3. ŠIRENJE PLAMA U PLINSKIM MJEŠAVINAMA
Ubrzati širenje plamena kada je spaljivanje čvrstih, tekućih i plinovitih tvari od praktičnog interesa u smislu sprječavanja požara i eksplozija. Razmotrimo brzinu širenja plamena u smjesama zapaljivih plinova i para sa zrakom. Poznavajući ovu brzinu, moguće je odrediti sigurne brzine strujanja plina i zraka u cjevovodu, oknu, ventilacijskoj jedinici i drugim eksplozivnim sustavima.
3.1. BRZINA PLAMENA
Kao primjer, sl. 3.1 je dijagram ispušna ventilacija u rudniku ugljena. Iz nanosa rudnika 1 kroz cjevovod 2 uklanja se prašnjava mješavina zraka i ugljene prašine, au nekim slučajevima - metan koji se oslobađa u ugljenim slojevima. U slučaju izvora požara, fronta plamena 3 će se širiti prema nanosima 1. Ako brzina kretanja zapaljive smjesew bit će manja od brzine širenja fronte plamenai u odnosu na stijenke cijevi, plamen će se proširiti na okno i dovesti do eksplozije. Stoga je za normalan rad ventilacijskog sustava potrebno pridržavati se uvjeta
w> u.
Brzina uklanjanja eksplozivne smjese mora biti veća od brzine širenja fronte plamena. To će spriječiti ulazak plamena u nanose mina.
Riža. 3.1. Širenje plamena u rudniku:
1 - moj; 2 - cjevovod; 3 - prednji dio plamena
Teorija širenja plamena, razvijena u radovima Ya.B. Zel'dovich i D.A. Frank-Kamenetsky, temelji se na jednadžbama provođenja topline, difuzije i kemijske kinetike. Paljenje zapaljive smjese uvijek počinje u jednom trenutku i širi se po cijelom volumenu koji zauzima zapaljiva smjesa. Razmotrimo jednodimenzionalni slučaj - cijev ispunjenu zapaljivom smjesom (slika 3.2).
Ako se smjesa zapali na jednom kraju cijevi, tada će se duž cijevi širiti uska fronta plamena, odvajajući produkte izgaranja (iza prednje strane plamena) od svježe zapaljive smjese. Prednji dio plamena ima oblik kape ili stošca, s konveksnim dijelom okrenutim prema smjeru kretanja plamena. Fronta plamena je tanki plinski sloj (10 -4 ÷ 10 -6) m širine. U tom sloju, koji se naziva zona izgaranja, odvijaju se kemijske reakcije izgaranja. Temperatura fronte plamena, ovisno o sastavu smjese, je T= (1500 ÷ 3000) K. Oslobođena toplina izgaranja troši se na zagrijavanje produkata izgaranja svježe gorive smjese i stijenki cijevi zbog procesa provođenja topline i zračenja.
Riža. 3.2. Dijagram širenja fronta plamena u cijevi
Kada se fronta plamena pomiče u cijevi, u zapaljivoj smjesi se pojavljuju valovi kompresije koji stvaraju vrtložna kretanja. Vrtlozi plinova savijaju front plamena bez promjene njegove debljine i prirode procesa koji se u njemu odvijaju. Na jediničnoj površini fronte plamena uvijek izgori ista količina tvari u jedinici vremena 
... Količina je konstantna za svaku zapaljivu smjesu i naziva se masena brzina izgaranja .
Poznavanje površine prednjeg dijela plamenaS, možete izračunati masu tvari M izgara na cijelom frontu izgaranja u jedinici vremena:
Svaki element plamene fronte dSkreće se u odnosu na svježu smjesu uvijek u smjeru normalnom na frontu plamena u datoj točki (slika 3.2), a brzina tog kretanja:
gdje je gustoća svježe zapaljive smjese.
Veličina naziva se normalnom brzinom širenja plamena i ima dimenziju m/s. To je konstantna vrijednost procesa izgaranja dane smjese i ne ovisi o hidrodinamičkim uvjetima koji prate proces izgaranja. Normalna brzina širenja plamena uvijek je manja od promatrane brzine i, odnosno brzina kretanja fronta izgaranja u odnosu na stijenke cijevi:
u n< u .
Ako je fronta plamena ravna i usmjerena okomito na os cijevi, tada će u ovom slučaju promatrana i normalna brzina širenja plamena biti jednaka
u n = u.
Konveksno prednje područje plamenaS pitanjestalno više površine ravna prednja stranaS pl, dakle
> 1.
Normalno širenje plamenau nza svaku zapaljivu smjesu ovisi o primjesi inertnih plinova, temperaturi smjese, vlažnosti i drugim čimbenicima. Konkretno, predgrijavanje zapaljivog plina povećava brzinu širenja plamena. Može se pokazati da je brzina širenja plamenau nproporcionalno kvadratu apsolutne temperature smjese:
u n. = const · T 2.
