причинам не возникает или затухает. Такой процесс часто называют дефлаграцией , а скорость его распространения скоростью дефлаграции .
Wikimedia Foundation . 2010 .
Смотреть что такое "Скорость горения" в других словарях:
скорость горения - (скорость фронта пламени в топливо воздушной смеси) [А.С.Гольдберг. Англо русский энергетический словарь. 2006 г.] Тематики энергетика в целом EN burning velocityrate of combustionburning ratecombustion velocity …
скорость горения - degimo sparta statusas T sritis fizika atitikmenys: angl. burning velocity; speed of combustion vok. Brenngeschwindigkeit, f; Verbrennungsgeschwindigkeit, f rus. скорость горения, f; скорость сгорания, f pranc. vitesse de combustion, f … Fizikos terminų žodynas
скорость горения - 10.2.1 скорость горения: Отношение длины сгоревшей части, измеренной в соответствии с методом испытания на огнестойкость, ко времени, необходимому для сжигания этой части, выраженное в миллиметрах в минуту. Источник … Словарь-справочник терминов нормативно-технической документации
скорость горения - rus скорость (ж) горения eng burning velocity, burning rate fra vitesse (f) de combustion deu Verbrennungsgeschwindigkeit (f) spa velocidad (f) de combustión … Безопасность и гигиена труда. Перевод на английский, французский, немецкий, испанский языки
СКОРОСТЬ ГОРЕНИЯ МАТЕРИАЛОВ - линейная скорость распространения движущего фронта горения по образцу материала … Российская энциклопедия по охране труда
скорость горения при фактических параметрах ламинарного факела - (состав, температура и давление) [А.С.Гольдберг. Англо русский энергетический словарь. 2006 г.] Тематики энергетика в целом EN fundamental burning velocity … Справочник технического переводчика
весовая скорость горения топлива - скорость горения массы топлива — [А.С.Гольдберг. Англо русский энергетический словарь. 2006 г.] Тематики энергетика в целом Синонимы скорость горения массы топлива EN mass burning rate … Справочник технического переводчика
линейная скорость горения - — [А.С.Гольдберг. Англо русский энергетический словарь. 2006 г.] Тематики энергетика в целом EN speed of flame propagation … Справочник технического переводчика
СКОРОСТЬ ГОРЕНИЯ ТВЕРДОГО ТОПЛИВА
Линейная скорость горения твердого топлива - скорость перемещения поверхности горения в глубь заряда - зависит от состава и технологии изготовления заряда, температуры заряда Т 3 , давления в камере р, скорости газового потока вдоль горящей поверхности v, растяжения топлива , ускорения а = ng, направленного к горящей поверхности, а также от других факторов:
и = u (T 3)f(p)fi (v) f 2 ()f 3 (a).
Функции, входящие в эту зависимость, предполагаются независимыми и определяются экспериментально.
1. Зависимость скорости горения от температуры выражается в одной из следующих форм:
а) 
;
б) 
;
в) 
.
Константа D 1/В= (1...5) 10 3 1/°С, причем большие значения относятся к баллиститным, а меньшие - к смесевым твердым топливам; принято T N = = 20°С.
2. Зависимость скорости горения от давления обычно выражается в
одной из следующих форм:
а) u=u ;
б) u=a+bp;
в) u= или u=
Во внутренней баллистике РДТТ используется, как правило, степенная зависимость и = u x p v , где v =0,2...0,8, причем большие v относятся к баллиститным, а меньшие - к смесевым твердым топливам. Для некоторых топлив в ограниченном диапазоне давления v = 0, могут быть также участки, где v < 0.
