Студопедия

КАТЕГОРИИ:


Архитектура-(3434)Астрономия-(809)Биология-(7483)Биотехнологии-(1457)Военное дело-(14632)Высокие технологии-(1363)География-(913)Геология-(1438)Государство-(451)Демография-(1065)Дом-(47672)Журналистика и СМИ-(912)Изобретательство-(14524)Иностранные языки-(4268)Информатика-(17799)Искусство-(1338)История-(13644)Компьютеры-(11121)Косметика-(55)Кулинария-(373)Культура-(8427)Лингвистика-(374)Литература-(1642)Маркетинг-(23702)Математика-(16968)Машиностроение-(1700)Медицина-(12668)Менеджмент-(24684)Механика-(15423)Науковедение-(506)Образование-(11852)Охрана труда-(3308)Педагогика-(5571)Полиграфия-(1312)Политика-(7869)Право-(5454)Приборостроение-(1369)Программирование-(2801)Производство-(97182)Промышленность-(8706)Психология-(18388)Религия-(3217)Связь-(10668)Сельское хозяйство-(299)Социология-(6455)Спорт-(42831)Строительство-(4793)Торговля-(5050)Транспорт-(2929)Туризм-(1568)Физика-(3942)Философия-(17015)Финансы-(26596)Химия-(22929)Экология-(12095)Экономика-(9961)Электроника-(8441)Электротехника-(4623)Энергетика-(12629)Юриспруденция-(1492)Ядерная техника-(1748)

Процессы, сопровождающие горение газов

Сложный процесс горения газообразных веществ складывается из более простых и включает в себя:

а) перемещение газа, под действием избыточного давления из техногенного устройства в реакционный объём;

б) перемещение компонентов горючей системы под действием молекулярной и молярной диффузии, приводящее к образованию горючей смеси;

в)нагрев компонентов горючей системы;

г) химическое реагирование горючего с окислителем в объёме горючей смеси, сопровождаемое поглощением и выделением тепловой энергии и образованием продуктов горения;

д) движение компонентов горючей системы вследствие разности температур в реакционном объёме (термодиффузия);

е) перемещение зон (областей) с повышенным и пониженным давлением в виде волн уплотнения–разрежения, возникающих в результате сжатия и расширения продуктов горения при выделении и поглощении энергии.

В зависимости от того, как соотносятся процессы перемещения и реагирования, горение может носить кинетический, диффузионно-кинетический и диффузионный характер.

В горючей системе, в которой преобладают процессы химического реагирования, наблюдается кинетическое горение, при преобладании диффузионных процессов происходит диффузионное горение.

Среди большого количества разновидностей реального процесса горения газов может выделить несколько типичных схем

1. Схема кинетического горения в замкнутом объёме. В замкнутый объём помещения (шахты), содержащий воздух, вследствие утечки из техногенного устройства (или из угольного пласта) поступает горючий газ. Он перемешивается с воздухом и образует горючую смесь стехиометрического состава. Смесь локально воспламеняется от источника зажигания. Распространение пламени по всему объёму носит дефлаграционный или детонационный характер. Дефлаграция переходит в детонацию лишь при особых условиях.

2. Схема кинетического факела. В реакционное пространство техногенного устройства при помощи горелки подаётся предварительно перемешанная, готовая к горению газовоздушная смесь. На выходе из горелки смесь воспламеняется, в реакционном пространстве происходит горение в объёме факела. Вновь поступающая в реакционное пространство смесь активируется, т.е. нагревается до температуры воспламенения и поджигается энергией продуктов горения.

3. Схема огневого шара. В незамкнутое воздушное пространство за относительно короткий отрезок времени поступает большое количество горючего вещества, высвободившегося в результате разрушения резервуара со сжатым или сжиженным газом. Газ расширяется, перемешивается с воздухом и образует богатую смесь. Смесь локально воспламеняется от источника зажигания. Горение имеет диффузионно-кинетический характер и приводит к образованию огневого шара.

4. Схема диффузионного факела. В реакционное пространство техногенного устройства при помощи горелки раздельно подаются газ и воздух. На выходе из горелки в реакционном пространстве газ и возду перемешиваются. Смесь нагревается до температуры воспламенения и зажигается тепловой энергией продуктов горения. Горение смеси происходит в объёме диффузионного факела.

