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 


Теплова теорія - поширення - полум'я

Теплова теорія поширення полум'я, розроблена Михельсоном, не пояснює багатьох експериментальних фактів, і окремі положення цієї теорії є помилковими. Сучасна теорія горіння газових сумішей створена в результаті багаторічної роботи Інституту хімічної фізики АН СРСР.

Критика теплової теорії поширення полум'я в тому вигляді, як вона тут викладена, була спрямована головним чином на використання температури займання, як величини, що не має певного фізичного значення.

На підставі теплової теорії поширення полум'я (див. Више) Зельдович отримує рівність (див. Також[136, гл.
В соответствии с тепловой теорией распространения пламени, развитой работами Н. Н. Семенова, Я. Б. Зельдовича и Франк-Каменецкого[9, 10], Поширення полум'я є результатом передачі тепла теплопровідністю від зони горіння до свіжої суміші. Зазначені автори виходили з теплової теорії поширення полум'я Зельдовича і Франк-Каменецького[205], згідно з якою швидкість поширення полум'я пропорційна кореню квадратному з швидкості реакції.

Одним з теоретичних обгрунтувань фізичної моделі з'явилися теплові теорії поширення полум'я, що передбачали, що швидкість поширення полум'я є функцією головним чином теплопровідності суміші.

Необхідний також аналіз питання про межі застосування теорії в її простій формі, що базується на тепловій теорії поширення полум'я Зельдовича і Франк-Каменецького.

В Зокрема, в цій роботі показано, що рішення задачі (514), як і аналогічної задачі теплової теорії поширення полум'я може бути зведено до визначення рішення, що проходить з однієї особливої точки системи в іншу, причому характер особливої точки цілком визначається кінетикою хімічної реакції і не залежить від дифузійних членів рівнянь.

У своїй останній роботі про ланцюгових реакціях в горючих пламенах, що є основою теорії швидкості полум'я, Я. Б. Зельдович[75] вказує, що колишня теплова теорія поширення полум'я може бути застосована лише до простих хімічних реакцій і до таких винятковим системам, як, наприклад, закис азоту. У переважній же більшості випадків хімічні реакції в пламенах протікають по ланцюговому механізму за участю активних центрів, атомів і радикалів, причому швидкість ланцюгової реакції, швидкість освіти і розмноження активних центрів істотно залежать від температури.

Одна з перших теорій меж поширення полум'я, в основі якої лежить уявлення про домінуючу роль теплових втрат, належить Зельдовича[116, 117], Який показав, що втрати тепла призводять до зменшення швидкості полум'я. На підставі теплової теорії поширення полум'я Зельдовича і Франк-Каменецького (див. Вище) Зельдович отримує рівність (див. Також[365, стр.
Преимущество этой формы тепловой теории распространения пламени заключается в возможности представления величины о при помощи простой формулы вида формул (42.40) или (42.41), связывающей скорость распространения пламени со скоростью химической реакции горения. Рассмотрение результатов применения формул этого вида к вычислению скоростей распространения пламени в случае реакций различных типов показывает, что в большинстве случаев вычисленные и измеренные значения величины и0 находятся в удовлетворительном качественном, а часто и количественном согласии. Вместе с тем стало вполне очевидным, что одним из главных моментов, затрудняющих осуществление экспериментальной проверки теории Зельдовича и Франк-Каменецкого, как и тепловой теории в ее общей форме, является недостаточность наших знаний о кинетике и механизме химических реакций горения.
Это допущение оправдывается тем, что ввиду большой энергии активации Е реакция практически протекает при температуре, близкой к Тмакс. Принятое допущение аналогично лежащему в основе тепловой теории распространения пламен допущению Зельдовича и Франк-Каменецкого[9]Про те, що реакція горіння в основному протікає при температурі, яка мало відрізняється від максимальної температури горіння. Це припущення виправдовується тим, що зважаючи на велику енергії активації Е реакція практично протікає при температурі, близькій до 7 акс. Прийняте припущення аналогічно лежить в основі теплової теорії поширення пламен допущенню Зельдовича і Франк-Каменецького[9]про те, що реакція горіння в основному протікає при температурі, яка мало відрізняється від максимальної температури горіння.

Якщо хімічні і фізичні процеси, що відбуваються в багатьох (зокрема, в повітряних) пламенах, такі, що справедливість основних положень теплової теорій стосовно цих полум'яних не викликає сумнівів, то, МАБУТЬ, можна вказати також і такі пламена, до яких ця теорія свідомо неприйнятна. Здійснимість умови подібності поля температур і поля концентрацій потрібно розглядати як найбільш загальний критерій при Меним теплової теорії поширення полум'я. Все формулювати різними авторами умови, що визначають можливість теплового механізму поширення полум'я, в кінцевому підсумку зводяться до цим критерієм. Так, наприклад, Бартоломе[347, 348, 1097]вважає, що тепловий механізм не здійснюється в гарячих пламенах (температура вище 2500 К), де внаслідок високого ступеня дисоціації значна частина звільняється в результаті реакції енергії має форму хімічної енергії вільних атомів і радикалів, дифузія яких із зони горіння в свіжу смесв, випереджальна підведення тепла , і є основною причиною поширення полум'я. При цьому Бартоломе виходить з того факту, що швидкості поширення полум'я в повітряних сумішах, які горять при температурах нижче 2400 к, зазвичай рівні 30 - 70 см /сек, в той час як швидкості горіння кисневих сумішей (Тг 2700 К) складають 400 - 1200 см /сек. З огляду на те, що при температурі кіслордного полум'я газ помітно диссоциирован, природно виникає уявлення про зв'язок між величиною і0 і великою концентрацією атомів і радикалів - продуктів дисоціації гарячого газу.