3. Скорость горения зависит от скорости газового потока вдоль
горящей поверхности начиная с "порогового" значения скорости потока
v n
или другого определяющего параметра. Формы зависимости различны,
а именно:
a) f (v)=l+k v (v-v ) при v v ,
(для топлива JPN имеем v =180...200 м/с; к = 0,0022 с/м) или f =1 + k ( п) при п; где для некоторых баллиститных топлив имеем
; 
(и измеряется в см/с, p
– в 10 МПа);
б) f (v)=l+k v при v v ,
где для баллиститного топлива Н имеем
; v 140…200м/с;
например, П 0,4; к 0,8;
г) при 
,
где для баллиститных топлив имеем (S/F) 100; k 0,003...0,004; S - площадь горящей поверхности в сечении с координатой x :
1 при 
д) 0,0125 
при
где для баллиститного топлива Н имеем (ФГВ, 1971, №l) =0,04;
J
=1,6; J
п =5,6.
Коэффициенты k v , k , к , к и k не являются физическими константами топлива, но в ограниченных пределах конкретного внутрибаллистического расчета принимаются постоянными. Топлива с низкими скоростями горения более подвержены эрозионному горению, чем топлива с высокими скоростями. Вблизи v n при v < v n наблюдается уменьшение скорости горения (отрицательная эрозия, см. п.2.3.2).
4.Зависимость скорости горения от деформации растяжения имеет
вид f
2 () = 1 + b ;
значение b
- порядка единицы.
5.Скорость горения твердого топлива увеличивается с ростом уско
рения ng,
действующего перпендикулярно к горящей поверхности; так,
для пороха Н имеем (по данным Б. И. Гончаренко), что f 3 (n ) =
равна 1; 1,2; 1,4; 1,5 и 1,6 при п =0,7 10 3 ; 1 10 3 ; 4 10 3 ; 8 10 3 и 18 10 3 соответственно.
Для металлизированных смесевых твердых топлив, в которых массовая доля алюминия равна z A 1 , взаимосвязь между f 3 = и п имеет вид (ФГВ, 1978, №6):
,
где давление измеряется в 10 Па, скорость горения - в мм/с.
При очень больших ускорениях (на участке насыщения) для различных топлив f 3 () = 1,5 ...2,5 .
Увеличение и под действием ускорения зависит от размера частиц алюминия, содержащегося в смесевом твердом топливе. При отклонении вектора ускорения от нормали к поверхности влияние п на и сначала уменьшается приблизительно как косинус угла наклона, а при углах 0...70 0 ускорение не влияет на скорость горения.
Скорость горения безметалльного состава из очищенных компонентов не меняется при увеличении перегрузок до 10 3 g .
6.Скорость горения в условиях быстроменяющегося давления отличается от стационарного значения, и это изменение может быть приближенно описано, например, зависимостью
,
где = 0,5…2; а - коэффициент температуропроводности топлива.
Возможно прерывание горения топлива при достаточно быстром спаде давления:
Для баллиститных топлив;
- u/d - для смесевых (d - диаметр зерна окислителя).
На скорость горения различных частей заряда твердого топлива оказывают также влияние особенности конструкции, технологии изготовления и режимов эксплуатации (хранения) РДТТ.
Устойчивое горение твердого топлива определяется следующими источниками тепла:
1) суммарно-экзотермическими реакциями, протекающими в тонком поверхностном слое топлива;
2) суммарно-экзотермическими процессами, протекающими в дымогазовой смеси.
Нагрев топлива до температуры, необходимой для устойчивого горения, осуществляется в основном первым источником тепловой энергии; при этом большая часть топлива в поверхностном слое диспергируется.
При квазистационарном горении твердого топлива со скоростью и в прогретом слое устанавливается распределение температуры, приближенно описываемое экспоненциальной зависимостью (рис. 2.1)
Т(х) Т 3 + (T s - )ехр(-xu/а ),
где T s , T 3 - температура поверхности горящего топлива и начальная | температура заряда.
Для баллиститных топлив существует однозначная зависимость температуры поверхности T s от скорости горения и. Для топлива HT равна 600, 650, 690 и 720 К при и =0,25; 0,5; 0,75 и 1 см/с соответственно.
Всего в прогретом слое аккумулировано количество теплоты
.
