А   Б  В  Г  Д  Е  Є  Ж  З  І  Ї  Й  К  Л  М  Н  О  П  Р  С  Т  У  Ф  Х  Ц  Ч  Ш  Щ  Ю  Я 


Хімічна реакція - горіння

Хімічні реакції горіння починаються після створення початкового вогнища полум'я в підготовленій паливо-повітряної суміші. У поршневих ДВС він створюється або електричною іскрою, або за рахунок нагріву ТВЗ до такоїтемператури, при якій в обсязі суміші мимовільно виникають багато початкові вогнища полум'я відбувається самозаймання суміші.

Хімічна реакція горіння відбувається не при всіх умовах зіткнення молекул пального газу з молекулами кисню.

Якщохімічні реакції горіння не є автокаталітіческіх, то причиною поширення полум'я може бути тільки передача тепла від продуктів горіння незгорілої суміші. Такий вид розповсюдження полум'я називається тепловим. Це, звичайно, аж ніяк не виключає того, щоодночасно відбувається і дифузія реагуючих речовин і продуктів реакції, так що склад реагуючої суміші в зоні реакції відрізняється від складу вихідної суміші. Але в цьому випадку дифузія є не причиною поширення полум'я, а тільки супутнім фактором. ВЗокрема, це відноситься і до ланцюговим реакцій з неразветвляющіміся ланцюгами. Дифузія вільних атомів і радикалів, якщо тільки вони знаходяться в термодинамічній рівновазі або у квазістаціонарних концентраціях, не може бути причиною розповсюдження полум'я, якезалишається тепловим. Pоль дифузії повністю враховується в правильній теплової теорії поширення полум'я, як буде показано в наступному розділі.

Якщо хімічні реакції горіння не є автокаталітіческіх, то причиною поширення полум'я може бутитільки передача тепла від продуктів горіння несгоревшейсмесі. Такий вид розповсюдження полум'я називається тепловим. Це, звичайно, аж ніяк не виключає того, що одночасно відбувається і дифузія реагуючих речовин і продуктів реакції, так що склад реагуючої сумішів зоні реакції відрізняється від складу вихідної суміші. Але в цьому випадку дифузія є не причиною поширення полум'я, а тільки супутнім фактором. Зокрема, це відноситься і до ланцюговим реакцій з неразветвляющіміся ланцюгами. Дифузія вільних атомів ірадикалів, якщо тільки вони знаходяться в термодинамічній рівновазі або у квазістаціонарних концентраціях, не може бути причиною розповсюдження полум'я, яке залишається тепловим. Pоль дифузії повністю враховується в правильній теплової теорії розповсюдженняполум'я, як буде показано в наступному розділі.

Швидкість хімічних реакцій горіння газу з повітрям у пальниках дуже велика. Ці реакції при високих температурах протікають за тисячні долі секунди. Тривалість горіння потоку газоповітряної сумішівизначається безперервною подачею свіжих порцій газу і повітря, які згорають в результаті швидкого виникнення реакцій окислення під дією теплового потоку.

Швидкість хімічних реакцій горіння газу з повітрям у пальниках дуже велика. Ці реакції привисоких темлературах протікають за тисячні долі секунди. Тривалість горіння потоку газоповітряної суміші визначається безперервною подачею свіжих порцій газу і повітря, які згорають в результаті швидкого виникнення реакцій окислення під дієютеплового потоку.

Кількісні співвідношення хімічних реакцій горіння можуть бути отримані при відомих молекулярних масах i речовин і плотностях р ц /224 газові при нормальних фізичних умовах.

Принципова схема автоматичної системи придушеннявибуху в закритій ємності. Механізм інгібування хімічних реакцій горіння вивчений недостатньо. Однак дослідження, проведені в останні роки[220-223], Дають можливість скласти деякі подання про характер впливу інгібіторів на пламена.

Припустимо, що хімічна реакція горіння протікає повністю і продуктами реакції є пари води Н20 вуглекислий газ С02 або при нестачі кисню окис вуглецю СО. Для стехиометрической воднево-кисневої (гримучої) горючої суміші поділом теплотиосвіти водяної пари 58 ккал /моль на теплоємність 8 кал /моль-град отримаємо температуру горіння 7250 градусів. Для випадку повного згоряння твердого вуглецю в кисні (Ст 02С0294 ккал /моль) отримаємо температуру горіння галі більше, 11750 К. Температури такого ж порядкувиходять і для інших вуглеводневих палив. Наведені тут фантастично високі температури горіння відносяться до плазмового стану речовини, вони не здійснюються в дійсності; температури горіння кисневих сумішей лежать в межах 3000 - 4000 К.

Оскільки підігрів і хімічна реакція горіння суміші протікають дуже швидко, основним фактором, що лімітує тривалість процесу горіння, є час, що витрачається на перемішування газу і повітря.