5. Схема атмосферного факела. В неограниченное воздушное пространство в результате утечки из техногенного устройства поступает газ. На выходе из устройства в воздушном пространстве происходит смесеобразование и горение в объёме диффузионного факела.

10.3.Кинетическое горение газа в замкнутом объёме

Горение перемешанной газовоздушной смеси происходит, если концентрация газа в ней соответствует условию:

,

где ен, ев – соответственно нижний и верхний концентрационные пределы распространения пламени, %.

Предположим, что исходная смесь неподвижна и занимает достаточно большой, но ограниченный твёрдыми поверхностями объём пространства.

Процесс горения газовоздушной смеси включает в себя несколько стадий, среди которых стадия:

а) локального нагрева смеси до температуры воспламенения от источника зажигания;

б) формирования зоны горения, в которой происходит химическое реагирование, выделение тепловой энергии и образование продуктов горения;

в) нормального распространения зоны горения;

г) перехода ламинарного режима в турбулентный вследствие турбулизации зоны горения;

д) перехода при наличии особых условий дефлаграции в детонацию.

В смесь вводится источник зажигания, локальный объём смеси у источника нагревается до температуры воспламенения, и начинается непосредственно процесс горения. Возникновение горения смеси около источника зажигания приводит к нагреву соседних слоёв. В них также начинаются химические реакции горения. Сжигание газа в малых объёмах этих слоёв приводит к вовлечению в процесс горения следующих слоев и т.д. Зона горения перемещается по смеси, с нормальной скоростью, обеспечивая распространение пламени.

При определённых условиях возможно самоускорение горения. Выделяющаяся тепловая энергия нагревает продукты горения. Нагретые газы имеют меньшую плотность чем исходная смесь, поэтому в зоне горения локально повышается давление. Выравнивание давления приводит к турбулизации газов. В стеснённых условиях замкнутого пространства происходит увеличение общего давления. Турбулизирущее действие оказывают шероховатые поверхности, ограничивающие реакционный объём. Ламинарное горение, вследствие этого, способно переходит в турбулентное.

Границы ламинарной зоны горения чётко очерчены, они прямолинейны и нормальны направлению перемещения пламени (рис)

 

 

 


Рис. 9. Зона горения в ламинарном и турбулентном режиме

Зона турбулентного горения существенно шире, границы очерчены менее чётко и криволинейны. Турбулентное пламя представляет собой зону горения, раздробленную на отдельные очаги.

Скорость турбулентного распространения пламени зависит от масштаба турбулентных пульсаций. При крупномасштабной турбулентности, когда масштаб пульсаций больше ширины ламинарной зоны горения, горящие очаги выносятся в горючую смесь. Вследствие этого, зона турбулентного горения увеличивает свои размеры, интенсифицируется нагрев смеси, скорость горения возрастает. Скорость турбулентного распространения пламени существенно больше нормальной скорости

При дефлаграции разогрев смеси происходит посредством теплопроводности, молекулярной и турбулентной диффузии.

Самоускорение горения при особых условиях может привести к возникновению детонации. Турбулентная дефлаграция сопровождаются значительным увеличением давления продуктов горения на фронте пламени и приводят к образованию волн давления большой амплитуды.

Дефлаграция переходит в детонацию, когда волна давления при своём перемещении сжимает смесь до состояния воспламенения.

При детонации смесь нагревается до температуры воспламенения в результате быстрого, близкого к адиабатическому сжатия. Зона химических превращений перемещается в объёме смеси с детонационной скоростью, которая значительно выше турбулентной скорости.

Турбулентная дефлаграция и детонация в газах составляют основу дефлаграционных и детонационных взрывов.

<== предыдущая лекция | следующая лекция ==>
Общая характеристика техногенных газов | Факельное горение газов
Поделиться с друзьями:


Дата добавления: 2014-01-07; Просмотров: 1529; Нарушение авторских прав?; Мы поможем в написании вашей работы!


Нам важно ваше мнение! Был ли полезен опубликованный материал? Да | Нет



studopedia.su - Студопедия (2013 - 2024) год. Все материалы представленные на сайте исключительно с целью ознакомления читателями и не преследуют коммерческих целей или нарушение авторских прав! Последнее добавление




Генерация страницы за: 0.011 сек.