Na sl. 3.3 prikazuje ovisnost brzine širenja plamena u zapaljivoj smjesi "zrak - ugljični monoksid" ovisno o koncentraciji CO. Kao što slijedi iz danih grafikona, brzina širenja plamena raste s temperaturom smjese. Za svaku temperaturnu vrijednost brzina širenja plamena ima maksimum u području koncentracije ugljičnog monoksida CO, jednaku ~40%.
Na brzinu širenja plamena utječe toplinski kapacitet inertnog plina. Što je toplinski kapacitet inertnog plina veći, to više snižava temperaturu izgaranja i više smanjuje brzinu širenja plamena. Dakle, ako se smjesa metana i zraka razrijedi ugljičnim dioksidom, tada se brzina širenja plamena može smanjiti za 2 ÷ 3 puta. Na brzinu širenja plamena u smjesama ugljičnog monoksida sa zrakom uvelike utječu vlaga sadržana u smjesi, prisutnost čestica čađe i primjesa inertnih plinova.
Riža. 3.3. Ovisnost brzine širenja plamena
na koncentraciju ugljičnog monoksida u smjesi
Prilikom izgaranja pokretne smjese, rezultirajuća brzina širenja plamena bit će zbroj zbroja 
.
Uvjet da je fronta plamena stacionarna (tj. nepomična). 
- rezultirajuća brzina je nula, 
.
Kao model, razmotrite Busen plamenik.
Kada se plin i zrak dovode do otvora cijevi velikom brzinom W, nastat će stožac, dok će povećanje brzine dovesti do povećanja visine (površine) stošca, i smanjenja vršnog kuta. Ili je moguće i suprotno.
R 
Razmotrite prednju stranu plamena. To će činiti usko područje gdje h f
Je debljina prednje strane, i h NS
Je debljina zone kemijske reakcije. Štoviše, može se podijeliti u 2 zone: zonu grijanja i zonu reakcije.
Svježa mješavina plina i zraka ulazi u zonu 1, koncentracija plina u zraku ostaje konstantna jer kemijska reakcija još nije započela, već se odvija samo zagrijavanje zbog topline koja se oslobađa u reakcijskoj zoni. Počinje tamo gdje unos topline postaje jednak hladnjaku, ili jezikom matematike 
, što odgovara temperaturi paljenja T B... U zoni grijanja, dovod topline je veći od hladnjaka 
, te u reakcijskoj zoni 
... Toplina se prenosi u frontu plamena vođenjem topline. A maksimalno oslobađanje topline leži u zoni reakcije i smanjuje se na 0 na kraju fronta.
Na širenje fronte plamena utječe ne samo brzina kemijske reakcije, već i transport tvari i produkata izgaranja.
NS 
Kada se pravi plin dovede u plamenik, brzina širenja se mijenja od maksimalne u središtu do svoje minimalne vrijednosti na periferiji. U ovom slučaju, prednji dio plamena je savijen iz konusnog oblika. A normalna brzina širenja plamena može se samo nadoknaditi 
i druga komponenta 
nosit će točku prema vrhu baklje. Na periferiji zbog rashladnog kapaciteta zidova U n značajno smanjuje u usporedbi sa svojom prosječnom vrijednošću, moguće je izravno nadoknaditi brzinu protoka W
ubrzati U n... Zbog toga se fronta plamena na rubu pretvara u horizontalnu ravninu i formira se stabilna zona izgaranja - zapaljivi prsten. Ovo područje može postojati samo za sebe.
Fronta plamena općenito je određena kosinusnim zakonom, a stabilnost je određena stabilizacijom zapaljivog prstena. Stoga odredimo glavne ovisnosti stabilnog plamena.
Jer svi plamenici rade u promjenjivim načinima rada, tada su moguće situacije kada će brzina protoka premašiti U n, ili je moguća suprotna situacija.
Odvajanje plamena povezano je s postojanjem zapaljivog prstena i njegovim uništenjem. Odvajanje će se dogoditi ako brzina protoka prijeđe kritičnu brzinu odvajanja (zona II na slici 8).
Nekoliko čimbenika će utjecati na stopu razdvajanja. S povećatipromjer kapacitet hlađenja plamenika smanjuje se, i ograničavanje brzine odvajanja plamenapovećava se(ravne linije 3,2,1). S iscrpljivanjem smjese (povećanje primarnog zraka) spuštajući se ograničavanje brzine razdvajanja. A sa smanjenjem količine primarnog zraka (difuzijski plamen), granične brzine će se povećati.
Do klizanja dolazi kada U n prelazi brzinu protoka plamena (zona 3 na sl. 8).
Probijanje plamena povezano je s kapacitetom hlađenja stijenki plamenika. Neklizajuće stanje 
... S povećanjem promjera, normalna brzina izgaranja raste, što više, pod jednakim uvjetima, povećava se vjerojatnost proboja, veća mora biti brzina protoka koja sprječava probijanje plamena (krivulje 1, 2, 3 na slici 8) 1. Maksimalne stope neklizanja će se primijetiti kada je vrijednost viška zraka nešto niža od stehiometrijske vrijednosti. Hlađenje glave plamenika koristi se za smanjenje rizika od prekoračenja.