Схеми організації горіння горючих газів. Горіння. а -кінетичне, б - дифузійне, в - змішане. Так як швидкість хімічних реакцій горіння при високих температурах вогнища незрівнянно вище швидкості сумішоутворення, то практично швидкість згоряння газу завжди дорівнює швидкості змішування газу з повітрям. Цеобставина дозволяє легко регулювати швидкість спалювання газу в найширших межах. Змішаний метод спалювання горючих газів є проміжним між кінетичним і дифузійним.

Тому-то рівняння балансу хімічної реакції горіння свічок припевних умов дійсно є першою спробою введення кількості тепла в опис хімічної реакції.

При складанні рівнянь хімічних реакцій горіння речовин у повітрі надходять у такий спосіб: горючу речовину і бере участь у горінніповітря пишуть в лівій частині, після знаку рівності пишуть утворюються продукти реакції. Наприклад, необхідно скласти рівняння реакції горіння метану в повітрі. Спочатку записують ліву частину рівняння реакції: хімічну формулу метану плюс хімічні формулиречовин, що входять до складу повітря.

При відносно невисоких температурах хімічна реакція горіння протікає досить повільно, а споживання кисню у багато разів менше можливості його доставки до фронту полум'я, який розділяє топливовоздушнуюсуміш від продуктів згоряння. Загальна швидкість реакції обмежена кінетикою хімічної реагування на умовній поверхні контакту палива і окислювача, і цю температурну область реакцій називають кінетичною областю горіння.

Вище була розглянута кінетикахімічних реакцій горіння в припущенні, що подача окислювача (кисню повітря і інших) здійснюється без обмеження. Головним визначальним процесом при горінні палива в конкретному випадку може бути кінетичний або дифузійний. Якщо швидкість горінняпалива (або загальний час, необхідний для його згоряння) лімітується процесом змішання, то горіння протікає в дифузійній області. Навпаки, якщо змішання відбувається дуже інтенсивно і процес в цілому лімітується кінетикою власне реакцій горіння, то горіннязнаходиться в кінетичній області.

Зі зростанням температури швидкість хімічних реакцій горіння дуже швидко зростає. Константа швидкості реакції k характеризує собою швидкість хімічної реакції при даній температурі.

Піротехнічний ефект досягається вВнаслідок хімічної реакції горіння. Горіння являє собою реакцію сполуки горючої речовини з киснем. При цій реакції зазвичай відбувається значне підвищення температури та освіта полум'я або виділення диму.

Як відомо, в результатіхімічних реакцій горіння полум'я іонізується і стає провідником електричного струму. Це властивість полум'я полоній в основу роботи багатьох систем захисної автоматики горіння. Опір факела пальника коливається в межах від одиниць до сотень МОм і залежить восновному від складу суміші, що подається в пальник, і площі електрода.

Щоб в підготовленій паливно-повітряної суміші почалася хімічна реакція горіння, в ній необхідно створити початковий осередок полум'я, від якого полум'я буде поширюватися по всій суміші доповного її вигоряння.

У сіпу того, що швидкість хімічних реакцій горіння при високих температурах вогнища незрівнянно вище швидкості сумішоутворення, швидкість згоряння газу завжди дорівнює швидкості змішування газу з повітрям. Це дуже важлива перевагадифузійного методу дозволяє в практичних умовах легко регулювати швидкість спалювання газу в найширших пре1 справах.

У силу того, що швидкість хімічних реакцій горіння при високих температурах вогнища незрівнянно вище швидкості сумішоутворення, швидкістьзгоряння газу завжди дорівнює швидкості змішування газу з повітрям. Це дуже важлива перевага дифузійного методу дозволяє в практичних умовах легко регулювати швидкість спалювання газу в найширших межах.

Загальна кількість СОА визначають по рівняннюхімічної реакції горіння газу.

Власне свічення молекулярних частинок, що є проміжними продуктами хімічних реакцій горіння, - важлива характеристика полум'я, якщо воно використовується не тільки для атомізації, але і для збудження спектріввизначуваних частинок.

Горіння рідини (гомогенне горіння в дифузійній області. | Схема дифузії кисню до антрациту (гетерогенне горіння в дифузійній області. Відсутність достатньої кількості кисню в зоні горіння гальмує хімічну реакціюгоріння.

Полум'я являє собою газовий потік, усередині якого відбувається хімічна реакція горіння завислих у потоці частинок рідкого або твердого палива з бурхливим виділенням тепла. Швидкість виділення тепла і інтенсивність випромінювання опеределяется температуруфакела.

В'язкості і теплопровідності газу, коефіцієнтами дифузії беруть участь в хімічній реакції горіння речовин, ш вплив усіх цих факторів зосереджено в одному феноменологічному параметрі JJL. Представляє інтерес теоретично проаналізуватифункціональний зв'язок параметра р - з величинами, що характеризують ефекти переносу (числами Прандтля і Льюїса), а також кінетику хімічної реакції.

Таким чином, незважаючи на те, що більшість газових хімічних реакцій горіння, а також поширення полум'япротікають по ланцюговому механізму, теплові фактори при горінні є, як правило, визначальними.

