3. ŠÍŘENÍ PLAMENE VE SMĚSÍCH PLYNU
Rychlost šíření plamene při spalování pevných, kapalných a plynných látek je praktický zájem z hlediska prevence požárů a výbuchů. Uvažujme rychlost šíření plamene ve směsích hořlavých plynů a par se vzduchem. Se znalostí této rychlosti je možné určit bezpečné rychlosti proudění plynu a vzduchu v potrubí, šachtě, ventilační jednotce a dalších výbušných systémech.
3.1. RYCHLOST PLAMENE
Jako příklad lze uvést Obr. 3.1 je schéma odsávací ventilace v uhelném dole. Ze štol dolu 1 potrubím 2 se odstraňuje prašná směs vzduchu a uhelného prachu a v některých případech se uvolňuje metan v uhelných slojích. V případě zdroje požáru se čelo plamene 3 bude šířit směrem k závějím 1. Pokud rychlost pohybu hořlavé směsiw bude menší než rychlost šíření čela plamenea vzhledem ke stěnám trubky se plamen rozšíří do šachty a povede k explozi. Pro normální provoz ventilačního systému je tedy nutné dodržet podmínku
w> u.
Rychlost odstraňování výbušné směsi musí být větší než rychlost šíření čela plamene. Tím zabráníte pronikání plamenů do důlních štol.
Rýže. 3.1. Šíření plamene v dole:
1 - můj; 2 - potrubí; 3 - čelo plamene
Teorie šíření plamene, vyvinutá v dílech Ya.B. Zel'dovich a D.A. Frank-Kamenetsky, je založen na rovnicích vedení tepla, difúze a chemické kinetiky. Vznícení hořlavé směsi začíná vždy v jednom bodě a šíří se po celém objemu hořlavé směsi. Uvažujme jednorozměrné pouzdro - trubici naplněnou hořlavou směsí (obr. 3.2).
Pokud se směs zapálí na jednom konci trubice, pak se po trubici bude šířit úzké čelo plamene, které oddělí produkty spalování (za čelem plamene) od čerstvé hořlavé směsi. Přední strana plamene má tvar uzávěru nebo kužele, přičemž jeho konvexní část směřuje ke směru pohybu plamene. Čelo plamene je tenká vrstva plynu (10 -4 ÷ 10 -6) široká m. V této vrstvě, která se nazývá zóna hoření, probíhají chemické spalovací reakce. Teplota čela plamene v závislosti na složení směsi je T= (1500 ÷ 3000) K. Uvolněné spalné teplo se vynakládá na ohřev zplodin hoření čerstvé hořlavé směsi a stěn trubek v důsledku procesů vedení tepla a sálání.
Rýže. 3.2. Diagram předního šíření plamene v trubici
Při pohybu čela plamene v trubici se v hořlavé směsi objevují kompresní vlny, které vytvářejí vířivé pohyby. Víry plynů ohýbají čelo plamene, aniž by změnily jeho tloušťku a povahu procesů v něm probíhajících. Na jednotkové ploše čela plamene shoří za jednotku času vždy stejné množství látky 
... Množství je konstantní pro každou hořlavou směs a nazývá se hmotnostní rychlost spalování .
Znát oblast přední části plameneS, můžete vypočítat hmotnost látky M spáleno v celé přední části spalování za jednotku času:
Každý prvek čela plamene dSse pohybuje vzhledem k čerstvé směsi vždy ve směru kolmém k čelu plamene v daném bodě (obr. 3.2), a rychlost tohoto pohybu:
kde je hustota čerstvé hořlavé směsi.
Velikost se nazývá normální rychlost šíření plamene a má rozměr m/s. Jde o konstantní hodnotu spalovacího procesu dané směsi a nezávisí na hydrodynamických podmínkách provázejících proces spalování. Normální rychlost šíření plamene je vždy menší než pozorovaná rychlost a, tedy rychlost pohybu čela spalování vzhledem ke stěnám trubky:
u n< u .
Pokud je čelo plamene ploché a směřuje kolmo k ose trubky, pak v tomto případě bude pozorovaná a normální rychlost šíření plamene stejná.
u n = u.
Konvexní přední oblast plameneS vydánívždy více oblasti plochá přední stranaS pl, proto
> 1.
Normální šíření plameneu nu každé hořlavé směsi závisí na příměsi inertních plynů, teplotě směsi, vlhkosti a dalších faktorech. Zejména předehřívání hořlavého plynu zvyšuje rychlost šíření plamene. Lze ukázat, že rychlost šíření plameneu núměrné druhé mocnině absolutní teploty směsi:
u n. = konst · T 2.