Postoje i metode za stabilizaciju plamena.
sl. 9. Stabilizacija sa sl. 10. Stabilizacija plamena
zapalivši prsten s tijelom u obliku slova V.
N 
i sl. Slika 9 prikazuje uređaj koji se stabilizira zbog činjenice da plin kroz kanale 2, plin ulazi u prstenasti prorez 3. Time se stvara stabilan prsten za paljenje koji sprječava odvajanje plamena. Na sl. Slika 10 prikazuje stabilizaciju protoka pomoću tijela u obliku slova V. Zbog vrtloga stvara se privid zapaljivog prstena, a vjerojatnost odvajanja plamena se smanjuje (povećava se granična brzina).
Tunelski stabilizator prikazan je na sl. jedanaest. Mješavina plin-zrak ostavlja plamenik 1 u tunel 3, gdje se formira gorionik 2. Produkti izgaranja se usisavaju u korijen baklje, stvara se zona njihovog povratnog kretanja, tvoreći stabilan prsten za paljenje. Jer ako se usisava hladan zrak, to bi značajno pogoršalo uvjete paljenja.
U stacionarnom procesu izgaranja, položaj fronte plamena u strujanju ostaje nepromijenjen. Razmotrimo shematski prikaz plamene baklje u struji zapaljive smjese. Kada bi brzina W bila jednaka nuli, tada bismo imali sferno širenje plamena s točkastim izvorom u središtu. Međutim, tok otpuhuje plamen u smjeru svog kretanja i istovremeno se plamen kreće prema struji svježe zapaljive smjese brzinom U n.
Slika 3.4. Dijagram fronte stacionarnog plamena
Kao rezultat, dolazi do ravnoteže, u kojoj fronta plamena zauzima stacionarni položaj, a strujanje donosi svježe dijelove zapaljive smjese u zonu izgaranja.
Razmotrite prednji element plamena. Brzina protoka W može se razložiti na normalne i tangencijalne komponente W n i W τ, koje teže uklanjanju fronta izgaranja. U smjeru normale n - n, brzina je uravnotežena normalnom brzinom širenja plamena + U n.
Očito, ako se brzina W promijeni, tada će fronta plamena zauzeti novi položaj i uspostavit će se pod takvim kutom α, pri kojem projekcija brzine na normalni n - n postaje jednaka normalnoj brzini gorenja U n. U tom je slučaju sama brzina U n za danu smjesu, naravno, konstantna vrijednost (slika 3.5). Tako dobivamo prvi uvjet za postojanje stacionarne fronte plamena
│ U n │ = │W│cos α (3.2)
Ovaj izraz je 1890. godine uspostavio ruski fizičar V.A. Michelsona i naziva se "Michelsonov zakon", ili "kosinusni zakon". Prema ovom zakonu, projekcija brzine upadnog strujanja na normalu na površinu stacionarne fronte plamena uvijek je jednaka normalnoj brzini izgaranja.
W "> W W"> W α "> α
Slika 3.5. Položaj stacionarne fronte plamena u tokovima s različitim brzinama
S obzirom na prednji dio uz izvor paljenja, postaje jasno da novi neće doći na mjesto uklonjenih gorućih čestica ako izvor prestane raditi. Kompenzacija uvlačenja plamena u tangencijalnom smjeru provodi se stalno aktivnim izvorom paljenja stacionarne fronte plamena.
Dakle, postoje dva neophodna i dovoljna uvjeta za postojanje stacionarne fronte plamena u strujanju zapaljive smjese:
1. Jednakost projekcije brzine širenja plamena na normalnu i normalnu komponentu na frontu plamena iz brzine
teći.
2. Prisutnost trajnog izvora paljenja
dovoljnim intenzitetom.
Očito, ako je W τ = 0, tada je fronta plamena okomita na tok i drugi uvjet nestaje.
Plamen Bunsenovog plamenika dobra je ilustracija položaja fronte laminarnog plamena u toku. Uređaj plamenika omogućuje prethodno miješanje goriva i oksidatora, odnosno goriva sa zrakom. Prilikom paljenja smjese plamen, šireći se kroz nju, teži ući u unutrašnjost plamenika, ali to sprječava protutok. Kao rezultat toga, uspostavlja se stabilna dinamička ravnoteža, a stacionarna fronta plamena poprima oblik u kojem je u svakoj od njegovih točaka komponenta brzine normalna na front jednaka brzini širenja plamena u smjesi ovaj sastav pod datim uvjetima.
Jedan od prvih istraživača ove problematike, Mallard i Le-Châtalier, nazvali su zonu izgaranja "plavim konusom", na čijoj se površini u svakoj točki ispunjava Michelsonov zakon.
Mehanizam stabilizacije plamena u Bunsenovom plameniku ilustriran je na slici 3.6.
Slika 3.6. Dijagram formiranja fronte plamena u Bunsenovom plameniku
Mjesto stabilizacijskih točaka C tvori prsten koji se nalazi na određenoj udaljenosti od izlaza mlaznice plamenika. U stacionarnoj smjesi, nakon paljenja, plamen iz točaka C će se početi širiti sferno, a fronte plamena će se zatvoriti u točki B na osi strujanja.