Основной запас этой теплоты заключен в слое толщиной = а/и, время прогрева которого порядка t 4 = -а/и г (время тепловой релаксации для баллиститного топлива составляет 60 и 4 мс при давлении 0,4 и 6,0 МПа соответственно). На основании этого можно приближенно полагать, что для воспламенения заряда и устойчивого развития реакции разложения, твердого топлива необходимо поверхностному слою передать определенное количество теплоты /и и нагреть поверхность топлива до температуры, близкой к значению , за определенное время, равное примерно а/и 2 . При этом давление в РДТТ должно быть больше величины, необходимой для устойчивого горения.
 |
Рис. 2.1 Схема горения баллиститного топлива:
Т 3 -
начальная температура заряда; - температура на поверхности раздела твердой и газовой фаз; 1 - исходное состояние топлива; 2 - зона прогрева и первичного разложения компонентов; 3 - жидковязкий слой; 4 - зона газификации; 5 - зона подготовки горючей смеси; 6 - зона горения; 7 - продукты
сгорания.
Возрастание скорости горения с ростом давления и температуры заряда обусловлено тем, что при этих условиях ускоряется прогрев поверхностного слоя. Рост скорости горения при v > v n обусловлен увеличением эффективных коэффициентов теплопроводности и диффузии в развитом турбулентном потоке. Под действием перегрузок агломераты, образующиеся при горении, прижимаются к поверхности и, будучи по размерам сравнимы с толщиной прогретого слоя, увеличивают локально теплопередачу к топливу и ведут фронт горения. При растяжении твердого топлива появляются микротрещины, доступные для горения, и линейная скорость перемещения горящей поверхности увеличивается.
Конкретные параметры зависимости скорости горения каждого заряда (или каждой партии зарядов) твердого топлива от давления и температуры (например, и = и (T 3)p v) определяются с помощью сжигания цилиндрического образца, забронированного по боковой поверхности, в приборе постоянного давления (рис. 2.2). Погрешность определения и = e/t в этом приборе складывается из погрешностей измерения нескольких параметров:
 |
Рис. 2.2. Прибор постоянного давления для измерения скорости горения твердого топлива:
1 - выпускной клапан; 2 - впускной клапан; 3 - редуктор в трубопроводе от баллонной батареи; 4 -электрическая спираль воспламенения образца твердого топлива; 5 -забронированный по боковой поверхности образец; б - бомба постоянного давления; 7 - проволочки, перегорающие при прохождении фронта горения.
Излучение и течение газов в приборе постоянного давления отличаются от излучения и потока продуктов сгорания в двигателе. Поэтому измеренное в приборе постоянного давления значение скорости горения корректируется с помощью эмпирического коэффициента к и =1...1,1 для условий горения в двигателе (при v < v n). Коэффициент k v , характеризующий влияние скорости газового потока на скорость горения при v > v n , определяется на специальных установках (например, на установке с ГГ, аналогичным представленному на рис. 5.42, где вместо образцов теплозащитных покрытий размещаются образцы твердого топлива) или с помощью сжигания зарядов в модельных РДТТ.
В приборе постоянного давления проводится также сжигание растянутых образцов с целью получения значения . Зависимость скорости горения от ускорения устанавливается при испытании модельных РДТТ, закрепленных на коромысле центробежного испытательного стенда или при испытании вращающихся вокруг оси РДТТ.
Добавка металлических порошков в твердые топлива не оказывает существенного влияния на скорость горения (при отсутствии больших ускорений, направленных к поверхности горения), так как воспламенение и горение металлов происходит в потоке газа. Отличительная особенность горения смесевых металлизированных твердых топливсостоит в том, что оно представляет собой сложную последовательность превращенийисходных частиц металла (алюминия) - агломерацию (укрупнение) на реагирующей поверхности топлива, их воспламенение, вынос в газовую фазу, горение и движение в ней. Зерна окислителя (перхлората аммония) на порядок и больше превышают по размерам исходные частицы алюминия, содержащиеся в горючем - связующем, заполняющем "карманы" между зернами. Интенсивность выгорания максимальна в области границ с последними. Поэтому при прохождении волны горения происходит слияние частиц металла, скопившихся в данном кармане, и эти агрегаты на один - два порядка крупнее исходных частиц. При некоторых условиях могут происходить также и слияние агрегатов из соседних "карманов", и образование нескольких агрегатов в пределах одного "кармана". От последующего движения и горения агрегатов алюминия, коагуляции и распада капель А1/А1 2 О 3 зависят потери удельного импульса, воздействие многофазного потока продуктов сгорания на тепловую защиту РДТТ и шлакообразование. В результате анализа экспериментальных данных по размерам частиц окиси алюминия в продуктах сгорания получена следующая формула:
где d измеряется вм; t - в с; р - в МПа; d - в мкм; t = L /v; L - длина двигателя.