Na Obr. 3.3 je znázorněna závislost rychlosti šíření plamene v hořlavé směsi "vzduch - oxid uhelnatý" v závislosti na koncentraci CO. Jak vyplývá z uvedených grafů, rychlost šíření plamene roste s teplotou směsi. Pro každou hodnotu teploty má rychlost šíření plamene maximum v oblasti koncentrace oxidu uhelnatého CO, rovné ~ 40 %.
Rychlost šíření plamene je ovlivněna tepelnou kapacitou inertního plynu. Čím vyšší je tepelná kapacita inertního plynu, tím více snižuje teplotu spalování a tím více snižuje rychlost šíření plamene. Pokud se tedy směs metanu se vzduchem zředí oxidem uhličitým, může se rychlost šíření plamene snížit 2÷3krát. Rychlost šíření plamene ve směsích oxidu uhelnatého se vzduchem je značně ovlivněna vlhkostí obsaženou ve směsi, přítomností částic sazí a příměsí inertních plynů.
Rýže. 3.3. Závislost rychlosti šíření plamene
na koncentraci oxidu uhelnatého ve směsi
Při hoření pohybující se směsi bude výsledná rychlost šíření plamene součtem součtů 
.
Podmínka, že čelo plamene je stacionární (tj. nehybné), je 
- výsledná rychlost je nulová, 
.
Jako model zvažte Busenův hořák.
Když jsou plyn a vzduch přiváděny do ústí trubice rychlostí W, vytvoří se kužel, zatímco zvýšení rychlosti povede ke zvýšení výšky (povrchu) kužele a zmenšení vrcholového úhlu. Nebo je možný i opak.
R 
Zvažte čelo plamene. Bude tvořit úzkou oblast, kde h F
Je tloušťka přední části a h NS
Je tloušťka zóny chemické reakce. Navíc jej lze rozdělit na 2 zóny: ohřívací zónu a reakční zónu.
Čerstvá směs plynu a vzduchu vstupuje do zóny 1, koncentrace plynu ve vzduchu zůstává konstantní, protože chemická reakce ještě nezačala, ale probíhá pouze zahřívání v důsledku tepla uvolněného v reakční zóně. Začíná tam, kde se příkon tepla rovná chladiči, nebo v jazyce matematiky 
, která odpovídá teplotě vznícení T B... V topné zóně je přívod tepla větší než chladič 
a v reakční zóně 
... Teplo se v čele plamene přenáší vedením tepla. A maximální uvolnění tepla leží v reakční zóně a na konci přední části klesá na 0.
Na šíření čela plamene má vliv nejen rychlost chemické reakce, ale také transport látek a zplodin hoření.
NS 
Když je do hořáku přiváděn skutečný plyn, rychlost šíření se mění z maxima ve středu na minimální hodnotu na okraji. V tomto případě je čelo plamene ohnuté z kuželovitého tvaru. A normální rychlost šíření plamene lze pouze kompenzovat 
a další součást 
bude nést hrot směrem k horní části svítilny. Na okraji kvůli chladicí kapacitě stěn U n výrazně klesá ve srovnání s jeho průměrnou hodnotou, je možné přímo kompenzovat průtok W
Rychlost U n... Čelo plamene na okraji se díky tomu překlopí do vodorovné roviny a vznikne stabilní spalovací zóna - zápalný prstenec. Tato oblast může existovat sama o sobě.
Čelo plamene je obecně určeno kosinovým zákonem a jeho stabilita je určena stabilizací zápalného prstence. Stanovme si proto hlavní závislosti stabilního plamene.
Protože všechny hořáky pracují v proměnných režimech, pak jsou možné situace, kdy průtok překročí U n nebo je možná opačná situace.
Oddělení plamene je spojeno s existencí zápalného prstence a jeho zničením. K separaci dojde, pokud průtok překročí kritickou separační rychlost (zóna II na obrázku 8).
Rychlost separace ovlivní několik faktorů. S zvýšitprůměr kapacita chlazení hořáku klesá, a omezení rychlosti oddělování plamenestoupá(přímky 3,2,1). S vyčerpáním směsi (zvýšení primárního vzduchu) klesat omezující rychlost separace. A s poklesem množství primárního vzduchu (difuzního plamene) se budou mezní rychlosti zvyšovat.
Ke skluzu dochází, když U n překročí rychlost proudění plamene (zóna 3 na obr. 8).
Průnik plamene souvisí s chladicí kapacitou stěn hořáku. Neklouzavý stav 
... S rostoucím průměrem roste normální rychlost hoření, čím více, za stejných okolností, se zvyšuje pravděpodobnost průniku, tím větší musí být průtok, který brání průniku plamene (křivky 1, 2, 3 na obr. 8) 1. Maximální hodnoty bez skluzu budou pozorovány, když je hodnota přebytku vzduchu mírně nižší než stechiometrická hodnota. Chlazení hlavy hořáku se používá ke snížení rizika překmitu.
