ПОИСК Статьи Рисунки Таблицы Основные процессы горения из "Диффузия и теплопередача в химической кинетике Издание 2" Важнейшим техническим процессом гетерогенного горения является горение угля. Процесс осложняется объемными реакциями двоякого рода. С одной стороны, в технике широко используются сорта каменного угля, богатые летучими компонентами. Сгоранию такого топлива предшествует частичное термическое разложение (коксование) с выделением горючих газов (углеводородов и водорода), сгорающих в объеме. С другой стороны, даже и при сжигании чистого углерода, кроме углекислого газа СО2 на поверхности может образовываться окись углерода СО, догорающая в объеме. Теория горения угля с згчетом побочных реакций достаточно сложна и рассматривается в специальных руководствах [8, 9]. Но при достаточном избытке воздуха и высокой температуре поверхности объемные реакции протекают настолько быстро, что заканчиваются в непосредственной близости от поверхности. При этом становится допустимой приближенная трактовка процесса как чисто гетерогенного. Вопрос о гетерогенном горении в такой постановке относится к диффузионной кинетике и тепловому режиму гетерогенных экзотермических реакций и рассматривается нами в соответствующих главах. [c.264] Противоположностью гетерогенным процессам является чисто гомогенное горение предварительно перемешанных газов. Классические примеры гомогенного горения дают процессы, где окислителем Служит кислород горение смеси водорода с кислородом (гремучая смесь), смесей окиси углерода и углеводородов с кислородом. Эти смеси имеют широчайшие технические применения сжигание генераторного, водяного и природного газов, а также горение бензино-воздушной смеси в карбюраторном двигателе внутреннего сгорания. Однако в техническом горении далеко не всегда выполняется условие полного предварительного перемешивания, так что здесь возможны все переходы между гомогенным и диффузионным горением. [c.265] В технике горение обычно происходит в газовом потоке и необходимо различать ламинарное и турбулентное горение. Турбулентность ускоряет все процессы горения за счет раздробления фронта пламени и увеличения его поверхности при крупномасштабной турбулентности или ускорения процессов переноса во фронте пламени при мелкомасштабной. В соответствующей гидродинамической обстановке ускорение пламени может привести к усилению турбулентности, а усиление турбулентности ускоряет горение. Такой механизм обратной связи, впервые отмеченный Щел-киным [10], приводит к сжатию и разогреву исходной смеси и в конечном счете к переходу горения в детонацию. [c.265] В технике широко распространены процессы диффузионного горения. В этих процессах все реагирующие вещества находятся в газовой фазе, но предварительно пе перемешаны, и процесс смешения происходит одновременно с процессом горения. Простейшим в теоретическом отпошепии примером является ламинарное диффузионное нламя. Здесь горение происходит в зоне диффузионного смешения двух параллельных ламинарных газовых потоков, разделенных сплошной поверхностью раздела. В технике обычно приходится иметь дело с турбулентным газовым факелом, где скорость горения определяется скоростью турбулентного смешения. [c.266] При таком спокойном горении вокруг капли образуется сферический фронт диффузионного пламени. Температура поверхности капли определяется равновесием между подводом тепла от пламени и расходованием его на испарение. Скорость испарения может быть найдена аналогично формулам главы III, с учетом сферичности. Роль толщины приведенной пленки играет при этом расстояние фронта пламени от поверхности капли, определяемое, в свою очередь, стехиометрией потоков. Процесс спокойного горения капли относится, таким образом, к квазигетерогенпому диффузионному горению. Скорость этого процесса рассчитывал Варшавский [12] и измерял экспериментально Клячко с сотрудниками [13]. Наблюдение спокойного горения требует специальных условий эксперимента. В технических условиях обычно приходится иметь дело с интенсивным горением капель. Капли, выброшенные из форсунки, движутся вначале по баллистическим траекториям. Силы трения тормозят относительное движение капель в газовом потоке постоянной скорости в пределе должен осуществляться случай спокойного горения. Однако в канале переменного сечения или при обтекании препятствий (стабилизаторы пламени) сам газовый поток движется с ускорением. В силу большого различия в плотности между каплей и газом, ускорение приводит к большим относительным скоростям и, следовательно, к интенсивному горению. При интенсивном горении индивидуальная зона пламени, окружающая каждую каплю, сдувается с нее. Процессы испарения капель и горения паров происходят после этого независимо. Процесс горения паров имеет в этом случае микродиффузионный характер [И]. Скорость испарения капель описывается непосредственно формулами главы III. Время, требуемое для полного сгорания, складывается из времени испарения капель, времени смешения паров с воздухом и времени сгорания образовавшейся смеси. Общая скорость горения определяется наиболее медленной стадией. Фактически смешение пара с воздухом и горение смеси, как правило, совмещаются. Испарение капель часто также закапчивается уже в зоне горения. [c.267] Вернуться к основной статье