ГОРЕНИЕ , физ.-хим. процесс, при к-ром превращение в-ва сопровождается интенсивным выделением энергии и тепло- и с . В отличие от и протекает с более низкими скоростями и не связано с образованием . В основе горения лежит хим. р-ция, способная протекать с прогрессирующим самоускорением вследствие накопления выделяющегося тепла (тепловое горение) или активных промежут. продуктов (цепное горение). наиб. распространено тепловое горение; цепное горение в чистом виде встречается сравнительно редко, гл. обр. в случае нек-рых газофазных р-ций при низких .
Условия термич. самоускорения м. б. обеспечены для всех р-ций с достаточно большими тепловыми эффектами и . наиб. обширный класс р-ций горения-окисление , напр. при горении прир. , и т.п.; окислители-кислород, . В режиме горения могут происходить: разложение , динитрогликоля, метилнитрата и др.; окислит.-восстановит. р-ции, в к-рых восстановители-элементы с высоким сродством к (Са, Al, Si, Mg и др.); синтез из элементов , галогенидов, халькогенидов, тугоплавких и .
Горение может начаться самопроизвольно в результате либо быть инициированным зажиганием (см. ). При фиксиров. внеш. условиях ( , т-ра, размеры реактора, параметры тепло- и массопереноса и др.) непрерывное горение может протекать в стационарном режиме, когда осн. характеристики процесса - скорость р-ции, кол-во тепла, выделяющегося в единицу времени (мощность тепловыделения), т-ра и состав продуктов - не изменяются во времени, либо в периодич. режиме, когда эти характеристики колеблются около своих средних значений. Вследствие сильной нелинейной зависимости скорости р-ции от т-ры горение отличается высокой чувствительностью к внеш. условиям: при их незначит. изменении медленная р-ция может перейти в режим горения или, наоборот, развитое горение может прекратиться. Это же св-во горения обусловливает существование неск. стационарных режимов при одних и тех же условиях (гистерезисный эффект).
Теория горения.
При адиабатич. сжигании горючей смеси, т.е. в отсутствие между реагирующей системой и , м. б. рассчитаны кол-во выделившегося при горении тепла, т-ра Т Г, к-рая была бы достигнута при полном сгорании (т. наз. адиабатич. т-ра горения), и состав продуктов, если известны состав исходной смеси и термодинамич. ф-ции исходной смеси и продуктов. Если состав продуктов заранее известен, Т Г м. б. рассчитана из условия равенства внутр. энергии системы (при пост. объеме) или ее (при пост. ) в исходном и конечном состояниях с помощью соотношения: Т Г = Т 0 + Qr/C, где Т 0 -начальная т-ра смеси, С-средняя в интервале т-р от Т 0 до Т Г уд. исходной смеси (с учетом ее изменения при возможных ), (Q Г -УД- смеси при т-ре Т Г. При относительном содержании а 0 в смеси компоненты, полностью расходуемой в р-ции (напр., горючего), Q Г = Q*а 0 где Q-тепловой эффект р-ции горения. Значение Тр при пост, объеме больше, чем при пост. , поскольку в последнем случае часть внутр. энергии системы расходуется на работу расширения. На практике условия адиабатич. горения обеспечиваются в тех случаях, когда р-ция успевает завершиться прежде, чем станет существенным между реакц. объемом и , напр. в камерах сгорания крупных реактивных двигателей, в больших реакторах, при быстро распространяющихся волнах горения.