Kada se smjesa pomiče, svaka točka plamene fronte odnese se strujanjem istovremeno s širenjem kugli i, kao rezultat, nastaje stožasta fronta plamena s vrhom u točki B kontakta između kugli.
Pri konstantnim vrijednostima brzine u izlaznom dijelu plamenika i U n, prednja strana plamena mora imati pravilan konusni oblik. Međutim, zbog rasta U n na vrhu plamena zbog zagrijavanja smjese i njegovog smanjenja u blizini hladnih stijenki u podnožju stošca, plamen ima zakrivljenost. Ako zapaljiva smjesa ima α ≤1, tada u smjesi nema dovoljno kisika za njeno potpuno izgaranje i preostalo gorivo izgara u sekundarnom, difuzijskom frontu plamena u okolnom zraku. Fronta difuzijskog plamena ima karakterističnu žutu boju.
Bunsenova metoda plamenika jedna je od najčešćih metoda za određivanje normalnih brzina izgaranja.
Sloj u kojem se trenutno odvija lančana reakcija izgaranja
Pogledajte sve uvjete GOST 17356-89. PLAMENIKI ZA PLIN I TEKUĆA GORIVA. POJMOVI I DEFINICIJE
Izvor: GOST 17356-89. PLAMENIKI ZA PLIN I TEKUĆA GORIVA. POJMOVI I DEFINICIJE
Snovi izgorjeli u plamenu. Što ćeš poslije rata, Mihaile Grigorijeviču? - "Mikhail Grigorievich" postaje crven. Još nije navikao da ga zovu imenom i patronimom: tek je jučer prešao dvadesetu, teret desetljeća ne pritiska na njegova ramena, a škola "Medvjed"
Led i malo plamena Island, ožujak 2000. Zašto je s takvim obiljem Bogom stvorenih zemalja uopće itko došao ovamo? I zašto, došavši ovamo i razgledajući okolo, ti ljudi nisu rasporedili svoj obiteljski brod i otplovili daleko sa svom djecom i
Twin Flames Pozdrav dragi moji, ovo je Leah. Opet, veliko mi je zadovoljstvo razgovarati s vama. Sve vrijeme dok su Arkturijanci, Osnivači i Više Ja ovog kanala komunicirali s vama, bili smo i mi s vama. Sada ćemo razgovarati o temi koja nam je bliska srcu.
PLAMENU POSVEĆEN Tko živi Život, znat će
Meditacija plamenom Postoji još jedna vrsta meditacije koja ima moćne iscjeljujuće i iscjeljujuće učinke. Riječ je o meditaciji na svijeću. Plamen je dugo bio štovan u svim kulturama, kao i pepeo, koji predstavlja pročišćenu bit predmeta. Vjerovalo se da
UPR. Meditacija na plamen Sljedeći put kada budete imali neugodne uznemirujuće misli, napravite jednostavnu, ali moćnu meditaciju: uzmite stalnu i postojanu svijeću i stavite je na stol dalje od zapaljivih predmeta kao što su zavjese.
19.22. Gašenje plamena U Yom Kippurskom ratu (6-22.10.1973.) uspjeh je bio na strani Arapa (egipatske trupe su, zahvaljujući iznenadnom napadu, prešle Sueski kanal i ponovno zauzele dio Sinajskog poluotoka), Sovjetski Savez nije tražio prekid vatre. 9. listopada u
Vii. Kartica za GAŠENJE plamena u tri boje. Tri boje plamena. Izumiranje. Smrt muyuna Poznato je da najveća žarnost daje bijeli plamen, ali kada se temperatura smanji, moguće je razlikovati nijanse spektra u njemu: crvena vruća vatra, žuti zasljepljujući sjaj i plava svjetla pri dogaranju
16. Plameni jezici Navikli smo na ovaj izraz - "jezici plamena", a ne sumnjamo ni da se plamen može povezati ne samo s jezikom, već i s dijelom tijela, koji su slični bljeskovima. vatre, ali i s jezikom, kao govorom, međutim, takva veza postoji. Vrlo je vjerojatno da
U plamenu rata, svaki preživjeli ostavio je dubok, neizbrisiv trag. Događaji joj svakodnevno smetaju, događa se da joj ne daju spavati noću, zabrinuta zbog još neohlađenih rana srca. Tako valjda treba biti, tako će biti dok su živi oni koji su bili na frontu.
Fokusiranje na plamen Spektar zračenja plamena sa stajališta moderne biofizike uključuje raspon valnih duljina koji ima terapeutski učinak. Danas se koristi u tehnologijama laserskog liječenja. Stoga je vrlo korisno za oči
Usredotočivanje na plamen Očima je vrlo korisno vježbati fokusiranje na plamen svijeće, kamina ili logorske vatre. Ispričat ću vam jednu izvanrednu priču koju sam čuo od svog 70-godišnjeg pacijenta Nikolaja Vasiljeviča iz sela Udelnaja u blizini Moskve. Za mnoge
Krijes bez plamena Puhao je vjetar, padao je snijeg, prolaznici su ubrzavali korak. Ali šest-sedam dječaka nesebično je vrištalo, zbijeno na pločniku kraj male kamene kućice: „Koliko si dao za njega?“ „Tri rublje!“ U glasu čela, rumeno dječače, ima oduševljenja i nježnosti; on
Tema 4. VRSTE GORENJA.
