ПОИСК Статьи Рисунки Таблицы Механизм и кинетика горения водорода из "Физическая химия пирометаллургических процессов Часть 1 Издание 2" Приведенные выше данные, иллюстрирующие цепной механизм реакции горения, относятся к области невысоких температур и низких давлений. В этих условиях наблюдаются относп-тельно небольшие скорости горения, доступные обычному кинетическому изучению. [c.75] Характер явления резко меняется при высоких температурах и давлениях. Скорости реакций горения при 1500—3000° С настолько велики, что время их течения исчисляется ничтожныхми долями секунды (10 —10 ). [c.75] Экспериментальное изучение кинетики таких процессов стало возможным лишь после того, как была разработана теория распространения тихого пламени, скорость которого значительно меньше скорости звука. Макроскопическая картина этого явления может быть описана следующим образом. [c.75] Вызванная в некоторой точке горючей смеси реакция сопровождается выделением тепла и нагреванием в этом месте реагирующих газов до так называемой температуры горения Т , значительно превышающей исходную Го. В силу этого прилегающие слои газа нагреваются и обогащаются продуктами реакции. В системе возникает плавный перепад температур, и в отдельных ее частях развивается реакция горения. [c.75] Так как скорость реакции весьма сильно зависит от температуры, то в основном газы реагируют в очень узкой зоне, имеющей температуру, близкую к Г . Согласно Н. Н. Семенову [36] для Гг=2000°К в интервале 1600—2000° К сгорает более 90% вещества. Поэтому остальные области газа, с-меньшими температурами (Г —Т ), можно рассматривать как зоны подогрева, пренебрегая происходящим в них химическим взаимодействием. Узкая область реакции горения постепенно перемещается, вызывая распространение пламени (рис. 10) [16]. [c.75] При малых тепловых эффектах и сильно разветвляющихся цепях имеет место диффузионное распре транение пламени, определяющееся, главным образом, диффу ,кей активных частиц из зоны горения в область подогрева. Напротив, когда реакция происходит без существенных разветвлений и сопровождается значительным выделением тепла, осуществляется тепловое распространение, обусловленное в основном теплопередачей. [c.76] Здесь Ср — удельная теплоемкость при постоянном Р, р —плотность, а Я — коэффициент теплопроводности. Из сказанного вытекает подобие полей температур Т х, у, г) и концентраций С х, у, г), которое на рис. 10 проиллюстрировано симметричным характером кривых Т х) и Л (л ). [c.77] В указанных предположениях уравнения диффузии и теплопроводности становятся тождественными и задача сводится к решению одного из них, например последнего. [c.77] Другими словами, нормальная скорость (й ) распространения пламени пропорциональна корню квадратному из скорости горения газов. Следовательно, изучая зависимость величины и от условий, можно оценить их влияние на значение ш. [c.78] Таким образом, если из опыта найдена зависимость и от Р, то по ней можно судить о порядке реакции горения. [c.78] Описанная теория получила дальнейшее развитие в большом числе исследований, из которых мы отметим здесь лишь работы Л. Н. Хитрина [45], В. Иоста [46], А. И. Розловского [47], О. А. Цухановой [48], Я. Б. Зельдовича [90] и Л. А. Лова-чева [91]. [c.78] Температура пламени Т ), скорость его распространения и и ширина зоны горения зависят от состава газа. Всякое разбавление горючей смеси понижает Т , что ведет к понижению интенсивности реакции ) и скорости распространения пламени (и ). Например, в стехиометрической смеси 2Нг -г Ог количество ежесекундно сгорающего водорода в 1 см в 30 раз больше, чем в том же газе в три раза разбавленном смесью из 85% N2 и 15% О2 [36]. Скорость распространения пламени при таком разбавлении снижается в 10 раз. [c.78] Чем больше теплоемкость инертного газа, тем си.гьнее гменьшается скорость и . Так добавки аргона (Ср = = Ъ кал град моль) влияют слабее, чем азота Ср =-= 7 кал/град-моль). Однако гелий, теплоемкость которого близка к аргону, менее эффективен, чем Аг, так как обладает большей теплопроводностью (Хне Аг 1 см. уравнение 11,36). [c.79] Предварительный подогрев, повышающий температуру Т , увеличивает скорость распространения пламени. Так нагрев смеси СО с воздухом с Го = 20° до Го = 300° С повышает в три раза [36]. [c.79] Компонент, избыточный против стехиометрического соотношения, играет роль разбавителя. Поэтому скорость и 1 достигает максимума вблизи стехиометрического состава. Положи-тельные и отрицательные катализаторы реакции влияют через скорость на величину и . Так, небольшие следы влаги ускоряют горение СО, а добавки ССи его замедляют. В соответствии с этим величина и повышается от введения Н2О и падает при добавлении СС . [c.79] Появление пределов вызвано теплопотерями, на что впервые указал Д. В. Алексеев [49]. Основы современной теории этих явлений даны в работах Я- Б. Зельдовича [42], [43], [50]. [c.79] Таким образом, скорость при наличии теплопотерь не может принимать значения, лежащие в пределах от О до й р, чем и объясняется существование пределов распространения пламени. [c.81] Иначе говоря, критическая скорость распространения пламени составляет около 61% от величины отвечающей адиабатическим условиям. [c.81] Для обычных горючих смесей Ь 2Ъ % [36]. [c.81] В сосудах большего диаметра теплопотери определяются инфракрасным излучением они не зависят от с1 я являются функцией Тг и состава. [c.81] Вернуться к основной статье