Existují také metody stabilizace plamene.
obr. 9. Stabilizace s Obr. 10. Stabilizace plamene
zapálení prstenu s tělem ve tvaru V.
N 
a Obr. 9 znázorňuje zařízení, které se stabilizuje díky skutečnosti, že plyn skrz kanály 2 vstupuje do prstencové štěrbiny 3. To vytváří stabilní zapalovací kroužek zabraňující oddělení plamene. Na Obr. 10 znázorňuje stabilizaci proudění tělesem ve tvaru V. Obr. Vlivem vírů se vytváří zdání zápalného prstence a snižuje se pravděpodobnost oddělení plamene (zvyšuje se mezní rychlost).
Tunelový stabilizátor je znázorněn na Obr. jedenáct. Směs plyn-vzduch opouští hořák 1 do tunelu 3, kde se tvoří hořák 2. Zplodiny hoření jsou nasávány ke kořenu hořáku, vzniká zóna jejich zpětného pohybu, tvořící stabilní zapalovací kroužek. Protože pokud by byl nasáván studený vzduch, došlo by tím k výraznému zhoršení podmínek vznícení.
Při stacionárním procesu spalování zůstává poloha čela plamene v proudu nezměněna. Zvažte schematické znázornění plamenného hořáku v proudu hořlavé směsi. Pokud by rychlost W byla rovna nule, pak bychom měli kulové šíření plamene s bodovým zdrojem ve středu. Proud však odfukuje plamen ve směru jeho pohybu a zároveň se plamen pohybuje směrem k proudu čerstvé hořlavé směsi rychlostí U n.
Obrázek 3.4. Diagram čela stacionárního plamene
V důsledku toho nastává rovnováha, ve které čelo plamene zaujímá stacionární polohu a proudění přivádí čerstvé části hořlavé směsi do spalovací zóny.
Zvažte přední prvek plamene. Průtok W lze rozložit na normální a tangenciální složky W n a W τ, které mají tendenci odstraňovat čelo spalování. Ve směru normály n - n je rychlost vyvážena normální rychlostí šíření plamene + U n.
Je zřejmé, že pokud se změní rychlost W, pak čelo plamene zaujme novou polohu a nastaví se pod takový úhel α, při kterém se průmět rychlosti na normálu n - n rovná normální rychlosti hoření U n. V tomto případě je samotná rychlost U n pro danou směs samozřejmě konstantní hodnotou (obrázek 3.5). Získáme tak první podmínku pro existenci stacionárního čela plamene
│ U n │ = │W│cos α (3.2)
Tento výraz zavedl v roce 1890 ruský fyzik V.A. Michelson a nazývá se „Michelsonův zákon“ nebo „kosinové právo“. Podle tohoto zákona se průmět rychlosti dopadajícího proudění na kolmici k povrchu stacionárního čela plamene vždy rovná normální rychlosti spalování.
W > W W"> W a > a
Obrázek 3.5. Poloha stacionárního čela plamene v proudech s různou rychlostí
Vzhledem k přední části přiléhající ke zdroji vznícení je zřejmé, že nové nepřijdou na místo odstraněných hořících částic, pokud zdroj přestane fungovat. Kompenzace strhávání plamene v tangenciálním směru se provádí trvale pracujícím zdrojem zapálení stacionárního čela plamene.
Existují tedy dvě nutné a postačující podmínky pro existenci stacionárního čela plamene v proudu hořlavé směsi:
1. Rovnost průmětu rychlosti šíření plamene na normální a normálovou složku na čelo plamene z rychlosti
tok.
2. Přítomnost trvalého zdroje vznícení
s dostatečnou intenzitou.
Je zřejmé, že pokud W τ = 0, pak je čelo plamene kolmé k proudění a druhá podmínka zmizí.
Plamen Bunsenova hořáku je dobrou ilustrací umístění čela laminárního plamene v proudu. Hořákové zařízení zajišťuje předběžné promíchání paliva a okysličovadla, tedy paliva se vzduchem. Při zapalování směsi má plamen, šířící se skrz ni, tendenci vstupovat do vnitřku hořáku, čemuž však brání protiproud. V důsledku toho je ustavena stabilní dynamická rovnováha a stacionární čelo plamene nabývá tvaru, ve kterém je v každém z jeho bodů složka rychlosti kolmá k přední části rovna rychlosti šíření plamene ve směsi. toto složení za daných podmínek.
Jeden z prvních badatelů této problematiky, Mallard a Le-Châtalier, nazvali spalovací zónu „modrým kuželem“, na jehož povrchu se v každém bodě naplňuje Michelsonův zákon.
Mechanismus stabilizace plamene v Bunsenově hořáku je znázorněn na obrázku 3.6.
