3. انتشار اللهب في مخاليط الغاز
سرعة انتشار اللهبعندما يكون حرق المواد الصلبة والسائلة والغازية ذا فائدة عملية من حيث منع الحرائق والانفجارات. ضع في اعتبارك سرعة انتشار اللهب في خليط الغازات والأبخرة القابلة للاحتراق مع الهواء. بمعرفة هذه السرعة ، من الممكن تحديد السرعات الآمنة لتدفق الهواء والغاز في خط الأنابيب والعمود ووحدة التهوية والأنظمة المتفجرة الأخرى.
3.1. سرعة اللهب
كمثال ، التين. 3.1 رسم بياني تهوية العادمفي منجم فحم. من انجرافات المنجم 1 عبر خط الأنابيب 2 ، تتم إزالة خليط مترب من الهواء وغبار الفحم ، وفي بعض الحالات - الميثان المنبعث في طبقات الفحم. عند حدوث مصدر اشتعال ، تنتشر واجهة اللهب 3 باتجاه الانجرافات 1. إذا كانت سرعة الخليط القابل للاحتراقث ستكون أقل من سرعة انتشار مقدمة اللهبو بالنسبة لجدران الأنبوب ، سوف ينتشر اللهب في العمود ويؤدي إلى انفجار. لذلك ، من أجل التشغيل العادي لنظام التهوية ، من الضروري الامتثال للحالة
ث> ش.
يجب أن يكون معدل إزالة الخليط المتفجر أكبر من معدل انتشار مقدمة اللهب. هذا سيمنع النيران من دخول المنجم المنجرف.
أرز. 3.1. انتشار اللهب في منجم:
1 - لي ؛ 2 - خط الأنابيب 3 - اللهب الأمامي
نظرية انتشار اللهب ، التي تم تطويرها في أعمال Ya.B. زيلدوفيتش ودي. يعتمد Frank-Kamenetsky على معادلات التوصيل الحراري والانتشار والحركية الكيميائية. يبدأ اشتعال الخليط القابل للاحتراق دائمًا عند نقطة واحدة وينتشر في جميع أنحاء الحجم الكامل الذي يشغله الخليط القابل للاحتراق. النظر في حالة أحادية البعد - أنبوب مملوء بخليط قابل للاحتراق (الشكل 3.2).
إذا تم إشعال الخليط في أحد طرفي الأنبوب ، فسوف تنتشر جبهة اللهب الضيقة على طول الأنبوب ، وتفصل منتجات الاحتراق (خلف مقدمة اللهب) عن الخليط الطازج القابل للاحتراق. الجزء الأمامي من اللهب على شكل غطاء أو مخروط ، مع الجزء المحدب الذي يواجه اتجاه حركة اللهب. واجهة اللهب عبارة عن طبقة غازية رقيقة بعرض (10 -4 × 10 -6) م ، وتحدث تفاعلات احتراق كيميائي في هذه الطبقة التي تسمى منطقة الاحتراق. درجة حرارة اللهب الأمامية ، اعتمادًا على تركيبة الخليط ، هي تي= (1500 3000) ك. تنفق حرارة الاحتراق المنبعثة على تسخين منتجات الاحتراق للخليط الطازج القابل للاحتراق وجدران الأنبوب بسبب عمليات التوصيل الحراري والإشعاع.
أرز. 3.2 انتشار اللهب الأمامي في الأنبوب
عندما تتحرك مقدمة اللهب في الأنبوب ، تظهر موجات الضغط في الخليط القابل للاحتراق ، مما يؤدي إلى حركات دوامة. تعمل دوامات الغازات على ثني مقدمة اللهب دون تغيير سمكها وطبيعة العمليات التي تجري فيها. على سطح الوحدة لواجهة اللهب ، تحترق نفس كمية المادة دائمًا لكل وحدة زمنية 
... الكمية ثابتة لكل خليط قابل للاحتراق وتسمى معدل الاحتراق الشامل .
معرفة مساحة مقدمة اللهبس، يمكنك حساب كتلة المادة م، يتم احتراقه في جبهة الاحتراق بالكامل لكل وحدة زمنية:
كل عنصر من عناصر مقدمة اللهب دي اسيتحرك بالنسبة إلى الخليط الطازج دائمًا في الاتجاه الطبيعي لواجهة اللهب عند نقطة معينة (الشكل 3.2) ، وسرعة هذه الحركة:
أين كثافة الخليط الطازج القابل للاحتراق.
الكمية تسمى السرعة العادية لانتشار اللهب ولها أبعاد م / ث. إنها قيمة ثابتة لعملية الاحتراق لمزيج معين ولا تعتمد على الظروف الهيدروديناميكية المصاحبة لعملية الاحتراق. تكون سرعة انتشار اللهب العادية دائمًا أقل من السرعة المرصودة و، أي سرعة حركة واجهة الاحتراق بالنسبة لجدران الأنبوب:
ش ن< u .
إذا كانت مقدمة اللهب مسطحة وموجهة بشكل عمودي على محور الأنبوب ، ففي هذه الحالة ستكون سرعات انتشار اللهب الملحوظة والعادية هي نفسها
ش ن = ش.
منطقة جبهة اللهب المحدبةقضية S.دائما مساحة أكبرمقدمة منبسطةS رر، وبالتالي
> 1.
انتشار اللهب الطبيعيش نلكل خليط قابل للاحتراق يعتمد على خليط الغازات الخاملة ودرجة حرارة الخليط والرطوبة وعوامل أخرى. على وجه الخصوص ، يزيد التسخين المسبق للغاز القابل للاحتراق من سرعة انتشار اللهب. يمكن إثبات سرعة انتشار اللهبش نمتناسب مع مربع درجة الحرارة المطلقة للخليط:
u n. = const · T 2.