Вузька зона, в якій відбувається підігрів суміші і протікає хімічна реакція горіння, називаєте фронтом полум'я. Він не має різко окреслених гра ниць, а товщинайого не перевищує десятих часток мілі метра.

На рис. 5.2.1 дається повна інформація, що міститься в рівнянні хімічної реакції горіння гептану.

Умова EI (RT); 2 завжди дотримується в хімічних реакціях горіння і вибуху, для яких характерна експоненціальназалежність швидкості реакції (тепловиділення) від температури. Показник експоненти, обумовлений енергією активації, зазвичай достатньо великий. Наприклад, при енергії активації в 30 ккал /мол' умова EI (RT) 2 зберігається аж до початкової температури в 7500 К, Запас цей,очевидно, дуже великий.

У суміші, запалав в результаті стиснення ударною хвилею, розвивається хімічна реакція горіння, осуществляющаяся при постійній швидкості поширення.

Адіабата Гюговьо вихідної суміші і продуктів реакції[IMAGE ]Концентрнцвовние межі детонації пропано-кисневих сумішей. У суміші, запалав в результаті стиснення ударною хвилею, розвивається хімічна реакція горіння, осуществляющаяся при постійній швидкості поширення. Остання обставина призводить дощо випливає з рівняння (47.3) лінійним законом зміни стану газу.

У зв'язку з цим Я. Б. Зельдович відзначає, що, оскільки швидкості хімічних реакцій горіння дуже великі, дійсна швидкість процесів горіння лімітується іншими факторами:діючими концентраціями реагентів і швидкістю їх сумішоутворення. Але величини діючих концентрацій газових компонентів у процесах горіння змінюються, за винятком особливих випадків, в досить вузьких межах. Отже, найбільш істотна роль упроцесах горіння газоподібних палив повинна належати процесам змішування газоподібних палив з окисником. Швидкість сумішоутворення визначається кількістю речовин, характером руху, ступенем турбулентності, а також молярної і молекулярної дифузієюреагуючих потоків і, нарешті, формою і розмірами пристроїв, в яких протікає сумішоутворення.

У суміші, запалав в результаті стиснення в ударній хвилі, розвивається хімічна реакція горіння, осуществляющаяся при постійній швидкості поширення.

Високоефективні засоби газового гасіння і флегматизації, дії яких засновані на гальмуванні хімічної реакції горіння.

Тому поряд з вивченням природи і властивостей палива, а також кінетики хімічних реакцій горіння при дослідженні топковихпроцесів слід звертати особливу увагу також на фізику горіння і враховувати умови протікання супутніх явищ.

Таким чином, вимірювання нормальної швидкості поширення полум'я дозволяють встановити кінетичні закономірності хімічної реакції горіння. При цьому теорія розповсюдження ламінарного полум'я грає сполучну роль між результатами вимірювань і їх кінетичним тлумаченням.

Ці реакції, на які ми будемо посилатися при розгляді термодинаміки і кінетики хімічних реакцій горіння і газифікації, є реакціями сумарними. У дійсності, як це буде показано далі, механізм реагування при горінні палив значно складніше. Як видно з рис. 1 крім процесів горіння та газифікації в газогенераторі протікають також процеси сухої перегонки та сушіння твердих палив.

Pасчетние параметри ЖPД. Верхня межа питомої імпульсу визначається умовами хімічної рівноваги адіабатичного оборотного процесу розширення продуктів хімічних реакцій горіння в одновимірному соплі (ідеальний питомий імпульс /уд, ід) і характеризує термодинамічний потенціал палива при заданих співвідношенні компонентів, тиску в камері, геометричної ступеня розширення сопла і тиску навколишнього середовища. Pеально досяжний питомий імпульс визначається втратами.

При зміні вмісту кисню в суміші кисень - азот відбувається зміна швидкості протікання хімічної реакції горіння матеріалів в цій суміші. При цьому порушується тепловий режим реакції і змінюються швидкості тепловиділення і тенлоотвода.

Таким чином, існування концентраційних меж поширення полум'я повинне бути наслідком зменшення швидкості хімічної реакції горіння поблизу граничного складу суміші. Зельдович, швидкість детонації (D) при складі суміші, близькому до граничного, пов'язана з часом реакції (т) і втратами (а) при поширенні детонаційної хвилі внаслідок гідравлічного опору труби, турбулентного теплообміну та ін

Хімічні речовини, такі як сухі порошки та галогени, ліквідують вогонь, перериваючи хімічну реакцію горіння.

З вихідних речовин В і Ок виходить той самий продукт ВтОкп, що і при хімічної реакції горіння, однак у ПЕ виникає електричний струм, тобто хімічна енергія перетворюється в електричну. Для здійснення процесів сумарної реакції (9.11), необхідно відокремити окислювач від відновлювача, забезпечити спрямований рух іонів і електронів. Ці функції виконує ТЕ: на одному з електродів ТЕ - аноді відбувається електрохімічне окислення палива (рис. 9.43), на другому - катоді електрохімічне відновлення окислювача.