Obrázek 3.6. Schéma vzniku čela plamene v Bunsenově hořáku
Místo stabilizačních bodů C tvoří prstenec umístěný v určité vzdálenosti od výstupu trysky hořáku. Ve stacionární směsi se po zapálení plamen z bodů C začne kulovitě šířit a čela plamene se uzavřou v bodě B na ose proudění.
Při pohybu směsi je každý bod čela plamene unášen prouděním současně s rozpínáním koulí a v důsledku toho se vytváří kuželovité čelo plamene s vrcholem v bodě B kontaktu koulí.
Při konstantních hodnotách otáček ve výstupní části hořáku a U n musí mít čelo plamene pravidelný kónický tvar. V důsledku růstu U n na vrcholu plamene v důsledku zahřívání směsi a jeho poklesu v blízkosti studených stěn u základny kužele má však plamen zakřivení. Pokud má hořlavá směs α ≤1, pak ve směsi není dostatek kyslíku pro její úplné shoření a zbývající palivo dohoří v sekundárním, difúzním čele plamene v okolním vzduchu. Čelo difuzního plamene má charakteristickou žlutou barvu.
Metoda Bunsenova hořáku je jednou z nejběžnějších metod pro stanovení normální rychlosti spalování.
Vrstva, ve které právě probíhá řetězová reakce spalování
Viz všechny podmínky GOST 17356-89. HOŘÁKY NA PLYN A KAPALNÁ PALIVA. TERMÍNY A DEFINICE
Zdroj: GOST 17356-89. HOŘÁKY NA PLYN A KAPALNÁ PALIVA. TERMÍNY A DEFINICE
Sny spálené v plamenech Tak co budeš dělat po válce, Michaile Grigorieviči? - "Michail Grigorievich" zčervená. Ještě není zvyklý být nazýván jménem a patronymem: teprve včera překročil dvacet, břemeno desetiletí ho netlačí na ramena a škola "Medvěd"
Led a nějaké plameny Island, březen 2000 Proč sem s takovým množstvím Bohem stvořených zemí vůbec někdo přišel? A proč tito lidé poté, co sem přišli a rozhlédli se, nerozmístili svou rodinnou loď a neodpluli daleko se všemi svými dětmi a
Twin Flames Zdravím vás, drazí, tady Leah. Opět je mi velkým potěšením s vámi mluvit. Po celou dobu, co s vámi Arkturiáni, Zakladatelé a Vyšší Já tohoto kanálu komunikovali, jsme byli také s vámi.Nyní budeme mluvit o tématu, které je nám blízké.
ODDANO PLAMENU Ten, kdo žije Život, pozná
Plamenná meditace Existuje ještě jeden druh meditace, který má silné léčivé a léčivé účinky. Jde o meditaci na svíčku. Plamen byl odedávna uctíván ve všech kulturách, stejně jako popel, který představuje očištěnou podstatu předmětu. Tomu se věřilo
UPR. Meditace v plameni Až budete mít příště nepříjemné rušivé myšlenky, udělejte jednoduchou, ale účinnou meditaci: Vezměte stabilně a stabilně hořící svíčku a položte ji na stůl daleko od hořlavých předmětů, jako jsou závěsy.
19.22. Hašení plamenů Zatímco v Jomkipurské válce (6.-22.10.1973) byl úspěch na straně Arabů (egyptské jednotky díky překvapivému útoku překročily Suezský průplav a dobyly zpět část Sinajského poloostrova), Sovětský svaz nežádal příměří. 9. října v hodin
Vii. Tři barvy plamene HASICÍ Card. Tři barvy plamene. Zánik. Smrt muyunů Je známo, že nejvyšší žhavení dává bílý plamen, ale když teplota klesá, je možné v něm rozlišit odstíny spektra: červený horký oheň, žlutá oslepující záře a modrá světla při dohořívání
16. Jazyky plamene Jsme zvyklí na toto slovní spojení - "jazyky plamene", a ani nás nenapadne, že plamen může být spojen nejen s jazykem, ale také s částí těla, které jsou podobné zábleskům. ohně, ale také s jazykem jako řečí, nicméně takové spojení existuje. Je vysoce pravděpodobné, že
V plamenech války zanechal každý přeživší hlubokou, nesmazatelnou stopu. Události ji trápí každý den, stává se, že jí v noci nedovolí spát, s obavami o dosud nevychlazené rány srdce. Asi to tak má být, bude to tak, dokud budou naživu ti, co byli na frontě.
Zaměření na plamen Spektrum záření plamene z pohledu moderní biofyziky zahrnuje rozsah vlnových délek, který má terapeutický účinek. Dnes se používá v technologiích laserového ošetření. Proto je pro oči velmi prospěšný výkon
Zaměření na plamen Pro oči je velmi užitečné cvičit zaostřování na plamen svíčky, krbu nebo táboráku. Povím vám pozoruhodný příběh, který jsem slyšel od svého 70letého pacienta Nikolaje Vasiljeviče z vesnice Udelnaja nedaleko Moskvy. Pro mnoho
Oheň bez plamene Foukal vítr, sněžilo, kolemjdoucí zrychlili krok. Ale šest nebo sedm chlapců nezištně křičelo na chodníku poblíž malého kamenného domu: "Kolik jsi za něj dal?" "Tři rubly!" on
Téma 4. DRUHY SPALOVÁNÍ.