في التين. يوضح الشكل 3.3 اعتماد سرعة انتشار اللهب في الخليط القابل للاحتراق "الهواء - أول أكسيد الكربون" ، اعتمادًا على تركيز ثاني أكسيد الكربون. على النحو التالي من الرسوم البيانية المعطاة ، تزداد سرعة انتشار اللهب مع زيادة درجة حرارة الخليط. لكل قيمة درجة حرارة ، يكون لسرعة انتشار اللهب حدًا أقصى في منطقة تركيز أول أكسيد الكربون CO ، يساوي ~ 40٪.
تتأثر سرعة انتشار اللهب بالسعة الحرارية للغاز الخامل. كلما زادت السعة الحرارية للغاز الخامل ، كلما خفضت درجة حرارة الاحتراق وزادت من سرعة انتشار اللهب. لذلك ، إذا تم تخفيف خليط الميثان مع الهواء بثاني أكسيد الكربون ، فإن سرعة انتشار اللهب يمكن أن تنخفض بمقدار 2 3 مرات. تتأثر سرعة انتشار اللهب في مخاليط أول أكسيد الكربون مع الهواء بشكل كبير بالرطوبة الموجودة في الخليط ، ووجود جزيئات السخام ومضافات الغازات الخاملة.
أرز. 3.3 الاعتماد على سرعة انتشار اللهب
على تركيز أول أكسيد الكربون في الخليط
عندما يحترق خليط متحرك ، فإن سرعة انتشار اللهب الناتجة ستكون مجموع المبالغ 
.
الشرط أن تكون مقدمة اللهب ثابتة (أي بلا حراك) 
- السرعة الناتجة هي صفر ، 
.
اعتبر موقد Busen نموذجًا.
عندما يتم إمداد الغاز والهواء إلى فم الأنبوب بمعدل دبليو، سوف يتشكل مخروط ، بينما تؤدي الزيادة في السرعة إلى زيادة ارتفاع (سطح) المخروط ، وانخفاض في زاوية القمة. أو العكس ممكن أيضًا.
ر 
ضع في اعتبارك مقدمة اللهب. وسوف تشكل منطقة ضيقة حيث ح F
هو سمك من الأمام ، و ح NS
هو سمك منطقة التفاعل الكيميائي. علاوة على ذلك ، يمكن تقسيمها إلى منطقتين: منطقة تسخين ومنطقة تفاعل.
يدخل خليط جديد من الغاز والهواء إلى المنطقة 1 ، ويظل تركيز الغاز في الهواء ثابتًا بسبب لم يبدأ التفاعل الكيميائي بعد ، ولكن يتم التسخين فقط بسبب الحرارة المنبعثة في منطقة التفاعل. يبدأ حيث يصبح المدخلات الحرارية مساوية للمشتت الحراري ، أو بلغة الرياضيات 
، والذي يتوافق مع درجة حرارة الاشتعال تي ب... في منطقة التسخين ، يكون إمداد الحرارة أكبر من المشتت الحراري 
وفي منطقة التفاعل 
... يتم نقل الحرارة في مقدمة اللهب عن طريق التوصيل الحراري. ويقع أقصى إطلاق للحرارة في منطقة التفاعل ، وينخفض إلى 0 في نهاية الجبهة.
لا يتأثر انتشار جبهة اللهب بمعدل التفاعل الكيميائي فحسب ، بل يتأثر أيضًا بنقل المواد ومنتجات الاحتراق.
NS 
عندما يتم إمداد الموقد بالغاز الحقيقي ، تتغير سرعة الانتشار من أقصى حد في المركز إلى أدنى قيمة له في المحيط. في هذه الحالة ، تكون مقدمة اللهب منحنية من شكل مخروطي. ولا يمكن إلا تعويض السرعة العادية لانتشار اللهب 
والمكون الآخر 
ستجلب النقطة إلى أعلى الشعلة. في الأطراف بسبب قدرة التبريد للجدران يو نينخفض بشكل كبير بالمقارنة مع متوسط قيمته ، فمن الممكن للتعويض المباشر عن معدل التدفق دبليو
سرعة يو ن... نتيجة لذلك ، تتحول مقدمة اللهب عند الحافة إلى مستوى أفقي وتتشكل منطقة احتراق مستقرة - حلقة حارقة. قد تكون هذه المنطقة موجودة من تلقاء نفسها.
يتم تحديد جبهة اللهب بشكل عام بواسطة قانون جيب التمام ، ويتم تحديد ثباتها من خلال تثبيت الحلقة المحرقة. لذلك ، دعونا نحدد التبعيات الرئيسية للهب المستقر.
لأن تعمل جميع الشعلات في أوضاع متغيرة ، ومن ثم تكون المواقف ممكنة عندما يتجاوز معدل التدفق يو ن، أو الوضع المعاكس ممكن.
يرتبط فصل اللهب بوجود الحلقة المحرقة وتدميرها. سيحدث الفصل إذا تجاوز معدل التدفق سرعة الفصل الحرجة (المنطقة الثانية في الشكل 8).
ستؤثر عدة عوامل على معدل الانفصال. مع يزيدقطر الدائرةقدرة تبريد الموقد ينخفض ،و الحد من سرعة فصل اللهببازدياد(خطوط مستقيمة 3،2،1). مع نضوب الخليط (زيادة في الهواء الأولي) يرفضالحد من سرعة الفصل. ومع انخفاض كمية الهواء الأولي (لهب الانتشار) ، ستزداد السرعات المحددة.
يحدث الانزلاق عندما يو نيتجاوز معدل تدفق اللهب (المنطقة 3 في الشكل 8).
يرتبط اختراق اللهب بقدرة تبريد جدران الموقد. حالة عدم الانزلاق 
... مع زيادة القطر ، يزداد معدل الاحتراق الطبيعي ، وكلما تساوت الأشياء الأخرى ، يزداد احتمال الاختراق ، وكلما زاد معدل التدفق الذي يمنع اختراق اللهب (المنحنيات 1 ، 2 ، 3 في الشكل 8) 1. ستتم ملاحظة المعدلات القصوى لعدم الانزلاق عندما تكون قيمة الهواء الزائد أقل قليلاً من القيمة المتكافئة. يستخدم تبريد رأس الموقد لتقليل مخاطر التجاوز.