Prema različitim znakovima i karakteristikama, procesi izgaranja mogu se podijeliti u sljedeće vrste:
Prema agregatnom stanju zapaljive tvari:
Izgaranje plinova;
Izgaranje tekućina i taljenja krutih tvari;
Izgaranje čvrstih prašnjavih i kompaktnih tvari koje se ne tape.
Prema faznom sastavu komponenti:
Homogeno izgaranje;
Izgaranje eksploziva.
Prema pripremljenosti zapaljive smjese:
Difuzijsko izgaranje (vatra);
Kinetičko izgaranje (eksplozija).
O dinamici fronte plamena:
Stacionarni;
Nestacionarni.
Po prirodi kretanja plinova:
Laminarni;
Turbulentno.
Prema stupnju izgaranja zapaljive tvari:
Nepotpun.
Po brzini širenja plamena:
Normalan;
Deflagracija;
Detonacija.
Razmotrimo ove vrste detaljnije.
4.1. Izgaranje plinovitih, tekućih i čvrstih tvari.
Ovisno o stanju agregacije zapaljive tvari, razlikuje se izgaranje plinova, tekućina, prašnjavih i kompaktnih krutih tvari.
Prema GOST 12.1.044-89:
1. Plinovi su tvari čija je kritična temperatura manja od 50 o C. T cr je minimalna temperatura zagrijavanja 1 mola tvari u zatvorenoj posudi, pri kojoj se potpuno pretvara u paru (vidi § 2.3).
2. Tekućine su tvari s točkom tališta (točkom kapanja) nižom od 50 °C (vidi § 2.5).
3. Čvrste tvari su tvari s talištem (pad-pad) većim od 50 0 S.
4. Prašina je zdrobljena krutina s veličinom čestica manjom od 0,85 mm.
Područje u kojem se odvija kemijska reakcija u zapaljivoj smjesi, t.j. izgaranje se naziva frontom plamena.
Razmotrite procese izgaranja u zračno okruženje primjerima.
Izgaranje plinova u plinskom plameniku. Postoje 3 zone plamena (sl. 12.):
Riža. 12. Shema izgaranja plina: 1 - prozirni konus - ovo je početni plin zagrijava (do temperature samozapaljenja); 2 - užareno područje prednje strane plamena; 3 - proizvodi izgaranja (gotovo su nevidljivi tijekom potpunog izgaranja plinova i, posebno tijekom izgaranja vodika, kada se ne stvara čađa).
Širina fronte plamena u plinskim smjesama je nekoliko desetaka milimetara.
Izgaranje tekućina u otvorenoj posudi. Kod gorenja u otvorenoj posudi postoje 4 zone (slika 13):
Riža. 13. Izgaranje tekućine: 1 - tekućina; 2 - tekuće pare (tamna područja); 3 - prednji dio plamena; 4 - proizvodi izgaranja (dim).
U ovom slučaju širina fronte plamena je veća, t.j. reakcija je sporija.
Izgaranje topljenih krutina. Razmislite o gorenju svijeće. U ovom slučaju se promatra 6 zona (slika 14):
Riža. 14. Gori svijeća: 1 - tvrdi vosak; 2 - otopljeni (tekući) vosak; 3 - tamni prozirni sloj pare; 4 - prednji dio plamena; 5 - proizvodi izgaranja (dim); 6 - fitilj.
Zapaljeni fitilj služi za stabilizaciju izgaranja. Tekućina se upija u njega, uzdiže se uz nju, isparava i gori. Povećava se širina fronte plamena, što povećava područje osvjetljenja, jer se koriste složeniji ugljikovodici koji se, isparavajući, raspadaju, a zatim ulaze u reakciju.
Izgaranje krutih tvari koje se ne tape. Ovu vrstu izgaranja razmotrit ćemo na primjeru spaljivanja šibice i cigarete (sl. 15. i 16.).
Ovdje također postoji 5 sekcija:
Riža. 15. Spaljivanje šibica: 1 - svježa drva; 2 - ugljenisano drvo; 3 - plinovi (plinjene ili isparene hlapljive tvari) - ovo je tamno prozirna zona; 4 - prednji dio plamena; 5 - proizvodi izgaranja (dim).
Vidi se da je izgorjelo područje šibice mnogo tanje i ima crnu boju. To znači da je dio šibice ugljenisan, t.j. nehlapljivi dio je ostao, a hlapljivi dio je ispario i izgorio. Brzina izgaranja ugljena je mnogo sporija od one plinova, tako da nema vremena da potpuno izgori.
Slika 16. Spaljivanje cigarete: 1 - izvorna mješavina duhana; 2 - područje tinjanja bez prednje strane plamena; 3 - dim, t.j. proizvod izgorjelih čestica; 4 - dim uvučen u pluća, koji su uglavnom plinificirani proizvodi; 5 - smola kondenzirana na filteru.