Podle různých znaků a charakteristik lze spalovací procesy rozdělit do následujících typů:
Podle celkového skupenství hořlavé látky:
Spalování plynů;
Spalování kapalin a tajících pevných látek;
Spalování netavných pevných prašných a kompaktních látek.
Podle fázového složení složek:
Homogenní spalování;
Spalování výbušnin.
Podle připravenosti hořlavé směsi:
Difúzní spalování (oheň);
Kinetické hoření (výbuch).
O dynamice čela plamene:
Stacionární;
Nestacionární.
Podle povahy pohybu plynů:
laminární;
Turbulentní.
Podle stupně hoření hořlavé látky:
Neúplný.
Podle rychlosti šíření plamene:
Normální;
Deflagrace;
Detonace.
Podívejme se na tyto typy podrobněji.
4.1. Spalování plynných, kapalných a pevných látek.
Podle stavu agregace hořlavé látky se rozlišuje spalování plynů, kapalin, prašných a kompaktních pevných látek.
Podle GOST 12.1.044-89:
1. Plyny jsou látky, jejichž kritická teplota je nižší než 50 o C. T cr je minimální teplota ohřevu 1 molu látky v uzavřené nádobě, při které se zcela přemění na páru (viz § 2.3).
2. Kapaliny jsou látky s bodem tání (bodem skápnutí) nižším než 50 °C (viz § 2.5).
3. Pevné látky jsou látky s bodem tání (drop-fall) vyšším než 50 0 С.
4. Prachy jsou drcené pevné látky s velikostí částic menší než 0,85 mm.
Oblast, ve které probíhá chemická reakce v hořlavé směsi, tzn. spalování se nazývá čelo plamene.
Zvažte spalovací procesy v vzdušné prostředí podle příkladů.
Spalování plynů v plynovém hořáku. Existují 3 zóny plamene (obr. 12):
Rýže. 12. Schéma spalování plynu: 1 - průhledný kužel - jedná se o počáteční zahřátí plynu (na teplotu samovznícení); 2 - zářící oblast čela plamene; 3 - produkty spalování (jsou téměř neviditelné při úplném spalování plynů a zejména při spalování vodíku, kdy se netvoří saze).
Šířka čela plamene ve směsích plynů je desítky milimetrů.
Spalování kapalin v otevřené nádobě. Při spalování v otevřené nádobě existují 4 zóny (obr. 13):
Rýže. 13. Spalování kapaliny: 1 - kapalina; 2 - kapalné páry (tmavé oblasti); 3 - čelo plamene; 4 - produkty spalování (kouř).
V tomto případě je šířka čela plamene větší, tzn. reakce je pomalejší.
Spalování tajících pevných látek. Zvažte hořící svíčku. V tomto případě je pozorováno 6 zón (obr. 14):
Rýže. 14. Pálení svíčky: 1 - tvrdý vosk; 2 - roztavený (tekutý) vosk; 3 - tmavá transparentní parní vrstva; 4 - čelo plamene; 5 - produkty spalování (kouř); 6 - knot.
Hořící knot slouží ke stabilizaci hoření. Kapalina se do ní vstřebá, stoupá podél ní, odpařuje se a hoří. Šířka čela plamene se zvětšuje, čímž se zvětšuje plocha svítivosti, protože se používají složitější uhlovodíky, které se vypařováním rozkládají a poté vstoupí do reakce.
Spalování netavitelných pevných látek. Tento typ spalování budeme uvažovat na příkladu hoření zápalky a cigarety (obr. 15 a 16).
Je zde také 5 sekcí:
Rýže. 15. Pálení zápalky: 1 - čerstvé dřevo; 2 - ohořelé dřevo; 3 - plyny (zplyněné nebo odpařené těkavé látky) - jedná se o tmavě průhlednou zónu; 4 - čelo plamene; 5 - produkty spalování (kouř).
Je vidět, že spálená oblast zápalky je mnohem tenčí a má černou barvu. To znamená, že část zápasu je ohořelá, tzn. netěkavá část zůstala a těkavá část se odpařila a vyhořela. Rychlost hoření uhlí je mnohem pomalejší než u plynů, takže nemá čas úplně shořet.
Obr. 16 Zapalování cigarety: 1 - původní tabáková směs; 2 - doutnající plocha bez čela plamene; 3 - kouř, tzn. produkt spálených částic; 4 - kouř vtahovaný do plic, což jsou hlavně zplyněné produkty; 5 - pryskyřice zkondenzovaná na filtru.