Термодинамич. расчет дает лишь частичную информацию о процессе - равновесный состав и т-ру продуктов. Полное описание горения, включающее также определение скорости процесса и критич. условий при наличии тепло-и с , можно провести только в рамках макрокинетич. подхода, рассматривающего хим. р-цию во взаимосвязи с энергии и в-ва (см. ). В случае заранее перемешанной смеси горючего и р-ция горения может происходить во всем пространстве, занятом горючей смесью (объемное горение), или в сравнительно узком слое, разделяющем исходную смесь и продукты и распространяющемся по горючей смеси в виде т. наз. волны горения. В неперемешанных системах возможно диффузионное горение, при к-ром р-ция локализуется в относительно тонкой зоне, отделяющей горючее от , и определяется скоростью в эту зону.
Объемное горение
происходит, напр., в теплоизолиров. реакторе
идеального (см. ), в к-рый поступает
при т-ре Т 0 исходная смесь с относит. содержанием горючего а 0 ;
при другой т-ре Г реактор покидает смесь с иным относит. содержанием горючего
а. При полном расходе G через реактор условия баланса
смеси и содержания горючего при стационарном режиме горения могут быть записаны
ур-ниями:
где w(а, Т)-скорость р-ции горения, К-объем реактора. Используя выражение
для термодинамич. т-ры Т Г, можно из (1) получить: а = а 0 (Т Г
- Т)/(Т Г - Т 0)и записать (2) в виде:
где q - (T) = GC(T- Т 0)-скорость отвода тепла
из реактора с продуктами сгорания, q + (T) = Qw(a, Т) V-скорость
выделения тепла при р-ции. Для р-ции и-го порядка с :
(k 0 -предэкспоненц. множитель в ур-нии Аррениуса).
На диаграмме q - Т (рис. 1) зависимость q - (T)выражается
прямой линией, угол наклона к-рой тем больше, чем больше расход через реактор;
q + (T)выражается кривой с резким максимумом вблизи Т Г. Восходящая ветвь этой кривой обусловлена быстрым ростом скорости р-ции
с т-рой (в выражении для w осн. вклад дает экспоненц. множитель); при значит.
выгорании горючего смесь сильно разбавляется продуктами, преобладающее
влияние на скорость р-ции начинает давать множитель а n и
р-ция резко замедляется. Поскольку для р-ций горения характерны большие значения
Е, максимум на кривой q + (T)выражен очень резко
и сильно смещен к Т Г, т.е. наиб. быстро реагирует смесь, сильно
нагретая выделяющимся теплом, хотя и значительно разбавленная продуктами.
При разл. расходах G условия баланса (1) и (2), к-рым отвечают точки пересечения
q + (T)и q - (Т), могут выполняться при разл.
т-рах. Соответственно и р-ция может протекать по-разному: в низкотемпературном
режиме без прогрессирующего самоускорения, с незначит. саморазогревом (Т
Т 0) и выгоранием горючего (аа 0)
(точка А на рис. 1 при расходе G t) или в режиме горения при
высоких т-рах (Т
Т Г)и больших степенях выгорания (а0)
(точка С на рис. 1 при расходе G 3). Переходы между этими
двумя режимами-воспламенение смеси и ее погасание-происходят скачкообразно
при критич. расходах G B и G П соотв., причем всегда
G B < G П. При промежут. расходах G B
< G < G П возможен также неустойчивый режим протекания
р-ции при нек-рой промежут. т-ре (точка В на рис. 1 при расходе
G 2), когда любое малое случайное возмущение расхода приводит
р-цию в один из устойчивых режимов (А" или С). Гистерезисный
эффект, свойственный горению, заключается в том, что при любом расходе G в интервале
от G B до G П м. б. реализованы оба устойчивых режима
- высокотемпературный (собственно горение) и низкотемпературный, в зависимости
от того, достигнуто ли данное значение G увеличением расхода со стороны
значений, меньших G B , или уменьшением его со стороны значений,
больших G П.