Termooksidativna razgradnja tvari bez plamena naziva se tinjanjem. Javlja se kada nema dovoljno difuzije kisika u zonu izgaranja i može se nastaviti čak i s vrlo malom količinom (1-2%). Dim je plavkast, a ne crn. To znači da u njemu ima više rasplinjenih, a ne spaljenih tvari.
Površina pepela je gotovo bijela. To znači da uz dovoljnu opskrbu kisikom, potpuno izgaranje... Ali unutar i na granici gorućeg sloja sa svježim nalazi se crna tvar. To ukazuje na nepotpuno izgaranje ugljenisanih čestica. Usput, pare izbjegle smolastih tvari kondenziraju se na filteru.
Sličan tip izgaranja opaža se i pri izgaranju koksa, t.j. ugljen, iz kojeg su uklonjene hlapljive tvari (plinovi, smole) ili grafit.
Dakle, proces izgaranja plinova, tekućina i većine čvrstih tvari odvija se u plinovitom obliku i praćen je plamenom. Neke krute tvari, uključujući one sa tendencijom spontanog izgaranja, izgaraju u obliku tinjanja na površini i unutar materijala.
Izgaranje prašnjavih tvari. Izgaranje sloja prašine događa se na isti način kao i u kompaktnom stanju, samo se brzina izgaranja povećava zbog povećanja površine kontakta sa zrakom.
Izgaranje prašnjavih tvari u obliku zračne suspenzije (oblak prašine) može se odvijati u obliku iskri, t.j. izgaranje pojedinih čestica, u slučaju niskog sadržaja hlapljiva tvar, nije sposoban za stvaranje dovoljne količine plinova tijekom isparavanja za jednu frontu plamena.
Ako se stvori dovoljna količina plinificiranih hlapivih tvari, dolazi do izgaranja plamena.
Izgaranje eksploziva. DO ova vrsta uključuje izgaranje eksploziva i baruta, takozvanih kondenziranih tvari, koje već sadrže kemijski ili mehanički vezano gorivo i oksidant. Na primjer: za trinitrotoluen (TNT) C 7 H 5 O 6 N 3 × C 7 H 5 × 3NO 2, O 2 i NO 2 služe kao oksidansi; kao dio baruta - sumpor, salitra, ugljen; kao dio eksploziva vlastite izrade, aluminij prah i amonijev nitrat, vezivo - dizelsko ulje.
4.2. Homogeno i heterogeno izgaranje.
Na temelju razmatranih primjera, ovisno o agregatnom stanju smjese goriva i oksidatora, t.j. od broja faza u smjesi razlikuju se:
1. Homogeno izgaranje plinovi i pare zapaljivih tvari u okolini plinovitog oksidatora. Dakle, reakcija izgaranja se odvija u sustavu koji se sastoji od jedne faze (agregacijsko stanje).
2. Heterogeno izgaranječvrste zapaljive tvari u okolini plinovitog oksidatora. U tom slučaju reakcija se odvija na granici, dok se homogena reakcija odvija kroz cijeli volumen.
To je izgaranje metala, grafita, t.j. praktički nehlapljivi materijali. Mnoge plinske reakcije imaju homogeno-heterogenu prirodu, kada je mogućnost odvijanja homogene reakcije posljedica pojave simultane heterogene reakcije.
Izgaranje svih tekućina i mnogih krutih tvari, iz kojih se emitiraju pare ili plinovi (hlapljive tvari), odvija se u plinovitoj fazi. Čvrsta i tekuća faza imaju ulogu rezervoara produkta reakcije.
Na primjer, heterogena reakcija spontanog izgaranja ugljena prelazi u homogenu fazu izgaranja hlapljivih tvari. Ostatak koksa gori heterogeno.
4.3. Difuzija i kinetičko izgaranje.
Prema stupnju pripreme zapaljive smjese razlikuju se difuzijsko i kinetičko izgaranje.
Razmatrani tipovi izgaranja (osim eksploziva) odnose se na difuzijsko izgaranje. Plamen, t.j. zona izgaranja mješavine goriva i zraka, kako bi se osigurala stabilnost, mora se stalno napajati gorivom i kisikom u zraku. Protok zapaljivog plina ovisi samo o brzini njegove opskrbe u zonu izgaranja. Brzina dotoka zapaljive tekućine ovisi o intenzitetu njezina isparavanja, t.j. na tlak pare iznad površine tekućine, a posljedično i na temperaturu tekućine. Temperatura paljenja naziva se najniža temperatura tekućine pri kojoj se plamen iznad njezine površine ne gasi.
Izgaranje krutih tvari razlikuje se od izgaranja plinova po prisutnosti stupnja razgradnje i rasplinjavanja nakon čega slijedi paljenje hlapljivih produkata pirolize.
Piroliza Je li zagrijavanje organske tvari do visoke temperature bez pristupa zraka. U tom slučaju dolazi do razgradnje, odnosno cijepanja složenih spojeva na jednostavnije (koksiranje ugljena, krekiranje ulja, suha destilacija drva). Dakle, izgaranje čvrste zapaljive tvari u produktu izgaranja nije koncentrirano samo u zoni plamena, već ima višestupanjski karakter.