Bezplamenný termooxidační rozklad látky se nazývá doutnání. Vzniká při nedostatečné difúzi kyslíku do spalovací zóny a může probíhat i při velmi malém množství (1-2 %). Kouř je namodralý, ne černý. To znamená, že je v něm více zplyněných, nikoli spálených látek.
Povrch popela je téměř bílý. To znamená, že při dostatečném přísunu kyslíku úplné spalování... Ale uvnitř a na hranici hořící vrstvy s čerstvými je černá hmota. To ukazuje na neúplné spalování zuhelnatělých částic. Na filtru mimochodem kondenzují páry uniklých pryskyřičných látek.
Podobný typ spalování je pozorován při spalování koksu, tzn. uhlí, ze kterého byly odstraněny těkavé látky (plyny, pryskyřice), nebo grafit.
Proces spalování plynů, kapalin a většiny pevných látek tedy probíhá v plynné formě a je doprovázen plamenem. Některé pevné látky, včetně těch se sklonem k samovznícení, hoří ve formě doutnání na povrchu i uvnitř materiálu.
Spalování prašných látek. Spalování prachové vrstvy probíhá stejným způsobem jako v kompaktním stavu, pouze se zvyšuje rychlost hoření v důsledku zvětšení povrchu kontaktu se vzduchem.
Spalování prašných látek ve formě vzduchové suspenze (prachový oblak) může probíhat ve formě jisker, tzn. spalování jednotlivých částic, v případě nízkého obsahu těkavá látka, který není schopen vytvořit dostatečné množství plynů během odpařování pro jedno čelo plamene.
Pokud se vytvoří dostatečné množství zplynovaných těkavých látek, dojde k hoření plamenem.
Spalování výbušnin. NA tento druh zahrnuje spalování výbušnin a střelného prachu, tzv. kondenzovaných látek, které již obsahují chemicky nebo mechanicky vázané palivo a okysličovadlo. Například: pro trinitrotoluen (TNT) C 7 H 5 O 6 N 3 × C 7 H 5 × 3NO 2, O 2 a NO 2 slouží jako oxidanty; jako součást střelného prachu - síra, ledek, uhlí; jako součást vlastnoručně vyrobených trhavin, hliníkový prášek a dusičnan amonný, pojivo - motorová nafta.
4.2. Homogenní a heterogenní spalování.
Na základě uvažovaných příkladů v závislosti na agregovaném stavu směsi paliva a okysličovadla, tzn. od počtu fází ve směsi se liší:
1. Homogenní spalování plyny a páry hořlavých látek v prostředí plynného okysličovadla. Spalovací reakce tedy probíhá v systému sestávajícím z jedné fáze (stav agregace).
2. Heterogenní spalování tuhé hořlavé látky v prostředí plynného okysličovadla. V tomto případě probíhá reakce na rozhraní, zatímco homogenní reakce probíhá v celém objemu.
Jedná se o spalování kovů, grafitu, tzn. prakticky netěkavé materiály. Mnoho reakcí plynů má homogenně-heterogenní povahu, kdy možnost homogenního průběhu reakce je dána výskytem současně heterogenní reakce.
Spalování všech kapalných a mnoha pevných látek, ze kterých se uvolňují páry nebo plyny (těkavé látky), probíhá v plynné fázi. Pevná a kapalná fáze hrají roli zásobníků reagujících produktů.
Například heterogenní reakce samovznícení uhlí přechází do homogenní fáze hoření těkavých látek. Zbytky koksu hoří heterogenně.
4.3. Difúzní a kinetické spalování.
Podle stupně přípravy hořlavé směsi se rozlišuje difúzní a kinetické hoření.
Uvažované druhy spalování (kromě výbušnin) se týkají difúzního spalování. Plamen, tzn. spalovací zóna směsi paliva se vzduchem, aby byla zajištěna stabilita, musí být neustále zásobována palivem a kyslíkem ve vzduchu. Proud hořlavého plynu závisí pouze na rychlosti jeho přívodu do spalovací zóny. Rychlost přítoku hořlavé kapaliny závisí na intenzitě jejího vypařování, tzn. na tlaku par nad povrchem kapaliny a v důsledku toho na teplotě kapaliny. Teplota vzplanutí se nazývá nejnižší teplota kapaliny, při které plamen nad jejím povrchem nezhasne.
Spalování pevných látek se liší od spalování plynů přítomností stupně rozkladu a zplyňování, po kterém následuje vznícení těkavých produktů pyrolýzy.