У підсумку слід визнати, що використання поняття температури займання саме по собі ще не робить порочним побудовану на цій основі теорію поширення полум'я. Цей висновок є для нас тим більш істотним, що іноді висловлюються надії на радикальне вдосконалення чисто теплової теорії поширення полум'я в результаті розгляду процесу поширення полум'я без застосування температури займання, на основі безперервного розвитку реакції. При цьому ширина зони реакції § рили час реакції тр, oi зчитуються від температури, при якій констатується розвиток помітною швидкості реакції і яка, по суті, збігається з поняттям температури займання. Але і тут в сучасному, найбільш суворому варіанті теплової теорії поширення полум'я Зельдовича[2]передача тепла від зони горіння в свіжий газ розглядається в результаті о д н о в и р і-м е н н о г о дії теплопровідності і дифузійного перемішування продуктів згоряння зі свіжим газом. завдання вирішується для окремого випадку, коли коефіцієнти дифузії і теплопровідності можна прийняти рівними один одному. Відтворюється незмінним то уявлення, що реакція в свіжому газі викликається тільки в результаті нагрівання газу, і що саме полум'я є тільки джерелом тепла. Саме в цьому основний недолік чисто теплових теорій розповсюдження полум'я, джерело їх невідповідності найважливішим проявам реального процесу горіння.

У підсумку слід визнати, що використання поняття температури займання саме по собі ще не робить порочним побудовану на цій основі теорію поширення полум'я. Цей висновок є для нас тим більш істотним, що іноді висловлюються надії на радикальне вдосконалення чисто теплової теорії поширення полум'я в результаті розгляду процесу поширення полум'я без застосування температури займання, на основі безперервного розвитку реакції. При цьому ширина зони реакції § рили час реакції тр, oi зчитуються від температури, при якій констатується розвиток помітною швидкості реакції і яка, по суті, збігається з поняттям температури займання. Але і тут в сучасному, найбільш суворому варіанті теплової теорії поширення полум'я Зельдовича[2]передача тепла від зони горіння в свіжий газ розглядається в результаті о д н о в и р і-м е н н о г о дії теплопровідності і дифузійного перемішування продуктів згоряння зі свіжим газом. Завдання вирішується для окремого випадку, коли коефіцієнти дифузії і теплопровідності можна прийняти рівними один одному. Відтворюється незмінним то уявлення, що реакція в свіжому газі викликається тільки в результаті нагрівання газу, і що саме полум'я є тільки джерелом тепла. Саме в цьому основний недолік чисто теплових теорій розповсюдження полум'я, джерело їх невідповідності найважливішим проявам реального процесу горіння.

У підсумку слід визнати, що використання поняття температури займання саме по собі ще не робить порочним побудовану на цій основі теорію поширення полум'я. Цей висновок є для нас тим більш істотним, що іноді висловлюються надії на радикальне вдосконалення чисто теплової теорії поширення полум'я в результаті розгляду процесу поширення полум'я без застосування температури займання, на основі безперервного розвитку реакції. При цьому ширина зони реакції § рили час реакції тр, oi зчитуються від температури, при якій констатується розвиток помітною швидкості реакції і яка, по суті, збігається з поняттям температури займання. Але і тут в сучасному, найбільш суворому варіанті теплової теорії поширення полум'я Зельдовича[2]передача тепла від зони горіння в свіжий газ розглядається в результаті о д н о в и р і-м е н н о г о дії теплопровідності і дифузійного перемішування продуктів згоряння зі свіжим газом. Завдання вирішується для окремого випадку, коли коефіцієнти дифузії і теплопровідності можна прийняти рівними один одному. Відтворюється незмінним то уявлення, що реакція в свіжому газі викликається тільки в результаті нагрівання газу, і що саме полум'я є тільки джерелом тепла. Саме в цьому основний недолік чисто теплових теорій розповсюдження полум'я, джерело їх невідповідності найважливішим проявам реального процесу горіння.

Якщо хімічні реакції горіння не є автокаталитически, то причиною поширення полум'я може бути тільки передача тепла від продуктів горіння несгоревшей суміші. Такий вид поширення полум'я називається тепловим. Це, звичайно, аж ніяк не виключає того, що одночасно відбувається і дифузія реагентів і продуктів реакції, так що склад реагує суміші в 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 і радикалів, якщо тільки вони знаходяться в термодинамічній рівновазі або в квазістаціонарних концентраціях, не може бути причиною поширення полум'я, яке залишається тепловим. Роль дифузії повністю враховується в правильній теплової теорії поширення полум'я, як буде показано в наступному розділі.

Якщо хімічні реакції горіння не є автокаталитически, то причиною поширення полум'я може бути тільки передача тепла від продуктів горіння несгоревшейсмесі. Такий вид поширення полум'я називається тепловим. Це, звичайно, аж ніяк не виключає того, що одночасно відбувається і дифузія реагентів і продуктів реакції, так що склад реагує суміші в 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 і радикалів, якщо тільки вони знаходяться в термодинамічній рівновазі або в квазістаціонарних концентраціях, не може бути причиною поширення полум'я, яке залишається тепловим. Роль дифузії повністю враховується в правильній теплової теорії поширення полум'я, як буде показано в наступному розділі.