Põlemisreaktsioon. Põlemise tüübid. Põlemisomadused. Tahkete põlevate ainete ja vedelike põlemiskiirus

Kõrge energiatarbega tahkete komposiitkütuste põlemiskiiruse uurimine

Sissejuhatus

1. Kirjanduslik ülevaade

1.1. Raketikütus

1.1.2 Kolloidsed kütused

1.1.3 Segakütused

1.1.4 Füüsikalised omadused

1.1.5 Põlemismehhanism

1.1.6 Kütuse põlemiskiirus

1.1.7 Algkoosseis. Tingimuslik keemiline valem

2. Katsetehnika

2.2 Proovide tegemise kord.

3. Katseandmed

Bibliograafia

Sissejuhatus

Lõhkeainete põletamist on praktikas kasutatud pikka aega – alates musta pulbri leiutamisest. Lõhkeainete ja raketikütuste põlemist pideval rõhul reguleerivaid seadusi hakati aga uurima suhteliselt hiljuti: esimest tööd selles vallas alustasid K.K.Andreev ja A.F. Beljajev meie sajandi 30. aastatel ja kuulus rõhuvahemikku, mis ei ületanud 100–150 atm.

Seni pole piisavalt selgust, millised tegurid määravad ballistiliste ja segaraketikütuste põlemiskiiruse sõltuvuse rõhust, kuidas see sõltub nende koostisest, kuidas see on seotud nende koostist moodustavate üksikute lõhkeainete vastavate sõltuvustega, ja lõpuks, kuidas põlemiskiirus on seotud lõhkeainete keemilise struktuuriga. Sellega seoses pakub suurt huvi lõhkeainete põlemise uurimine.

Käesoleva monograafia põhiülesanne on süstematiseerida ja üldistada uusi eksperimentaalseid ja teoreetilisi andmeid positiivsete ja negatiivsete katalüsaatorite mõju kohta erinevate klasside üksikute lõhkeainete põlemisel.

Üks võimalus segakütuste energiapotentsiaali suurendamiseks on pulbriliste metallide kasutamine nende koostises.

Alumiiniumipulber jääb tahkekütuse üheks põhikomponendiks. Peendispersse alumiiniumi puhul leiti põlemiskiiruse märkimisväärne tõus, mis võib olla seotud nende metallifraktsioonide täieliku põlemisega õhus.

Kõiki uuritud koostisi iseloomustas konstantne oksüdeerija liigsuhe 0,9.

Lisaks põlemisele viidi töös läbi põlemiskiiruse määramine.

1. Kirjanduslik ülevaade

1.1 Raketikütused

Keemilise kütusega töötavates rakettmootorites vabaneb energia selle tulemusena keemiline reaktsioon... Energia võib vabaneda järgmiste reaktsioonide tulemusena:

a) oksüdatsiooni-redutseerimise (oksüdatsiooni) reaktsioonid, kui oksüdeerivate ja põlevate elementide vahelises reaktsioonis vabaneb energia; kütus koosneb sel juhul vähemalt kahest ainest - oksüdeerijast ja kütusest;

b) lagunemisreaktsioonid, kui keeruka aine lagunemisel lihtsamateks eraldub soojust; kütus võib sel juhul koosneda ainult ühest ainest;

c) rekombinatsiooni (ühendi) reaktsioonid, mil soojus eraldub samanimeliste aatomite või radikaalide ühinemisel molekulideks.

Raketimootorite kütused võib jagada nelja rühma: jagatud etteandega vedelkütused, ühtsed vedelkütused, tahked kütused, segatud agregatsiooniga kütus.

Tükeldatud kütteõli puhul vabaneb energia oksüdatsiooni-redutseerimisreaktsiooni tulemusena. Oksüdatsiooniprotsessi võib tavapäraselt kujutada elektronide vahetusena selles protsessis osalevate aatomite välisel elektronkihil. Sel juhul loovutavad põlevate elementide aatomid oma elektronid ja oksüdeerivate elementide aatomid omandavad need.

Kütuseelemendid on süsinik C, vesinik H, boor B, alumiinium AI, liitium Li jne. Oksüdeerivad elemendid on fluor F, hapnik O, kloor CI, broom Br. Fluor ja hapnik on teistest oksüdeerivatest elementidest oluliselt paremad.