هناك أيضًا طرق لتثبيت اللهب.
9. التثبيت مع التين. 10. استقرار اللهب
إشعال الخاتم بجسم على شكل حرف V.
ح 
والتين. يوضح الشكل 9 جهازًا يستقر بسبب حقيقة أن الغاز عبر القنوات 2 ، يدخل الغاز في الفتحة الحلقيّة 3. وهذا يخلق حلقة اشتعال ثابتة تمنع فصل اللهب. في التين. يوضح الشكل 10 استقرار التدفق بواسطة جسم على شكل حرف V. بسبب الدوامات ، يتم إنشاء ما يشبه الحلقة الحارقة ، وتقل احتمالية فصل اللهب (تزداد السرعة المحددة).
يظهر مثبت النفق في الشكل. أحد عشر. خليط الغاز والهواءيترك الموقد 1 في النفق 3 ، حيث يتم تشكيل الشعلة 2. يتم امتصاص نواتج الاحتراق في جذر الشعلة ، ويتم إنشاء منطقة لحركتها الراجعة ، وتشكل حلقة اشتعال مستقرة. لأن إذا تم امتصاص الهواء البارد ، فسيؤدي ذلك إلى تفاقم ظروف الاشتعال بشكل كبير.
في عملية الاحتراق الثابتة ، يظل موضع مقدمة اللهب في التدفق دون تغيير. ضع في اعتبارك تمثيلًا تخطيطيًا لشعلة اللهب في تدفق خليط قابل للاشتعال. إذا كانت السرعة W تساوي صفرًا ، فسنحصل على انتشار لهب كروي مع وجود مصدر نقطي في المركز. ومع ذلك ، فإن التدفق ينفث اللهب في اتجاه حركته وفي نفس الوقت يتحرك اللهب باتجاه تدفق الخليط الجديد القابل للاحتراق بسرعة U n.
الشكل 3.4. الرسم التخطيطي الأمامي للهب الثابت
نتيجة لذلك ، يحدث التوازن ، حيث تحتل جبهة اللهب موقعًا ثابتًا ، ويؤدي التدفق إلى جلب أجزاء جديدة من الخليط القابل للاحتراق إلى منطقة الاحتراق.
ضع في اعتبارك عنصر اللهب الأمامي. يمكن أن تتحلل سرعة التدفق W إلى المكونات العادية والماسية W n و W τ ، والتي تميل إلى إزالة جبهة الاحتراق. في اتجاه n - n الطبيعي ، تتم موازنة السرعة بالسرعة العادية لانتشار اللهب + U n.
من الواضح ، إذا تغيرت السرعة W ، فإن جبهة اللهب ستأخذ موقعًا جديدًا وستؤسس عند هذه الزاوية α ، حيث يصبح إسقاط السرعة على العمودي n - n مساويًا لمعدل الاحتراق الطبيعي U n. في هذه الحالة ، السرعة نفسها U n لمزيج معين ، بالطبع ، هي قيمة ثابتة (الشكل 3.5). وبالتالي ، نحصل على الشرط الأول لوجود جبهة اللهب الثابتة
│ U n │ = │W│cos α (3.2)
تم إنشاء هذا التعبير في عام 1890 من قبل الفيزيائي الروسي V.A. Michelson ويسمى "قانون ميكلسون" ، أو "قانون جيب التمام". وفقًا لهذا القانون ، فإن إسقاط سرعة التدفق العارضة على السطح الطبيعي لواجهة اللهب الثابتة تساوي دائمًا معدل الاحتراق الطبيعي.
W "> W W"> W α "> α
الشكل 3.5. يتدفق موضع مقدمة اللهب الثابتة بسرعات مختلفة
بالنظر إلى القسم الأمامي المجاور لمصدر الإشعال ، يتضح أن الأجزاء الجديدة لن تصل إلى مكان الجزيئات المحترقة التي تمت إزالتها إذا توقف المصدر عن العمل. يتم تعويض احتباس اللهب في الاتجاه العرضي بواسطة مصدر تشغيل دائم لاشتعال واجهة لهب ثابتة.
وبالتالي ، هناك شرطان ضروريان وكافيان لوجود جبهة لهب ثابتة في تدفق خليط قابل للاحتراق:
1. مساواة إسقاط سرعة انتشار اللهب على المكون الطبيعي والمكون العادي إلى مقدمة اللهب من السرعة
تدفق.
2. وجود مصدر اشتعال دائم
بكثافة كافية.
من الواضح ، إذا كانت W τ = 0 ، فإن مقدمة اللهب تكون متعامدة مع التدفق ويختفي الشرط الثاني.
من الأمثلة الجيدة على موقع مقدمة اللهب الصفحي في التدفق شعلة موقد بنسن. يوفر جهاز الموقد خلطًا أوليًا للوقود والمؤكسد ، أي الوقود مع الهواء. عند إشعال الخليط ، فإن اللهب ، الذي ينتشر من خلاله ، يميل إلى الدخول إلى داخل الموقد ، ولكن يتم منع ذلك عن طريق التدفق العكسي. ونتيجة لذلك ، يتم إنشاء توازن ديناميكي مستقر ، وتأخذ جبهة اللهب الثابتة شكلاً يكون عند كل نقطة من نقاطه ، يكون مكون السرعة العادي للأمام مساويًا لسرعة انتشار اللهب في الخليط هذا التكوينفي ظل ظروف معينة.
أطلق أحد الباحثين الأوائل في هذه المسألة ، مالارد ولي شاتالييه ، على منطقة الاحتراق اسم "المخروط الأزرق" ، والذي يُطبَّق على سطحه قانون ميكلسون في كل نقطة.
يوضح الشكل 3.6 آلية تثبيت اللهب في موقد بنسن.
الشكل 3.6. رسم تخطيطي لتشكيل جبهة اللهب في موقد بنسن
يشكل موضع نقاط التثبيت C حلقة تقع على مسافة معينة من مخرج فوهة الموقد. في خليط ثابت ، بعد الاشتعال ، يبدأ اللهب من النقاط C بالانتشار بشكل كروي وستغلق واجهات اللهب عند النقطة B على محور التدفق.
