Воспламенение газообразной смеси зажиганием

Инициирование горения зажиганием

В горючей системе с термическими условиями, недостаточными для самовоспламенения, возникновение (инициирование) горения может произойти в результате принудительного воспламенения или зажигания. В этом случае локальный объём холодной горючей смеси нагревается до температуры зажигания от высокотемпературного источника, затем возникает пламя. Дальнейшее распространение пламени происходит без внешнего вмешательства, самопроизвольно. Зона горения охватывает не весь объём горючей системы сразу, а распространяется в нём с некоторой скоростью.

Переход незаметной реакции в интенсивную при зажигании мало отличается от перехода к возникновению пламени при самовоспламенении. Отличие связано с тем, что этот переход ограничен небольшим объёмом горючей смеси, в котором созданы необходимые условия воспламенения.

Инициирование горения можно осуществить различными способами, в том числе:

§ посредством электрической и скры;

§ лазерным пробоем в газе;

§ путём контакта горючей смеси с нагретым телом;

§ в результате смешения с горячими продуктами сгорания;

§ при помощи взрыва в газе конденсированного взрывчатого вещества;

§ в результате внесения в газовую смесь активных химических частиц – атомов, радикалов, ионов (например, с помощью электрического разряда) и др.

Действие всех инициаторов основано на двух способах ускорения химического превращения:

1) на повышении температуры газов – скорость реакции резко зависит от температуры;

2) на развитии последовательности простых реакций в сложных реакциях с разветвлёнными цепями.

Названные способы часто действуют одновременно.

Инициирование горения зависит от величины и формы начального очага реакции, создаваемого внешним источником посредством тепловой энергии или химически активными частицами. На зажигание оказывает влияние процессы движения газа.

8.2.Зажигание посредством контакта с накалённой твёрдой поверхностью

При соприкосновении накалённой поверхности твёрдого тела с горючей смесью возможно воспламенение смеси. Такое воспламенение называют зажиганием накалённой поверхностью. Зажигание не происходит, если температура накалённой поверхности ниже некоторого значения. Минимальная температура поверхности, при которой происходит воспламенение, называется температурой зажигания накалённой поверхностью.

У поверхности раскалённого тела, внесённого в горючую систему, смесь в процессе теплоотдачи нагревается. Химические реакции в ней при повышенной температуре протекают с большей скоростью. В результате химических взаимодействий выделяется тепловая энергия, и образуются продукты горения. Тепловая энергия повышает температуру у раскалённой поверхности, расходуется на прогрев новых слоёв смеси, передаётся внутрь поджигающего тела, а продукты горения уменьшают концентрацию горючего в смеси и препятствуют теплоотдаче от поверхности к смеси. Сочетание указанных процессов определяет наличие или отсутствие отрыва и перемещения по смеси зоны интенсивной химической реакции, зоны пламени.

Событие отрыва от поверхности раскалённого тела и перемещения по смеси зоны интенсивной химической реакции характеризует собой зажигание. Обычно температура зажигания накалённой поверхностью значительно выше температуры самовоспламенения.

Предположим, что твёрдое тело с накалённой поверхностью имеет форму шара с радиусом R_з, а газовая смесь, соприкасающаяся с шаром имеет температуру, равную температуре поверхности шара Т_з. При постоянной концентрации горючего в зоне химической реакции минимальный радиус накалённого шара, при котором возможно зажигание определяется по следующей формуле

,

где Т_з – температура зажигания, l – коэффициент теплопроводности смеси, k – константа скорости реакции, Е_а – энергия активации, Q_H – теплота сгорания, Т₀ – начальная температура смеси, R_m – универсальная газовая постоянная.

Накалённая поверхность может оказывать и каталитическое, и ингибирующее воздействие. Катализаторы приводят к поддержанию и разветвлению цепной реакции, а ингибиторы обрывают цепи в реакции, замедляя её скорость.

Дата добавления: 2014-01-07