Oksüdeeriv aine ja kütus on üldiselt keerulised ühendid, mis võivad sisaldada nii oksüdeerivaid ja põlevaid elemente kui ka neutraalseid.

Põlev aine on aine, mis olenemata sellest, kas see sisaldab oksüdeerivaid elemente või mitte, vajab põlevate elementide täielikuks oksüdeerimiseks välist oksüdeerijat. Näiteks etüülalkohol C2H5OH sisaldab lisaks põlevatele elementidele (C ja H) ka oksüdeerivat elementi - hapnikku, kuid see on alkoholi põlevate elementide täielikuks oksüdatsiooniks täiesti ebapiisav; seetõttu on etüülalkohol tuleohtlik.

Oksüdeeriv aine on aine, milles, kuigi võib esineda põlevaid elemente, on selles märkimisväärne liig oksüdeerivaid elemente, nii et selle enda põlevate elementide täieliku oksüdeerumisega saab kasutada mis tahes muu kütuse oksüdeerimiseks. Näiteks lämmastikhape НNО3 või vesinikperoksiid Н2О2 sisaldavad põlevat elementi - vesinikku, kuid oksüdeerivat elementi (hapnikku) on neis sellises koguses, et kui lämmastikhappe või vesinikperoksiidi vesinik on täielikult oksüdeerunud, tekib liig neisse jääb hapnik, mida saab kasutada mis tahes kütuse oksüdeerimiseks; seetõttu on НNО3 ja Н2О2 oksüdeerivad ained.

Oksüdeerija ja kütuse proportsioonid kütuses määratakse väärtusega, mida nimetatakse komponentide suhteks. Komponentide teoreetiline (stöhhiomeetriline) suhe æ0 on minimaalne oksüdeerija kogus, mis on vajalik 1 kg kütuse täielikuks oksüdeerimiseks. Teisisõnu, komponentide teoreetiline suhe on selline oksüdeerija ja kütuse kulu suhe, mille juures oksüdeerija oksüdeerib kütuse täielikult, jäämata üle.

Tegelik komponentide suhe æ on oksüdeerija ja kambrisse antava kütuse voolukiiruste tegelik suhe, mis võib erineda teoreetilisest.

Tavaliselt æ<æ0.

Suhet α = æ / æ0 nimetatakse oksüdeerija liigsuhteks. Oksüdeerija liigsuhet, mille juures saavutatakse maksimaalne eritõukejõud, nimetatakse optimaalseks.

Jagatud etteandega kütused võivad olla isesüttivad või mittesüttivad. Esimeste hulka kuuluvad need kütused, mille süttimine algab iseenesest oksüdeerija ja kütuse kokkupuutel käivitamisel kambris eksisteerivates tingimustes ilma täiendava sekkumiseta. Mittesüttivad kütused nõuavad esmaseks süütamiseks (mootori käivitamisel) süüteseadet.

Oksüdeerija ja kütuse segu on üldiselt plahvatusohtlik.

Ühtne (ühekomponentne) kütus võib olla selline üksikaine või selline eelnevalt valmistatud ainete segu, mis teatud tingimustel tekitab keemiliste lagunemis- või oksüdatsioonireaktsioonide tulemusena soojust; viimasel juhul on kõik oksüdatsiooniks vajalikud elemendid unitaarses kütuses endas.

Tahked raketikütused on loomulikult ühtsed, kuna sisaldavad oma massis kõiki keemilise reaktsiooni kulgemiseks vajalikke aineid. Tahked raketikütused võivad põhineda ainetel, mis on võimelised toimuma eksotermilisel lagunemisreaktsioonil, või oksüdeerija ja kütuse segudel. Tahkeid raketikütuseid kasutatakse laialdaselt raketitööstuses. Need võimaldavad teil mootori lihtsat konstruktsiooni ja kõrget valmisolekut selle käivitamiseks. Tuntud tahked kütused pakuvad aga madalamaid eritõukeväärtusi kui vedelkütused.