عندما يتحرك الخليط ، يتم نقل كل نقطة من مقدمة اللهب بعيدًا عن طريق التدفق في وقت واحد مع تمدد الكرات ، ونتيجة لذلك ، يتم تشكيل جبهة اللهب المخروطية ذات القمة عند النقطة B من التلامس بين الكرات.
عند القيم الثابتة للسرعة في قسم مخرج الحارق و U n ، يجب أن يكون لواجهة اللهب شكل مخروطي منتظم. ومع ذلك ، نظرًا لنمو U n في الجزء العلوي من اللهب بسبب تسخين الخليط وانخفاضه بالقرب من الجدران الباردة عند قاعدة المخروط ، فإن اللهب له انحناء. إذا كان الخليط القابل للاحتراق يحتوي على α ≤1 ، فلن يكون هناك ما يكفي من الأكسجين في الخليط من أجل احتراقه الكامل والوقود المتبقي يحترق في مقدمة اللهب الثانوية المنتشرة في الهواء المحيط. تتميز واجهة اللهب المنتشرة بلون أصفر مميز.
تعتبر طريقة موقد بنسن واحدة من أكثر الطرق شيوعًا لتحديد معدلات الاحتراق العادية.
الطبقة التي يحدث فيها تفاعل سلسلة الاحتراق حاليًا
انظر جميع شروط GOST 17356-89. مواقد الغاز والوقود السائل. المصطلحات والتعاريف
المصدر: GOST 17356-89. مواقد الغاز والوقود السائل. المصطلحات والتعاريف
الأحلام مشتعلة بالنيران إذن ماذا ستفعل بعد الحرب ، ميخائيل جريجوريفيتش؟ - تحول "ميخائيل جريجوريفيتش" إلى اللون الأحمر. لم يعتاد بعد أن يخاطب بالاسم والعائلة: بالأمس فقط تجاوز العشرين ، وعبء العقود لا يضغط على كتفيه ، والمدرسة "الدب"
الجليد وبعض ألسنة اللهب أيسلندا ، آذار (مارس) 2000 لماذا ، مع هذه الوفرة من الأراضي التي خلقها الله ، أتى أي شخص إلى هنا على الإطلاق؟ ولماذا ، بعد أن أتوا إلى هنا ونظروا حولهم ، لم يكشف هؤلاء الأشخاص عن قارب عائلتهم وأبحروا بعيدًا مع جميع أطفالهم و
التوأم اللهب تحية طيبة أعزائي ، هذه ليا. مرة أخرى ، يسعدني أن أتحدث معك. طوال الوقت الذي تواصل فيه الأركتوريون والمؤسسون والذات الأعلى في هذه القناة معك ، كنا أيضًا معك ، والآن سنتحدث عن موضوع قريب من قلوبنا.
كرس للهب من يعيش في الحياة سيعرف
تأمل اللهب هناك نوع آخر من التأمل له تأثيرات قوية على الشفاء والشفاء. إنها تدور حول التأمل على شمعة. لطالما تم تبجيل اللهب في جميع الثقافات ، وكذلك الرماد ، الذي يمثل الجوهر المنقى للشيء. كان يعتقد أن
الاستعراض الدوري الشامل. تأمل في اللهب في المرة القادمة التي تراودك فيها أفكار مزعجة مزعجة ، قم بتأمل بسيط ولكنه قوي: خذ شمعة مشتعلة ثابتة وثابتة وضعها على الطاولة بعيدًا عن الأشياء القابلة للاشتعال مثل الستائر.
19.22. إخماد النيران أثناء حرب يوم الغفران (1973/10/6) ، كان النجاح إلى جانب العرب (القوات المصرية ، بفضل هجوم مفاجئ ، عبرت قناة السويس واستعادت السيطرة على جزء من شبه جزيرة سيناء) ، الإتحاد السوفييتيلم يطالبوا بوقف إطلاق النار. 9 أكتوبر في
السابع. ثلاثة ألوان لبطاقة إطفاء اللهب. ثلاثة ألوان من اللهب. انقراض. موت الميونس من المعروف أن أعلى توهج يعطي لهبًا أبيض ، ولكن مع انخفاض درجة الحرارة ، يمكن التمييز بين ظلال الطيف: نار حمراء ساخنة ، وهج أصفر يعمي وأضواء زرقاء عند الاحتراق.
16. ألسنة اللهب اعتدنا على هذه العبارة - "ألسنة اللهب" ، ولا نشك حتى في أن اللهب يمكن أن يرتبط ليس فقط باللسان ، كما هو الحال مع جزء الجسم الذي به ومضات النار. يبدو وكأنه اللسان أيضًا كالكلام ، ولكن مثل هذا الارتباط موجود. من المحتمل جدا أن
في لهيب الحرب ، ترك كل ناجٍ أثراً عميقاً لا يمحى. تزعجها الأحداث كل يوم ، ويحدث أنها لا تسمح لها بالنوم ليلاً ، منزعجة من جروح القلب التي لا تزال غير مبردة. ربما هذا هو ما ينبغي أن يكون عليه الأمر ، سيكون طالما أن أولئك الذين كانوا في المقدمة على قيد الحياة.
التركيز على اللهب يشمل طيف إشعاع اللهب من وجهة نظر الفيزياء الحيوية الحديثة نطاق الطول الموجي الذي له تأثير علاجي. اليوم يتم استخدامه في تقنيات العلاج بالليزر. لذلك ، من المفيد جدًا للعيون أن تؤدي
التركيز على اللهب من المفيد جدًا للعيون أن تتدرب على التركيز على لهب الشمعة أو الموقد أو نار المخيم. سأخبرك بقصة رائعة سمعتها من مريضتي البالغة من العمر 70 عامًا نيكولاي فاسيليفيتش من قرية أوديلنايا بالقرب من موسكو. للكثير
نار بلا لهب هبت الرياح ، كانت الثلوج تتساقط ، تسارعت وتيرة المارة. لكن ستة أو سبعة أولاد صرخوا بنكران الذات ، مزدحمين على الرصيف بالقرب من منزل حجري صغير. "كم دفعت مقابل ذلك؟" "ثلاثة روبلات!" هو
الموضوع 4. أنواع الاحتراق.