Pyrolýza Je ohřev organické hmoty na vysoké teploty bez přístupu vzduchu. V tomto případě dochází k rozkladu neboli štěpení komplexních sloučenin na jednodušší (koksování uhlí, krakování ropy, suchá destilace dřeva). Spalování pevné hořlavé látky ve spalinách se proto nesoustředí pouze do zóny plamene, ale má vícestupňový charakter.
Zahříváním pevné fáze dochází k rozkladu a uvolňování plynů, které se vznítí a hoří. Teplo z hořáku ohřívá pevnou fázi, což způsobí její zplynování a proces se opakuje, čímž se udržuje spalování.
Model tuhého spalování předpokládá přítomnost následujících fází (obr. 17):
Rýže. 17. Model spalování
pevná hmota.
Zahřívání pevné fáze. Tavené látky v této zóně tají. Tloušťka zóny závisí na teplotě vodivosti látky;
Pyrolýza neboli reakční zóna v pevné fázi, ve které se tvoří plynné hořlavé látky;
Předžhavení v plynné fázi, ve které se tvoří směs s oxidačním činidlem;
Plamen nebo reakční zóna v plynné fázi, ve které dochází k přeměně produktů pyrolýzy na plynné produkty spalování;
Produkty spalování.
Rychlost přívodu kyslíku do spalovací zóny závisí na jeho difúzi produktem spalování.
Obecně, protože rychlost chemické reakce ve spalovací zóně u uvažovaných typů spalování závisí na rychlosti vstupu reagujících složek a povrchu plamene molekulární nebo kinetickou difúzí, je tento typ spalování tzv. difúze.
Struktura plamene difúzní spalování se skládá ze tří zón (obr. 18):
Zóna 1 obsahuje plyny nebo páry. V této zóně nedochází ke spalování. Teplota nepřesahuje 500 0 C. Dochází k rozkladu, pyrolýze těkavých látek a zahřívání na teplotu samovznícení.
Rýže. 18. Struktura plamene.
V zóně 2 se tvoří směs par (plynů) se vzdušným kyslíkem a dochází k nedokonalému spalování na CO s částečnou redukcí na uhlík (málo kyslíku):
CnHm + O2 -> CO + C02 + H20;
Ve 3 vnější zóně jsou produkty druhé zóny zcela spáleny a je pozorována maximální teplota plamene:
2CO + 02 = 2C02;
Výška plamene je úměrná difúznímu koeficientu a průtoku plynu a je nepřímo úměrná hustotě plynu.
Všechny typy difúzního spalování jsou vlastní požárům.
Kinetický spalování je spalování předem smíchaného hořlavého plynu, páry nebo prachu s okysličovadlem. Rychlost hoření závisí v tomto případě pouze na fyzikálně-chemických vlastnostech hořlavé směsi (tepelná vodivost, tepelná kapacita, turbulence, koncentrace látek, tlak atd.). Proto se rychlost hoření dramaticky zvyšuje. Tento druh spalování je vlastní výbuchům.
V tomto případě, když je hořlavá směs v libovolném bodě zapálena, čelo plamene se přesune ze spalin do čerstvé směsi. Plamen při kinetickém spalování je tedy nejčastěji nestacionární (obr. 19).
Rýže. 19. Schéma šíření plamene v hořlavé směsi: - zdroj vznícení; - směr pohybu čela plamene.
Ačkoli, pokud je hořlavý plyn předem smíchán se vzduchem a přiváděn do hořáku, pak se během zapalování vytvoří stacionární plamen za předpokladu, že rychlost přivádění směsi je rovna rychlosti šíření plamene.
Při zvýšeném průtoku plynu se plamen odtrhne od hořáku a může zhasnout. A pokud se rychlost sníží, pak bude plamen vtažen do vnitřku hořáku s možnou explozí.
Podle stupně spalování, tj. úplnost spalovací reakce na konečné produkty, spalování je úplné a neúplné.
Takže v zóně 2 (obr. 18) je spalování neúplné, protože nedostatečně je dodáván kyslík, který se v zóně 3 částečně spotřebovává a vznikají meziprodukty. Ten dohoří v zóně 3, kde je více kyslíku, až do úplného spálení. Přítomnost sazí v kouři ukazuje na nedokonalé spalování.
Jiný příklad: při nedostatku kyslíku se uhlík spálí na oxid uhelnatý:
Pokud přidáte O, reakce skončí:
2CO + 02 = 2CO2.
Rychlost hoření závisí na povaze pohybu plynů. Proto se rozlišuje laminární a turbulentní spalování.
Příkladem laminárního spalování je tedy plamen svíčky v nehybném vzduchu. Na laminární spalování vrstvy plynů proudí paralelně, bez víření.
Turbulentní spalování- vírový pohyb plynů, při kterém dochází k intenzivnímu promíchávání spalin a rozmazání čela plamene. Hranicí mezi těmito typy je Reynoldsovo kritérium, které charakterizuje vztah mezi setrvačnými silami a třecími silami v proudění:
kde: u- průtok plynu;
n- kinetická viskozita;
l- charakteristická lineární velikost.