Segaühendatud kütused koosnevad erinevas agregatsiooniastmes komponentidest; näiteks vedel-tahke kütus, mille üks komponentidest on vedel ja teine ​​tahke. Sel juhul asetatakse tahke komponent põlemiskambrisse ja vedel komponent paaki ning juhitakse ühel või teisel viisil kambrisse, kus toimub keemiline reaktsioon oksüdeerija ja kütuse vahel ning moodustis. gaasiliste põlemisproduktide ..

1.1.1 Tahked raketikütused

Tahked raketikütused võib jagada kahte põhirühma: kolloidsed (kahealuselised) ja segatud.

1.1.2 Kolloidsed kütused

Need kütused põhinevad nitrotselluloosil (nitrotselluloosil) ja lahustil, mis moodustavad suurema osa kütusest (üle 90%); seetõttu nimetatakse selliseid kütuseid kahealuselisteks.

Nitrotselluloos saadakse tselluloosi töötlemisel lämmastikhappega, mille tingimuslik valem on [С6Н7О2 (ОН3)] n. Sel juhul asendatakse hulk tselluloosi OH-rühmi nitraadi OH-rühmadega. Tselluloosnitraatide omadused sõltuvad neis sisalduvate ONO2 rühmade arvust või, mis on sama, lämmastiku protsendist; nitrotselluloosis, mida kasutatakse tahkete raketikütuste valmistamiseks, on see 12-13%. Nitrotselluloos on võimeline eksotermiliseks lagunemisreaktsiooniks; sel juhul toimub põlevate elementide oksüdatsioon hapniku toimel. Nitrotselluloosil on negatiivne hapnikubilanss: põlevate elementide täielikuks oksüdeerimiseks pole piisavalt hapnikuaatomeid. Mida kõrgem on tselluloosi nitreerimise aste, s.o. mida suurem on lämmastikusisaldus, seda soodsam on hapniku tasakaal. Nitrotselluloosi lagunemissoojus on vahemikus 3000 kuni 4000 kJ / kg.

Nitrotselluloosi ei saa puhtal kujul kasutada kütusena, kuna see kaldub plahvatama. Nitrotselluloosi mõningate lahustitega töödeldes saadakse kolloidne lahus - želatiinitaoline mass, mida edasi töödeldakse kõrge kuumakindluse ja vajaliku kuju saamiseks. Sellisel kujul on kolloidkütuste laengutel kõrge plahvatuskindlus ja ühtlase põlemise võime.

Kõige sagedamini kasutatav lahusti on nitroglütseriin. Sellel on kõrgem lagunemissoojus kui nitrotselluloosil, seetõttu suurendab nitroglütseriini protsendi suurenemine kütuses kütuse kütteväärtust ja sellest tulenevalt ka spetsiifilise impulsi suurust. See on tingitud asjaolust, et nitroglütseriinil on positiivne hapnikubilanss ja osa nitrotselluloosi põlevatest elementidest oksüdeeritakse nitroglütseriini liigse hapniku toimel. Kuid nitroglütseriini sisaldus kütustes ei ületa 43%, kuna selle osakaalu edasise suurenemisega laengute tugevus väheneb ja nende stabiilsus halveneb.

Lisaks põhikomponentidele - nitrotselluloosile ja lahustile - lisatakse kolloidkütuste koostisesse erinevaid lisandeid: stabilisaatorid, mis suurendavad laengute stabiilsust ladustamisel, flegmatisaatorid, mis vähendavad kütuste põlemiskiirust, katalüsaatorid, mis parandavad põlemisprotsessi madalal rõhul. , tehnoloogilised lisandid, mis hõlbustavad laengute pressimist, ja värvained ...

Kahebaasiliste kütustega tahkekütuse rakettmootorite spetsiifilised impulsid on vahemikus 2000–2400 N * s / kg; kõrgemad väärtused viitavad suurema nitroglütseriinisisaldusega kütustele ja nitrotselluloosile, millel on suurem nitreerimisaste. Kolloidsete kütuste tihedus on vahemikus 1550-1650 kg / m3.

1.1.3 Segakütused

Segakütused on tahkete oksüdeerijate ja kütuste mehaanilised segud.

Oksüdeerivad ained on tavaliselt hapnikurikkad perkloor- ja lämmastikhappe tahked soolad, eelkõige ammooniumperkloraat NH4CIO4, kaaliumperkloraat KCIO4, naatriumnitraat NaNO3 jne.