بالنسبة للعلامات والخصائص المختلفة ، يمكن تقسيم عمليات الاحتراق إلى الأنواع التالية:
وفقًا للحالة الإجمالية للمادة القابلة للاحتراق:
احتراق الغازات
احتراق السوائل وذوبان المواد الصلبة ؛
احتراق المواد الصلبة المتربة والمدمجة غير القابلة للذوبان.
حسب مرحلة تكوين المكونات:
احتراق متجانس
احتراق المتفجرات.
من خلال استعداد الخليط القابل للاحتراق:
الاحتراق بالانتشار (النار) ؛
الاحتراق الحركي (الانفجار).
في ديناميات جبهة اللهب:
ثابت؛
غير ثابتة.
حسب طبيعة حركة الغازات:
رقائقي؛
عنيف.
حسب درجة احتراق مادة قابلة للاحتراق:
غير مكتمل.
حسب سرعة انتشار اللهب:
طبيعي؛
الاحتراق.
تفجير.
دعنا نفكر في هذه الأنواع بمزيد من التفصيل.
4.1 احتراق المواد الغازية والسائلة والصلبة.
اعتمادًا على حالة تراكم مادة قابلة للاحتراق ، يتم تمييز احتراق الغازات والسوائل والمواد الصلبة المتربة والمضغوطة.
وفقًا لـ GOST 12.1.044-89:
1. الغازات هي مواد تقل درجة حرارتها الحرجة عن 50 درجة مئوية.
2. السوائل عبارة عن مواد ذات نقطة انصهار (نقطة تنقيط) أقل من 50 درجة مئوية (انظر الفقرة 2.5).
3. المواد الصلبة هي مواد ذات درجة انصهار (هبوط - سقوط) تزيد عن 50 درجة مئوية.
4. الغبار عبارة عن مواد صلبة مطحونة بحجم جزيئات أقل من 0.85 مم.
المنطقة التي يحدث فيها تفاعل كيميائي في خليط قابل للاحتراق ، أي يسمى الاحتراق بجبهة اللهب.
ضع في اعتبارك عمليات الاحتراق في بيئة الهواءبالأمثلة.
احتراق الغازات في موقد غاز.هناك 3 مناطق لهب (شكل 12.):
أرز. 12. مخطط احتراق الغاز: 1 - مخروط شفاف - هذا هو تسخين الغاز الأولي (إلى درجة حرارة الاشتعال الذاتي) ؛ 2 - منطقة متوهجة من مقدمة اللهب ؛ 3 - منتجات الاحتراق (تكاد تكون غير مرئية أثناء الاحتراق الكامل للغازات وخاصة أثناء احتراق الهيدروجين عندما لا يتشكل السخام).
يبلغ عرض مقدمة اللهب في مخاليط الغاز عشرات المليمترات.
احتراق السوائل في وعاء مفتوح.عند الاحتراق في وعاء مفتوح ، هناك 4 مناطق (الشكل 13):
أرز. 13. احتراق السائل: 1 - سائل. 2 - أبخرة سائلة (مناطق مظلمة) ؛ 3 - جبهة اللهب ؛ 4- نواتج الاحتراق (الدخان).
في هذه الحالة ، يكون عرض مقدمة اللهب أكبر ، أي. رد الفعل أبطأ.
احتراق المواد الصلبة الذائبة.ضع في اعتبارك حرق الشمعة. في هذه الحالة ، يتم ملاحظة 6 مناطق (الشكل 14):
أرز. 14. حرق الشمعة: 1 - الشمع الصلب. 2 - الشمع المذاب (السائل) ؛ 3 - طبقة بخار شفافة داكنة ؛ 4 - جبهة اللهب ؛ 5 - منتجات الاحتراق (الدخان) ؛ 6 - الفتيل.
يعمل الفتيل المحترق على تثبيت الاحتراق. يمتص السائل فيه ، ويرتفع على طوله ، ويتبخر ويحترق. يزيد عرض مقدمة اللهب ، مما يزيد من منطقة اللمعان ، حيث يتم استخدام هيدروكربونات أكثر تعقيدًا ، والتي تتبخر وتتحلل ثم تدخل في تفاعل.
احتراق المواد الصلبة غير القابلة للذوبان.سننظر في هذا النوع من الاحتراق بمثال حرق عود ثقاب وسيجارة (الشكل 15 و 16).
يوجد أيضًا 5 أقسام هنا:
أرز. 15. حرق أعواد الثقاب: 1 - خشب طازج. 2 - خشب متفحم 3 - الغازات (المواد المتطايرة المتطايرة أو المتبخرة) - هذه منطقة شفافة مظلمة ؛ 4 - جبهة اللهب ؛ 5- نواتج الاحتراق (الدخان).
يمكن ملاحظة أن المنطقة المحترقة من المباراة أرق بكثير ولها لون أسود. هذا يعني أن جزءًا من المباراة متفحم ، أي. بقي الجزء غير المتطاير ، والجزء المتطاير يتبخر ويحترق. معدل حرق الفحم أبطأ بكثير من معدل احتراق الغازات ، لذلك ليس لديه الوقت ليحترق تمامًا.
الشكل 16. حرق السيجارة: 1 - خليط التبغ الأولي. 2 - منطقة مشتعلة بدون واجهة لهب ؛ 3 - الدخان ، أي. نتاج الجسيمات المحروقة. 4 - سحب الدخان إلى الرئتين ، وهو عبارة عن منتجات تغويز بشكل أساسي ؛ 5- راتنج مكثف على الفلتر.