Рис. 1. Зависимость скоростей тепловыделения q + и теплоотвода q - от т-ры Т реагирующей системы при разл. значениях расхода через реактор С (пояснения в тексте); Т 0 -т-ра . Т Г - адиабатич. т-ра горения.
Критич. и гистерезисные явления, характерные для горения, возникают не только при изменении расхода, но и при изменении др. внеш. условий (Т 0 , V и т.д.).
Волны горения
обусловлены характерным св-вом горения-способностью
к распространению в пространстве, занятом горючей смесью. Начавшись в одном
слое горючей смеси, заполняющей к.-л. объем, напр. трубу, р-ция горения инициируется
в соседних слоях вследствие их нагрева горячими продуктами или из-за
из реагирующего слоя. В результате возникает распространяющийся
вдоль трубы фронт горения, перед к-рым находится горючая смесь при начальной
т-ре Т 0 , за ним-продукты сгорания при т-ре Т П. При
отсутствии потерь тепла через стенки трубы Т П = Т Г. В стационарном режиме горения все точки плоского волнового фронта перемещаются
с одинаковой скоростью м, постоянной во времени. Скорость р-ции w, т-ра
Т и горючей компоненты а распределены во фронте горения
неравномерно, образуя вдоль координаты распространения фронта х три
зоны (рис. 2). В т. наз. зоне 1 т-ра принимает значения в узком
интервале
вблизи Т Г, а скорость р-ции максимальна. В зоне прогрева 2 скорости
р-ции и тепловыделения существенно меньше, осн. роль в тепловом балансе
смеси играет тепловой поток из зоны р-ции. Под воздействием этого потока
горючая смесь настолько быстро нагревается до высоких т-р, что компоненты
не успевают прореагировать. В зоне 3 осуществляется молекулярное
компонентов горючей смеси и продуктов р-ции. В результате
горючего в зоне р-ции сильно снижается и смесь обогащается
продуктами горения. Значения ширины зоны прогрева l Т и зоны
l D определяются коэф. температуропроводности
смеси х и продуктов D соотв.:
. Ширина зоны р-ции l р для простой одностадийной р-ции
во много раз меньше l Т: l р /l T ~
RT T 2 /E(T Г - Т 0). В случаях
р-ции со сложным механизмом (напр., при сильном торможении р-ции продуктом)
l р м. б. сравнима и даже превосходить l Т.
В соответствии с текущими значениями Т и а распределена
во фронте горения и полная смеси Н (рис. 3). При
нагретые слои, обогащенные горючей смесью, имеют избыток по сравнению
с Н 0 исходной смеси
; принедостаточно
прогретая и сильно разбавленная продуктами смесь имеет недостаток
. Избыток во фронте горения-причина неустойчивости стационарных волн
горения и возникновения колебательных режимов их распространения.
Рис. 3. Изменение Н реагирующей системы вдоль координаты х распространения фронта горения; и D-коэффициенты температуропроводности смеси и продуктов соответственно.
При сложных р-циях, протекающих по многостадийному механизму, структура фронта горения может оказаться более сложной, чем в случае простой (одностадийной) р-ции. В зависимости от соотношения между кинетич. разл. стадий сложной р-ции эти стадии могут либо протекать в одной зоне (режим слияния), либо могут быть пространственно разделенными и взаимод. между собой посредством тепловых и диффузионных потоков (режим управления), либо не будут испытывать никакого взаимного влияния (режим отрыва). Скорость распространения фронта горения с неск. зонами р-ции, как правило, определяется к.-л. одной из них (т. наз. ведущая зона).
Кол-во горючего, сгорающего на единице пов-сти фронта горения в единицу времени,
наз. массовой скоростью горения т. Она определяется выражением:
,
где-плотность
исходной смеси.