Ammooniumperkloraati kasutatakse peamiselt segakütuse oksüdeeriva ainena. Selle kasutamine võimaldab saada vastuvõetavate töö- ja piisavalt kõrgete energiaomadustega kütuseid. Kaaliumperkloraat, vaatamata suurele aktiivse hapniku sisaldusele, annab põlemisproduktides tahke KCl moodustumise tõttu spetsiifiliste impulsside väiksema väärtuse.

Nitraadid – naatrium-, ammoonium- ja kaaliumnitraat – on odavad saadaolevad tooted, kuid need on vähem tõhusad kui perkloraadid ja hügroskoopsed ning seetõttu ei ole neil sarnaselt kaaliumperkloraadiga laialdast praktilist kasutust.

Komposiitkütustes sisalduv kütus toimib ka sideainena. Nendes kütustes kasutatakse kütustena piisavalt kõrge kütteväärtusega aineid, mis on võimelised siduma kütuse üksikuid komponente. Nendel eesmärkidel kasutatakse tavaliselt sünteetilisi polümeere, nagu kumm, vaigud ja plastid (näiteks polüuretaanid, polübutadieenid, polüsulfiidid).

Tahked segakütused valmistatakse purustatud oksüdeerijaosakeste sisestamisel sulakütusesse - sideainesse. Sel viisil saadud massi kasutatakse kas plokkide valmistamiseks, mis seejärel sisestatakse põlemiskambrisse, või valatakse otse põlemiskambrisse, kus see tahkub ja seotakse kindlalt seintega. Sel juhul peab kütuselaeng olema piisavalt elastne, et selles ei tekiks kütuse ja kambri materjalide erinevatest joonpaisumiskoefitsientidest tingitud soojuspingete mõjul pragusid. Konstruktsiooniga tihedalt seotud laengute kasutamine parandab kambri mahu kasulikku kasutamist; lisaks, kui laengu põlemine toimub keskelt perifeeriasse, on välistatud vajadus kaitsta põlemiskambri seinu soojusisolatsioonimaterjalidega.

Enamiku tahkekütuste ja oksüdeerivate ainete kombinatsioonide puhul stöhhiomeetrilises segus moodustab oksüdeerija 85–90% või rohkem. Kuid selle märkimisväärse sisalduse tõttu halvenevad laengute mehaanilised omadused väikese kütuse - sideme - osakaalu tõttu. Seetõttu on tavaliselt segakütustes oksüdeerija ülejäägi suhe väiksem kui ühik ja alla optimaalse väärtuse. Sellest vaatenurgast on soodsamad kombinatsioonid, mille väärtus on æ0.

Lisanditeta segakütused annavad samas suurusjärgus spetsiifilisi impulsse kui kahealuselised; segakütuste tihedus on vahemikus 1700-1800 kg / m3. Spetsiifilise impulsi suurendamist saab saavutada teatud koguse metallilise kütuse sisseviimisega. Praegu kasutatakse alumiiniumpulbri lisandeid sisaldavaid segakütuseid, mis tõstavad kütuse kütteväärtust. Tõsi, sel juhul ilmub põlemisproduktidesse polüaatomiline alumiiniumoksiid АI2О3, millest märkimisväärne osa on kondenseerunud; aga spetsiifiline impulss suureneb. Alumiiniumi lisandid kuni 5-15% suurendavad eriimpulsi 100-200 N * s / kg. Tahkekütuste eriimpulsi suurendamiseks töötatakse välja teisi meetodeid, eelkõige sünteesides kütuseid, milles metallelemendid on teiste komponentidega keemiliselt seotud. Spetsiifilise impulsi suurendamine on võimalik ka tõhusamate oksüdeerijate kasutamisel. See on eelkõige liitiumperkloraat LiCIO4. Spetsiifilise impulsi suurenemisele peaks kaasa aitama ka oksüdeerija osakaalu suurendamine tahketes segakütustes teatud piirini.

Segakütustel on kahealuseliste kütuste ees mitmeid eeliseid. Need on odavamad, tehnoloogiliselt arenenumad, võimaldavad luua laenguid, mis on tihedalt kesta külge kinnitatud; metallilisandite juuresolekul annavad need suurema spetsiifilise impulsi; lõpuks võimaldavad need koostist muutes saavutada suurema hulga muutusi kütuse omadustes.