يسمى التحلل المؤكسد الحراري لمادة ما بالاشتعال. يحدث عندما لا ينتشر الأكسجين بشكل كافٍ في منطقة الاحتراق ويمكن أن يحدث حتى مع كمية صغيرة جدًا (1-2٪). الدخان مزرق وليس أسود. هذا يعني أن هناك المزيد من المواد الغازية وليس المحترقة فيه.
سطح الرماد أبيض تقريبا. هذا يعني أنه مع وجود كمية كافية من الأكسجين ، احتراق كامل... لكن داخل وعلى حدود الطبقة المحترقة مع الطبقة الجديدة توجد مادة سوداء. يشير هذا إلى احتراق غير كامل للجسيمات المتفحمة. بالمناسبة ، تتكثف أبخرة المواد الراتنجية المتسربة على المرشح.
لوحظ نوع مشابه من الاحتراق أثناء احتراق فحم الكوك ، أي الفحم ، الذي أزيلت منه المواد المتطايرة (الغازات والراتنجات) أو الجرافيت.
وهكذا ، فإن عملية احتراق الغازات والسوائل ومعظم المواد الصلبة تحدث في صورة غازية ويصاحبها لهب. بعض المواد الصلبة ، بما في ذلك تلك التي تميل إلى الاحتراق التلقائي ، تحترق في شكل احتراق على السطح وداخل المادة.
احتراق المواد المتربة.يحدث احتراق طبقة الغبار بنفس الطريقة كما في الحالة المدمجة ، ويزداد معدل الاحتراق فقط بسبب زيادة سطح التلامس مع الهواء.
يمكن أن يستمر احتراق المواد المتربة في شكل تعليق هوائي (سحابة غبار) في شكل شرارات ، أي احتراق الجسيمات الفردية ، في حالة المحتوى المنخفض المواد المتطايرة، غير قادر على تكوين كمية كافية من الغازات لواجهة لهب واحد أثناء التبخر.
إذا تم تشكيل كمية كافية من المواد المتطايرة الغازية ، يحدث احتراق اللهب.
احتراق المتفجرات.إلى هذا النوعيشمل احتراق المتفجرات والبارود ، ما يسمى بالمواد المكثفة ، والتي تحتوي بالفعل على وقود مؤكسد كيميائيًا أو ميكانيكيًا. على سبيل المثال: لثلاثي نتروتولوين (TNT) C 7 H 5 O 6 N 3 × C 7 H 5 × 3NO 2 O 2 و NO 2 بمثابة مؤكسدات ؛ في تكوين البارود - الكبريت والملح والفحم. كجزء من المتفجرات محلية الصنع ومسحوق الألمنيوم ونترات الأمونيوم والموثق - زيت الديزل.
4.2 احتراق متجانس وغير متجانس.
بناءً على الأمثلة التي تم النظر فيها ، اعتمادًا على الحالة الإجمالية لخليط الوقود والمؤكسد ، أي تختلف من عدد مراحل الخليط:
1. الاحتراق المتجانسغازات وأبخرة المواد القابلة للاحتراق في بيئة مؤكسد غازي. وهكذا ، يحدث تفاعل الاحتراق في نظام يتكون من مرحلة واحدة (حالة التجميع).
2. احتراق غير متجانسمواد صلبة قابلة للاحتراق في مؤكسد غازي. في هذه الحالة ، يستمر التفاعل عند الواجهة ، بينما يستمر التفاعل المتجانس في جميع أنحاء المجلد بأكمله.
هذا هو احتراق المعادن ، الجرافيت ، أي. مواد غير متطايرة عمليا. العديد من تفاعلات الغاز لها طبيعة متجانسة وغير متجانسة ، عندما يكون احتمال إجراء تفاعل متجانس بسبب حدوث تفاعل غير متجانس في نفس الوقت.
يحدث احتراق جميع المواد السائلة والعديد من المواد الصلبة ، التي تنطلق منها الأبخرة أو الغازات (المواد المتطايرة) ، في المرحلة الغازية. تعمل المراحل الصلبة والسائلة كخزانات لتفاعل المنتجات.
على سبيل المثال ، يدخل تفاعل غير متجانس للاحتراق التلقائي للفحم في مرحلة متجانسة من احتراق المواد المتطايرة. تحترق بقايا الكوك بشكل غير متجانس.
4.3 الانتشار والاحتراق الحركي.
وفقًا لدرجة تحضير الخليط القابل للاحتراق ، يتم تمييز الانتشار والاحتراق الحركي.
تتعلق أنواع الاحتراق المدروسة (باستثناء المتفجرات) باحتراق الانتشار. اللهب ، أي يجب تغذية منطقة الاحتراق لمزيج من الوقود بالهواء ، لضمان الاستقرار ، باستمرار بالوقود والأكسجين في الهواء. يعتمد تدفق الغاز القابل للاحتراق فقط على معدل إمدادها بمنطقة الاحتراق. يعتمد معدل تدفق السائل القابل للاشتعال على شدة تبخره ، أي على ضغط البخار فوق سطح السائل ، وبالتالي على درجة حرارة السائل. درجة حرارة الاشتعالتسمى أدنى درجة حرارة للسائل حيث لا ينطفئ اللهب فوق سطحه.
يختلف احتراق المواد الصلبة عن احتراق الغازات بوجود مرحلة من التحلل والتغويز يتبعها اشتعال منتجات الانحلال الحراري المتطايرة.
الانحلال الحرارييتم تسخين المادة العضوية ل درجات حرارة عاليةبدون وصول الهواء. في هذه الحالة ، يحدث تحلل أو تقسيم المركبات المعقدة إلى مركبات أبسط (فحم الكوك ، تكسير الزيت ، التقطير الجاف للخشب). لذلك ، فإن احتراق مادة صلبة قابلة للاحتراق في منتج الاحتراق لا يتركز فقط في منطقة اللهب ، بل له طابع متعدد المراحل.
يؤدي تسخين المرحلة الصلبة إلى التحلل وإطلاق الغازات التي تشتعل وتحترق. تسخن الحرارة المنبعثة من الشعلة المرحلة الصلبة ، مما يؤدي إلى تغويزها وتكرار العملية ، وبالتالي الحفاظ على الاحتراق.