Расчет скоростей горения-массовой m и линейной u-связан с отысканием
распределения т-р и всех компонентов смеси во фронте горения и
требует совместного решения дифференц. ур-ний тепло- и массопереноса в
реагирующей среде. Согласно Зельдовичу-Франк-Каменецкому, для простой (одностадийной)
р-ции
где-теплопроводность смеси,= RT 2 Г /E(T Г - T 0); значения и w соответствуют т-ре Т Г, плотности смеси и эффективной горючего в зоне р-ции= . Из этой ф-лы следует, что из всех физ.-хим. св-в горючей смеси и характеристик тепло- и массопе-реноса наиб. влияние на т оказывает т-ра Т Г, поскольку зависимость т от Т Г соответствует экспоненц. закону, т.е.
В реальных условиях распространение фронта горения всегда сопровождается потерями тепла во внеш. среду (излучением, ), что приводит к уменьшению т-ры и скорости горения по сравнению с их адиабатич. значениями. Если отношение интенсивности теплопотерь к мощности тепловыделения превышает нек-рое критич. значение, самораспространение р-ции по горючей смеси становится невозможным. Срыв горения с ростом теплопотерь осуществляется скачком: непосредственно перед потуханием скорость горения отлична от нуля и даже м. б. близка к скорости адиабатич. горения. Со срывом горения вследствие теплопотерь связаны понятия разл. пределов горения. Так, если содержание в горючей смеси становится меньше стехиометрического, сильно уменьшаются скорости р-ции и тепловыделения. При неизменной теплоотдаче это приводит к росту отношения интенсивности теплопотерь к мощности тепловыделения. При нек-рой горючего это отношение достигает критич. значения, ниже к-рого смесь становится негорючей в данных условиях; соответствующая горючего наз. концентрационным пределом горения. Аналогично определяются пределы горениея по начальной т-ре, диаметру трубы и т.п.
Диффузионное горение имеет место в условиях, когда горючее и диффундируют в зону р-ции с противоположных сторон; таково, напр., горение свечи, фитиля. Если при этом k р-ции горения много меньше , успевают перемещаться и р-ция протекает в обычном кинетич. режиме (относительно низкотемпературном). При
| Наименование параметра | Значение |
| Тема статьи: | Скорость горения |
| Рубрика (тематическая категория) | Механика |
ЛЕКЦИЯ 2
Фазы горения
Основные стадии гетерогенного горения
Разновидности горения
Горением принято называть химическая реакция взаимодействия горючего с окислителем, сопровождающаяся интенсивным выделением теплоты и резким повышением температуры.
Горение возможно только в газообразной фазе.
В случае если горючее и окислитель находятся в одной газообразной фазе, то горение называют гомогенным .
В случае если один из компонентов топлива находится в отличном от газообразного состояния, то горение называют гетерогенным .
При гетерогенном горении происходит изменение агрегатного состояния вещества.
1. Подогрев (до 100 0 С).
2. Подсушка или испарение влаги (102 - 105 0 С).
3. Выход летучих соединений (200 - 400 0 С).
4. Воспламенение или инициирование горения (600 - 800 0 С).
5. Горение (800 - 3000 0 С).
6. Догорание или тление (600 - 800 0 С).
Время, за ĸᴏᴛᴏᴩᴏᴇ происходит полное сгорание топлива можно условно разделить на два этапа:
t г = t ф + t к,
где t г - продолжительность горения;
t ф - физическая фаза (время смесеобразования);
t к - кинетическая фаза (время химической реакции окисления).
Учитывая зависимость отпродолжительности какой-либо фазы, различают два предельных случая:
1) t ф >> t к - диффузионное горение (факельное сжигание топлива, горение спички, горелки);
2) t к >> t ф - кинетическое горение (взрыв).
Под скоростью горения понимают скорость, с которой перемещается фронт пламени.
Нормальная скорость распространения фронта пламени (Uн), обозначается вектором, направленным перпендикулярно ко фронту пламени.
Учитывая зависимость отвеличины скорости перемещения фронта пламени, различают нормальное и детонационное горение.
Uн = 0,4 - 50 м/с - нормальное горение,
где Uн = 0,4 - 13 м/с - ламинарное горение (пламя);
Uн = 13 - 50 м/с - турбулентное горение.
Uн = 1500 - 3500 м/с - детонационное горение.