Zagrijavanjem čvrste faze dolazi do raspadanja i oslobađanja plinova koji se pale i izgaraju. Toplina iz baklje zagrijava čvrstu fazu, uzrokujući njeno rasplinjavanje i proces se ponavlja, čime se održava izgaranje.
Model krutog izgaranja pretpostavlja prisutnost sljedećih faza (slika 17):
Riža. 17. Model izgaranja
čvrsta tvar.
Zagrijavanje čvrste faze. Tvari za taljenje u ovoj zoni se tope. Debljina zone ovisi o temperaturi vodljivosti tvari;
Piroliza, ili reakcijska zona u čvrstoj fazi, u kojoj nastaju plinovite zapaljive tvari;
Predplamen u plinskoj fazi, u kojem nastaje smjesa s oksidacijskim sredstvom;
Plamen ili reakcijska zona u plinskoj fazi, u kojoj se pretvaraju produkti pirolize u plinovite produkte izgaranja;
Proizvodi izgaranja.
Brzina opskrbe kisikom u zonu izgaranja ovisi o njegovoj difuziji kroz produkt izgaranja.
Općenito, budući da brzina kemijske reakcije u zoni izgaranja u razmatranim vrstama izgaranja ovisi o brzini ulaska komponenti koje reagiraju i površine plamena molekularnom ili kinetičkom difuzijom, ova vrsta izgaranja naziva se difuziju.
Struktura plamena difuzijsko izgaranje sastoji se od tri zone (slika 18):
Zona 1 sadrži plinove ili pare. U ovoj zoni ne dolazi do izgaranja. Temperatura ne prelazi 500 0 C. Dolazi do raspadanja, pirolize hlapljivih tvari i zagrijavanja do temperature samozapaljenja.
Riža. 18. Struktura plamena.
U zoni 2 nastaje mješavina para (plinova) s atmosferskim kisikom i dolazi do nepotpunog izgaranja do CO uz djelomičnu redukciju u ugljik (malo kisika):
C n H m + O 2 → CO + CO 2 + H 2 O;
U 3 vanjskoj zoni proizvodi druge zone potpuno su izgorjeli i promatra se maksimalna temperatura plamena:
2CO + O2 = 2CO2;
Visina plamena proporcionalna je koeficijentu difuzije i brzini protoka plina i obrnuto je proporcionalna gustoći plina.
Sve vrste difuzijskog izgaranja svojstvene su požarima.
Kinetički izgaranje je izgaranje prethodno pomiješanog zapaljivog plina, pare ili prašine s oksidantom. U ovom slučaju brzina izgaranja ovisi samo o fizikalno-kemijskim svojstvima zapaljive smjese (toplinska vodljivost, toplinski kapacitet, turbulencija, koncentracija tvari, tlak itd.). Stoga se brzina gorenja dramatično povećava. Ova vrsta izgaranja svojstvena je eksplozijama.
U tom slučaju, kada se zapaljiva smjesa zapali u bilo kojoj točki, fronta plamena prelazi iz produkata izgaranja u svježu smjesu. Tako je plamen tijekom kinetičkog izgaranja najčešće nestacionaran (slika 19).
Riža. 19. Shema širenja plamena u zapaljivoj smjesi: - izvor paljenja; - smjer kretanja fronte plamena.
Iako, ako prethodno pomiješate zapaljivi plin sa zrakom i ubacite ga u plamenik, tada se tijekom paljenja stvara stacionarni plamen, pod uvjetom da je brzina dodavanja smjese jednaka brzini širenja plamena.
Ako se poveća protok plina, plamen se otkine s plamenika i može se ugasiti. A ako se brzina smanji, tada će se plamen uvući u unutrašnjost plamenika uz moguću eksploziju.
Po stupnju izgaranja, tj. potpunost reakcije izgaranja do konačnih proizvoda, izgaranje je potpuna i nepotpuna.
Dakle u zoni 2 (slika 18) izgaranje je nepotpuno, jer nedovoljno je opskrbljen kisikom, koji se djelomično troši u zoni 3, te nastaju međuprodukti. Potonji izgaraju u zoni 3, gdje ima više kisika, do potpunog izgaranja. Prisutnost čađe u dimu ukazuje na nepotpuno izgaranje.
Drugi primjer: s nedostatkom kisika, ugljik sagorijeva u ugljični monoksid:
Ako dodate O, reakcija ide do kraja:
2CO + O 2 = 2CO 2.
Brzina gorenja ovisi o prirodi kretanja plinova. Stoga se razlikuju laminarno i turbulentno izgaranje.
Dakle, primjer laminarnog izgaranja je plamen svijeće u nepomičnom zraku. Na laminarno izgaranje slojevi plinova teku paralelno, bez kovitlanja.