يفترض نموذج الاحتراق الصلب وجود المراحل التالية (الشكل 17):
أرز. 17. نموذج الاحتراق
المواد الصلبة.
تسخين المرحلة الصلبة. تذوب المواد المنصهرة في هذه المنطقة. سمك المنطقة يعتمد على درجة حرارة التوصيل للمادة ؛
الانحلال الحراري ، أو منطقة التفاعل في الطور الصلب ، حيث تتكون المواد الغازية القابلة للاحتراق ؛
اللهب المسبق في الطور الغازي ، حيث يتكون خليط بعامل مؤكسد ؛
اللهب ، أو منطقة التفاعل في الطور الغازي ، حيث يتم تحويل منتجات الانحلال الحراري إلى نواتج احتراق غازي ؛
منتجات الاحتراق.
يعتمد معدل إمداد الأكسجين إلى منطقة الاحتراق على انتشاره من خلال منتج الاحتراق.
بشكل عام ، نظرًا لأن معدل التفاعل الكيميائي في منطقة الاحتراق في أنواع الاحتراق المدروسة يعتمد على معدل دخول المكونات المتفاعلة وسطح اللهب بالانتشار الجزيئي أو الحركي ، فإن هذا النوع من الاحتراق يسمى تعريف.
هيكل اللهب احتراق الانتشاريتكون من ثلاث مناطق (الشكل 18):
تحتوي المنطقة 1 على غازات أو أبخرة. لا يحدث احتراق في هذه المنطقة. لا تتجاوز درجة الحرارة 500 درجة مئوية. هناك تحلل وانحلال حراري للمواد المتطايرة وتسخين لدرجة حرارة الاشتعال الذاتي.
أرز. 18. هيكل اللهب.
في المنطقة 2 ، يتكون خليط من الأبخرة (الغازات) مع أكسجين الهواء ويحدث الاحتراق غير الكامل إلى ثاني أكسيد الكربون مع اختزال جزئي للكربون (القليل من الأكسجين):
C n H m + O 2 → CO + CO 2 + H 2 O ؛
في المنطقة الخارجية الثالثة ، يتم حرق منتجات المنطقة الثانية بالكامل ويتم ملاحظة درجة حرارة اللهب القصوى:
2CO + O 2 = 2CO 2 ؛
يتناسب ارتفاع اللهب مع معامل الانتشار ومعدل تدفق الغاز ويتناسب عكسياً مع كثافة الغاز.
جميع أنواع الاحتراق بالانتشار متأصلة في الحرائق.
حركيةالاحتراق هو احتراق غاز أو بخار أو غبار مختلط مسبقًا مع عامل مؤكسد. في هذه الحالة ، يعتمد معدل الاحتراق فقط على الخصائص الفيزيائية والكيميائية للخليط القابل للاحتراق (التوصيل الحراري ، السعة الحرارية ، الاضطراب ، تركيز المواد ، الضغط ، إلخ). لذلك ، يزيد معدل الحرق بشكل كبير. هذا النوع من الاحتراق متأصل في الانفجارات.
في هذه الحالة ، عندما يتم إشعال الخليط القابل للاحتراق في أي وقت ، تتحرك مقدمة اللهب من منتجات الاحتراق إلى الخليط الطازج. وبالتالي ، فإن اللهب أثناء الاحتراق الحركي غالبًا ما يكون غير ثابت (الشكل 19).
أرز. 19. مخطط انتشار اللهب في خليط قابل للاحتراق: - مصدر الاشتعال. - اتجاه حركة الشعلة الأمامية.
على الرغم من أنك إذا قمت بخلط الغاز القابل للاحتراق مسبقًا مع الهواء وقمت بإدخاله في الموقد ، فإن لهبًا ثابتًا يتشكل أثناء الاشتعال ، بشرط أن يكون معدل تغذية الخليط مساويًا لسرعة انتشار اللهب.
إذا زاد معدل تدفق الغاز ، فإن اللهب ينقطع عن الموقد ويمكن أن ينطفئ. وإذا تم تقليل السرعة ، فسيتم سحب اللهب إلى داخل الموقد مع احتمال حدوث انفجار.
حسب درجة الاحتراق، بمعنى آخر. اكتمال تفاعل الاحتراق للمنتجات النهائية ، الاحتراق كاملة وغير كاملة.
لذلك في المنطقة 2 (الشكل 18) الاحتراق غير مكتمل ، لأن يتم توفير الأكسجين بشكل غير كافٍ ، والذي يتم استهلاكه جزئيًا في المنطقة 3 ، ويتم تكوين المنتجات الوسيطة. يحترق الأخير في المنطقة 3 ، حيث يوجد المزيد من الأكسجين ، حتى الاحتراق الكامل. يشير وجود السخام في الدخان إلى احتراق غير كامل.
مثال آخر: مع نقص الأكسجين ، يحترق الكربون إلى أول أكسيد الكربون:
إذا أضفت O ، فإن رد الفعل ينتقل إلى النهاية:
2CO + O 2 = 2CO 2.
معدل الاحتراق يعتمد على طبيعة حركة الغازات. لذلك ، يتميز الاحتراق الرقائقي والاضطراب.
إذن ، مثال على الاحتراق الرقائقي هو لهب الشمعة في الهواء الساكن. في الاحتراق الصفحيطبقات من الغازات تتدفق بالتوازي ، دون دوامة.
الاحتراق المضطرب- حركة دوامة للغازات ، حيث تختلط غازات الاحتراق بشكل مكثف وتكون مقدمة اللهب غير واضحة. الحد بين هذه الأنواع هو معيار رينولدز ، الذي يميز العلاقة بين قوى القصور الذاتي وقوى الاحتكاك في التدفق:
أين: ش- معيار تدفق الجاز؛
ن- اللزوجة الحركية.
ل- الحجم الخطي المميز.