На рисунке 1.1 а приведена схема ламинарного горения от точечного источника. При этом режиме горения фронт пламени гладкий (горение спички, свечи). На рисунке. 1.1 б приведена схема турбулентного горения от точечного источника. При этом режиме горения фронт пламени размытый (горение горелки при большой подаче горючего).
Скорость горения - понятие и виды. Классификация и особенности категории "Скорость горения" 2014, 2015.
В работах приведены экспериментальные значения ¦скорости распространения горения для многих неметаллических материалов. В опытах использовали образцы из мягких материалов (ткани, резина и др.) в виде полосок размером 200 X 50 мм, края которых заделывали в латунную рамку, и образцы из жестких материалов (оргстекло, текстолит, поликарбонат и др.) в виде стержней размером 200 X 8 X 2 мм. Образцы устанавливали в бомбе объемом 30 м в различных положениях (от горизонтального до вертикального). В качестве источника зажигания использовали нагреваемую электрическим током стальную спираль из проволоки диаметром 0,2-0,3 мм и длиной 30-35 мм, которую закрепляли на конце образца.[ ...]
Значения скорости распространения пламени по образцам из различных материалов приведены в табл. 5.5.[ ...]
У всех исследованных материалов скорость горения увеличивается с повышением давления кислорода. Эта зависимость различна для различных материалов. Например, - при повышении давления от 0,2 до 2,0 кгс/см скорость горения ткани арт. 22376 увеличивается в 2,2 раза, кожи «Чепрак» - в 14 раз, а у тканей арт. 3005, байки - в 150-250 раз. Следует отметить, что у материалов, плавящихся при горении (капроновые и лавсановые ткани, оргстекло, поликарбонат), зависимость скорости горения от давления более слабая, чем у неплавящихся (кожа, хлопчатобумажные ткани и др.).[ ...]
Значительное влияние на скорость горения оказывает структура материала. Материалы с развитой поверхностью горят, как правило, с более высокой скоростью. Например, скорость горения капроновой ткани арт. 1516 с разреженной структурой в 3-5 раз выше скорости горения плотных капроновых тканей арт. 22376 и арт. 22059. Очень высокую скорость горения имеют пористые материалы (пенопластмассы и резина ОМ-12).[ ...]
При давлении кислорода около 1,0 кгс/см2 скорость горения большинства неметаллических материалов невелика и составляет, как правило, несколько сантиметров в секунду и менее. Отсюда следует, что их применение в контакте с кислородом принципиально допустимо при наличии простых средств обнаружения и подавления горения. Однако имеются материалы, скорость горения которых достигает 130-150 см/с. Ясно, что применение таких материалов в кислороде практически исключается.[ ...]
Следует обратить внимание на то, что широко используемые при изготовлении спецодежды для работы в атмосфере кислорода или обогащенного кислородом воздуха ткани на основе натуральных; волокон (хлопчатобумажные ткани) имеют очень высокие скорости горения (до 150 см/с). По-видимому, этим объясняется, что при загорании в кислородной атмосфере одежды обуслужи-вающего персонала практически никогда не удается принять быстрые и эффективные меры для спасения людей. Ткани на основе синтетических волокон горят в кислороде значительно медленнее. Скорость их горения не превышает обычно 1-2 см/с. Поэтому их применение в контакте с кислородом является предпочтительным (электризация и энергия зажигания этих тканей будут рассмотрены ниже).[ ...]
Интенсивность горения материалов особенно важно знать при рассмотрении возможности безопасного применения неметаллических материалов, которые обычно являются наиболее легко воспламеняющимися и быстрогорящими элементами конструкции.[ ...]
Интенсивность горения определяли по методике, подробно описанной ранее (с. 75).[ ...]
В специальных опытах установлено влияние давления кислорода (рис. 5.5) и размера навески (рис. 5.6) на тепловой эффект сгорания материалов. Интенсивность горения материала вычисляли как среднюю величину из 3-5 опытов. Точность измерения при заданном давлении ±5%. Значения теплового эффекта сгорания и интенсивности горения некоторых материалов при различных давлениях кислорода приведены в табл. 5.7.