Turbulentno izgaranje- vrtložno kretanje plinova, u kojem se plinovi izgaranja intenzivno miješaju, a fronta plamena je zamućena. Granica između ovih tipova je Reynoldsov kriterij, koji karakterizira odnos između inercijskih sila i sila trenja u toku:
gdje: u- brzina protoka plina;
n- kinetička viskoznost;
l- karakteristična linearna veličina.
Reynoldsov broj pri kojem dolazi do prijelaza laminarnog graničnog sloja u turbulentni naziva se kritični Re cr, Re cr ~ 2320.
Turbulencija povećava brzinu izgaranja zbog intenzivnijeg prijenosa topline s produkata izgaranja na svježu smjesu.
4.4. Gori normalno.
Ovisno o brzini širenja plamena tijekom kinetičkog izgaranja, može se ostvariti normalno izgaranje (unutar nekoliko m/s), ili eksplozivna deflagracija (desetke m/s), ili detonacija (tisuće m/s). Ove vrste izgaranja mogu se transformirati jedna u drugu.
Normalno gori- To je izgaranje kod kojeg se plamen događa u odsutnosti vanjskih smetnji (turbulencija ili promjena tlaka plina). To ovisi samo o prirodi zapaljive tvari, t.j. toplinski učinak, toplinska vodljivost i koeficijenti difuzije. Stoga je to fizikalna konstanta smjese određenog sastava. U ovom slučaju, brzina gorenja je obično 0,3-3,0 m / s. Izgaranje se naziva normalnim jer je vektor njegove brzine širenja okomit na frontu plamena.
4.5. Deflagracijsko (eksplozivno) izgaranje.
Normalno izgaranje je nestabilno i ima tendenciju samoubrzavanja u zatvorenom prostoru. Razlog tome je zakrivljenost fronte plamena zbog trenja plina o stijenke posude i promjena tlaka u smjesi.
Razmotrimo proces širenja plamena u cijevi (slika 20).
Riža. 20. Shema nastanka eksplozivnog izgaranja.
Prvo, na otvorenom kraju cijevi, plamen se širi normalnom brzinom, jer proizvodi izgaranja se slobodno šire i gase. Tlak smjese se ne mijenja. Trajanje ravnomjernog širenja plamena ovisi o promjeru cijevi, vrsti goriva i njegovoj koncentraciji.
Kako se prednja strana plamena kreće unutar cijevi, produkti reakcije, koji imaju veći volumen u usporedbi s početnom smjesom, nemaju vremena izaći i njihov tlak raste. Taj pritisak počinje pritiskati u svim smjerovima, pa se, ispred fronta plamena, početna smjesa počinje kretati u smjeru širenja plamena. Slojevi uz zidove su inhibirani. Plamen u središtu cijevi ima najveću brzinu, a najmanju na zidovima (zbog odvođenja topline u njima). Stoga se fronta plamena proteže prema širenju plamena, a površina joj se povećava. Srazmjerno tome povećava se količina zapaljive smjese u jedinici vremena, što za sobom povlači povećanje tlaka, a to zauzvrat povećava brzinu kretanja plina itd. Dakle, dolazi do povećanja brzine širenja plamena do stotine metara u sekundi.
Proces širenja plamena kroz smjesu zapaljivih plinova, u kojem se samoubrzavajuća reakcija izgaranja širi uslijed zagrijavanja provođenjem topline iz susjednog sloja produkta reakcije, naziva se deflagracija... Obično su brzine deflagracionog izgaranja podzvučne, t.j. manje od 333 m/s.
4.6. Detonacijsko izgaranje.
Ako uzmemo u obzir izgaranje zapaljive smjese sloj po sloj, tada se kao rezultat toplinskog širenja volumena produkata izgaranja svaki put javlja val kompresije ispred fronte plamena. Svaki sljedeći val, krećući se kroz gušći medij, sustiže prethodni i nalaže se na njega. Postupno se ti valovi spajaju u jedan udarni val (slika 21).
Riža. 21. Shema nastanka detonacijskog vala: P o< 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.
U udarnom valu, kao rezultat adijabatskog kompresije, gustoća plinova trenutno raste i temperatura raste do T 0 samozapaljenja. Kao rezultat, dolazi do paljenja zapaljive smjese udarnim valom i detonacija- širenje izgaranja paljenjem udarnog vala. Detonacijski val se ne gasi, jer pokretan udarnim valovima iz plamena koji se kreće za njim.
Posebnost detonacije je da se događa pri nadzvučnoj brzini od 1000-9000 m / s za svaki sastav smjese, stoga je fizička konstanta smjese. Ovisi samo o kalorijskom sadržaju zapaljive smjese i toplinskom kapacitetu produkata izgaranja.
Sudar udarnog vala s preprekom dovodi do stvaranja reflektiranog udarnog vala i još većeg pritiska.
Detonacija je najopasnija vrsta širenja plamena, jer ima maksimalnu snagu eksplozije (N = A / t) i ogromnu brzinu. U praksi se detonacija može “neutralizirati” samo u preddetonacijskom dijelu, t.j. na udaljenosti od mjesta paljenja do mjesta gdje dolazi do detonacijskog izgaranja. Za plinove, duljina ovog dijela je od 1 do 10 m.