Mõnikord kasutatakse segatüüpi tahkeid kütuseid, sealhulgas nii sega- kui ka kahealuselisi kütuseid. Näiteks toome välja ühe ballistilise raketi mootorikütuse koostise; ammooniumperkloraat, nitroglütseriin, nitrotselluloos, alumiiniumipulber.

Vaatamata välismaistes laborites olemasolevate ja välja töötatud koostiste mitmekesisusele, sisaldavad segakütused reeglina järgmisi aineid (massi järgi):

Oksüdandid (kaaliumperkloraat, ammooniumnitraat) ……………… ..60-80%

Põlevad sideained (kummid, polüuretaanid) ………… 25-15%

Alumiinium (pulber) ………………………………………… 10-5%

Katalüsaatorid ja muud eriained ………………… .kuni 5%.

Ammooniumnitraat (ammooniumnitraat) NH4NO3 on valge kristalne pulber, mille erikaal on 1,7 g / cm3. Laguneb kuumutamisel üle 170°C. Väga hügroskoopne. Põlemis- ja plahvatusvõimeline. Põlemisel eraldub suur hulk ainult gaasilisi tooteid.

1.1.4 Füüsikalised omadused

Kütuste tihedus on kriitiline näitaja ja seda kontrollitakse alati kütuste tootmisel.

Kütuste vähenenud tihedus viitab sellele, et kütuses on poorid ja tühimikud, mis on kvaliteetsete kütusetasude jaoks vastuvõetamatud. Vähendatud tihedus mõjutab ka kütuse põlemiskiirust: tiheduse vähenemisel see suureneb ja vastupidi.

Termofüüsikaliste omaduste hulka kuuluvad erisoojus Сp, soojusjuhtivuse koefitsient λ ja termilise difusioonikoefitsient α. Need väärtused iseloomustavad kütuste võimet tajuda temperatuuriga kokkupuutel soojust ja juhtida (jaotada) seda läbi kütuse paksuse. Neid kasutatakse mootorikambri külge kinnitatud laengute termiliste pingete ja mootorite kütuste põlemiskiiruste teoreetilistes arvutustes.

Kütuste füüsikaliste omaduste muutused ladustamisel toimuvad välistemperatuuri, niiskuse ja aja muutuste mõjul.

Ultradispergeeritud osakeste pinnal toimub aatomite paigutuse radikaalne ümberkorraldamine ja aatomitevaheliste sidemete tüübi muutus võrreldes suurte osakeste pinnaga.

Ultradispergeeritud osakestes realiseerub spetsiaalne kaugjärjestus, mille korral muutuvad aatomitevahelised kaugused osakese keskpunktist pinnale liikudes regulaarselt, mis viib paljude defektide tekkeni nii osakese pinnal kui ka pinnal. suures osas ja suurendab sellise süsteemi aktiivsust tervikuna.

1.1.5 Põlemismehhanism

Segakütuste põlemismehhanismil on mitmeid tunnuseid, mille määravad neis sisalduvate ainete koostis ja olemus.

Segakütuste põlemine algab tahkes faasis oksüdantide ja põlevate sideainete termilise lagunemisega. Põlemisprotsess gaasifaasides on lõppenud komponentide termilise lagunemise gaasiliste saaduste intensiivsete keemiliste reaktsioonide tõttu.

Segakütuste põletamisel on kõige iseloomulikumad põlemispinna kõrged temperatuurid (kuni 500-600 ° C) ja maksimaalsed põlemistemperatuurid põlemispinnale lähemal.

Tahkete raketikütuste põlemisprotsess on väga tundlik välismõjude – rõhu ja kütuse algtemperatuuri suhtes. Rõhu ja temperatuuri tõusuga vähenevad tumedad ja segatsoonid järsult ning leegi tsoon jõuab põlemispinna lähedale. Põlemispinna soojusvarustus suureneb, põlemiskiirus suureneb ja küttetsoon kitseneb. Nende ebasoodsate tingimuste vältimiseks kasutatakse põlemiskatalüsaatoreid, mis kiirendavad keemilisi reaktsioone tahkes ja gaasifaasis, mis soodustavad täielikumat põlemist ja lõppkokkuvõttes parandavad kütuste omadusi.