يسمى رقم رينولدز الذي يحدث فيه انتقال الطبقة الحدودية الصفائحية إلى الطبقة المضطربة Re cr الحرجة ، Re cr ~ 2320.
يزيد الاضطراب من معدل الاحتراق بسبب انتقال الحرارة الأكثر كثافة من منتجات الاحتراق إلى الخليط الطازج.
4.4 الاحتراق الطبيعي.
اعتمادًا على سرعة انتشار اللهب أثناء الاحتراق الحركي ، يمكن تحقيق إما الاحتراق العادي (في غضون بضع م / ث) ، أو الاحتراق المتفجر (عشرات م / ث) ، أو التفجير (آلاف م / ث). يمكن أن تتحول هذه الأنواع من الاحتراق إلى بعضها البعض.
حرق طبيعي- هذا هو الاحتراق الذي يحدث فيه انتشار اللهب في حالة عدم وجود اضطرابات خارجية (اضطراب أو تغيرات في ضغط الغاز). يعتمد فقط على طبيعة المادة القابلة للاحتراق ، أي التأثير الحراري ومعاملات التوصيل الحراري والانتشار. لذلك ، فهو ثابت فيزيائي لمزيج من تركيبة معينة. في هذه الحالة ، يكون معدل الاحتراق عادة 0.3-3.0 م / ث. يسمى الاحتراق عادي لأن متجه سرعة انتشاره متعامد مع مقدمة اللهب.
4.5 الاحتراق (المتفجر) الاحتراق.
الاحتراق الطبيعي غير مستقر ويميل إلى التسريع الذاتي في مكان مغلق. والسبب في ذلك هو انحناء مقدمة اللهب بسبب احتكاك الغاز بجدران الوعاء والتغيرات في الضغط في الخليط.
ضع في اعتبارك عملية انتشار اللهب في الأنبوب (الشكل 20).
أرز. 20. مخطط حدوث الاحتراق المتفجر.
أولاً ، في النهاية المفتوحة للأنبوب ، ينتشر اللهب بسرعة عادية ، لأن تتوسع منتجات الاحتراق بحرية وتخرج. ضغط الخليط لا يتغير. تعتمد مدة انتشار اللهب المنتظم على قطر الأنبوب ونوع الوقود وتركيزه.
عندما تتحرك مقدمة اللهب داخل الأنبوب ، فإن منتجات التفاعل ، التي لها حجم أكبر مقارنة بالمزيج الأولي ، ليس لديها وقت للخروج ويزداد ضغطها. يبدأ هذا الضغط في الضغط في جميع الاتجاهات ، وبالتالي ، قبل مقدمة اللهب ، يبدأ الخليط الأولي في التحرك في اتجاه انتشار اللهب. الطبقات المجاورة للجدران ممنوعة. أعلى سرعة للهب في وسط الأنبوب ، وأقلها عند الجدران (بسبب إزالة الحرارة فيها). لذلك ، تمتد مقدمة اللهب نحو انتشار اللهب ، ويزداد سطحها. بالتناسب مع هذا ، تزداد كمية الخليط القابل للاحتراق لكل وحدة زمنية ، مما يؤدي إلى زيادة الضغط ، وهذا بدوره يزيد من سرعة حركة الغاز ، إلخ. وبالتالي ، هناك زيادة شبيهة بالنبيذ في سرعة انتشار اللهب تصل إلى مئات الأمتار في الثانية.
تسمى عملية انتشار اللهب من خلال خليط غاز قابل للاحتراق ، حيث ينتشر تفاعل احتراق ذاتي التسارع بسبب التسخين بالتوصيل الحراري من طبقة مجاورة من نواتج التفاعل الاحتراق... عادة ما تكون معدلات الاحتراق دون سرعة الصوت ، أي أقل من 333 م / ث.
4.6 احتراق التفجير.
إذا أخذنا في الاعتبار احتراق خليط قابل للاحتراق طبقة تلو الأخرى ، فنتيجة للتمدد الحراري لحجم نواتج الاحتراق ، تظهر موجة ضغط في كل مرة قبل مقدمة اللهب. كل موجة لاحقة ، تتحرك عبر وسط أكثر كثافة ، تلحق بالموجة السابقة ويتم فرضها عليها. تدريجيًا ، تتحد هذه الموجات في موجة صدمة واحدة (الشكل 21).
أرز. 21. مخطط تشكيل موجة تفجير: P about< Р 1 < Р 2 < Р 3 < Р 4 < Р 5 < Р 6 < Р 7 ; 1-7 – нарастание давления в слоях с 1-го по 7-ой.
في موجة الصدمة ، نتيجة للضغط ثابت الحرارة ، تزداد كثافة الغازات على الفور وترتفع درجة الحرارة إلى T 0 للاشتعال الذاتي. نتيجة لذلك ، يحدث اشتعال الخليط القابل للاشتعال بواسطة موجة الصدمة و تفجير- انتشار الاحتراق عن طريق اشتعال موجة الصدمة. لم تنطفئ موجة التفجير لأن مدعوم من موجات الصدمة من اللهب المتحرك بعده.
خصوصية التفجير هو أنه يحدث بسرعة تفوق سرعة الصوت من 1000-9000 م / ث لكل تركيبة من الخليط ، لذلك فهو ثابت فيزيائي للخليط. يعتمد فقط على محتوى السعرات الحرارية للمزيج القابل للاحتراق والقدرة الحرارية لمنتجات الاحتراق.
يؤدي اصطدام موجة صدمة مع عائق إلى تكوين موجة صدمة منعكسة وضغط أكبر.
التفجير هو أخطر أنواع انتشار اللهب ، لأنه لديه قوة انفجار قصوى (N = A / t) وسرعة هائلة. في الممارسة العملية ، لا يمكن "تحييد" التفجير إلا في قسم ما قبل التفجير ، أي على مسافة من نقطة الاشتعال إلى المكان الذي يحدث فيه انفجار التفجير. بالنسبة للغازات ، يتراوح طول هذا القسم من 1 إلى 10 أمتار.