Reynoldsovo číslo, při kterém dochází k přechodu laminární mezní vrstvy do turbulentní, se nazývá kritické Re cr, Re cr ~ 2320.
Turbulence zvyšuje rychlost hoření díky intenzivnějšímu přenosu tepla ze spalin do čerstvé směsi.
4.4. Normálně hoří.
V závislosti na rychlosti šíření plamene při kinetickém spalování může být realizováno buď normální hoření (během několika m/s), nebo explozivní deflagrace (desítky m/s), nebo detonace (tisíce m/s). Tyto typy spalování se mohou vzájemně transformovat.
Normální pálení- Jedná se o spalování, při kterém dochází k šíření plamene bez vnějších poruch (turbulence nebo změny tlaku plynu). Záleží pouze na charakteru hořlavé látky, tzn. tepelný efekt, tepelná vodivost a difúzní koeficienty. Jde tedy o fyzikální konstantu směsi určitého složení. V tomto případě je rychlost hoření obvykle 0,3-3,0 m/s. Spalování se nazývá normální, protože vektor jeho rychlosti šíření je kolmý k čelu plamene.
4.5. Deflační (výbušné) spalování.
Normální spalování je nestabilní a má tendenci se v uzavřeném prostoru samovolně zrychlovat. Důvodem je zakřivení čela plamene v důsledku tření plynu o stěny nádoby a změn tlaku ve směsi.
Uvažujme proces šíření plamene v potrubí (obr. 20).
Rýže. 20. Schéma výskytu explozivního hoření.
Za prvé, na otevřeném konci trubky se plamen šíří normální rychlostí, protože zplodiny hoření se volně roztahují a zhasínají. Tlak směsi se nemění. Doba rovnoměrného šíření plamene závisí na průměru potrubí, druhu paliva a jeho koncentraci.
Při pohybu čela plamene uvnitř potrubí nestihnou reakční produkty, které mají větší objem ve srovnání s výchozí směsí, vystoupit a jejich tlak se zvýší. Tento tlak začne tlačit do všech směrů, a proto se před čelem plamene začne počáteční směs pohybovat ve směru šíření plamene. Vrstvy přiléhající ke stěnám jsou inhibovány. Plamen ve středu trubky má nejvyšší rychlost a nejnižší u stěn (kvůli odvodu tepla v nich). Čelo plamene se proto natahuje směrem k šíření plamene a jeho povrch se zvětšuje. Úměrně tomu se zvyšuje množství hořlavé směsi za jednotku času, což má za následek zvýšení tlaku, a to zase zvyšuje rychlost pohybu plynu atd. Dochází tedy k la-vínovému nárůstu rychlosti šíření plamene až na stovky metrů za sekundu.
Proces šíření plamene hořlavou směsí plynů, při kterém se samourychlující spalovací reakce šíří vlivem ohřevu vedením tepla z přilehlé vrstvy reakčních produktů, se nazývá deflagraci... Obvykle jsou rychlosti deflagrace spalování podzvukové, tzn. méně než 333 m/s.
4.6. Detonační spalování.
Uvažujeme-li spalování hořlavé směsi vrstvu po vrstvě, pak v důsledku tepelné roztažnosti objemu zplodin hoření vzniká pokaždé před čelem plamene kompresní vlna. Každá následující vlna, pohybující se hustším prostředím, dohoní předchozí a je na ni superponována. Postupně se tyto vlny spojují v jednu rázovou vlnu (obr. 21).
Rýže. 21. Schéma vzniku detonační vlny: P asi< 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.
V rázové vlně se v důsledku adiabatické komprese okamžitě zvýší hustota plynů a teplota stoupne na T 0 samovznícení. V důsledku toho dochází ke vznícení hořlavé směsi rázovou vlnou a detonace- šíření hoření zapálením rázové vlny. Detonační vlna není uhasena, protože poháněné rázovými vlnami z plamene, který se za ním pohybuje.
Zvláštností detonace je, že k ní dochází při nadzvukové rychlosti 1000-9000 m/s pro každé složení směsi, jedná se tedy o fyzikální konstantu směsi. Záleží pouze na kalorickém obsahu hořlavé směsi a tepelné kapacitě zplodin hoření.
Srážka rázové vlny s překážkou vede ke vzniku odražené rázové vlny a ještě většímu tlaku.
Detonace je nejnebezpečnějším typem šíření plamene, protože má maximální výbušnou sílu (N = A / t) a obrovskou rychlost. V praxi lze detonaci „neutralizovat“ pouze v předdetonační části, tzn. ve vzdálenosti od bodu vznícení k místu, kde dochází k detonačnímu hoření. U plynů je délka tohoto úseku od 1 do 10 m.