Tehisintellekti sisseviimine orgaanilist kütust ja anorgaanilist oksüdeerijat sisaldavatesse kütusesüsteemidesse soodustab süttivuse ja põlemiskiiruse suurenemist ning mõjutab põlemiskiiruse sõltuvust rõhust.

1.1.6 Kütuse põlemiskiirus

Kütuste põlemisprotsessi kvantitatiivseks hindamiseks kasutatakse kas põlemisfrondi liikumiskiirust või pinnaühikust ajaühikus põleva kütuse massi.

Esimesel juhul nimetatakse põlemiskiirust lineaarseks ja seda väljendatakse mm / s või cm / s, teisel - massina ja väljendatakse g / cm2 * sek. Praktikas kasutatakse sageli lineaarset põlemiskiirust.

Põlemiskiirus on kütuse väga oluline tööomadus, kuna selle põhjal hinnatakse laengu pinnalt kütuse põlemisel ajaühikus tekkivate gaaside hulka. See on kütusetasude kujundamisel üks peamisi parameetreid.

Kütuse põlemiskiirus sõltub rõhust mootoris, kütuse algtemperatuurist, tihedusest, energiaomadustest, kütuse koostisosade iseloomust, oksüdeerija osakeste suurusest (segakütustes) ja põlemiskatalüsaatoritest.

Praktilistel eesmärkidel on alati vaja ennekõike teada põlemiskiiruse sõltuvust rõhust.

Tahkekütuste põlemiskiiruse sõltuvus rõhust määratakse empiiriliselt ja väljendatakse valemitega, mis on saanud põlemiskiiruse seaduste nimetuse. Põlemiskiiruse seadus leitakse empiiriliselt iga kütuse jaoks soovitud rõhuvahemikus.

1.1.7 Algkoosseis

Tingimuslik keemiline valem.

Aine koostist üksikute elementide massiosades nimetatakse elementaarseks koostiseks. Aine üksiku (k-nda) elemendi massiosa üldvalem on:

siin bk on k-nda elemendi massiosa;

ak on antud elemendi aatomite arv vaadeldava ühendi molekulis;

Ak on selle elemendi aatommass;

Kui seni piirduda elementidega H, C, N ja O, siis üldjuhul on aine keemilisel valemil kujul

Siis saab elementaarne kompositsioon

Siin µ = 12m + n + 16p + 14q on aine molekulmass;

bc, bh, bo, bn - süsiniku, vesiniku, hapniku ja lämmastiku fraktsioonid.

Süsiniku ja vesiniku puhul aktsepteeritakse aatommasside ümardatud väärtusi (µn = 1, µs = 12);

Kui kütus või selle komponent on mitme aine kombinatsioon, leitakse üksiku elemendi massiosa järgmiselt:

kus bk on segu k-nda elemendi massiosa,

gi - üksiku (i-nda) aine massiosa segus,

bki - k-nda elemendi massiosa i-ndas aines;

Kui kütus koosneb oksüdeerijast ja kütusest ning komponentide suhe æ on teada mõlema komponendi elemendiline koostis, siis eraldiseisva (k-nda) elemendi massiosa kütuses saab leida järgmiselt:

bk = (bkг + ækok) / (1+ æ).

Kui komponendid on üksikute ainete segud, on mõne arvutuse jaoks mugav kasutada antud komponendi tavapärast keemilist valemit. Seda valemit saab koostada erineval viisil. Näiteks on seda mugav määrata erinevate elementide aatomite arvu järgi vaadeldava komponendi 100 massiühiku kohta. Siis saab tingimusliku keemilise valemi kuju

kus m = 100bc / 12; n = 100bH/1; p = 100bo / 16; q = 100bN / 14,

ja bc, bH, bo, bN on selle komponendi vastavate elementide massiosad.

2. Katsetehnikad

Töös on kasutatud mudeltahkete kütuste valmistamise meetodeid, mõõtes põlemiskiirust.

2.1 Kütuse koostise komponentide protsentuaalse koostise määramine teadaoleva α järgi

Oksüdandi liigsuhte teadmine süsteemis võimaldab lahendada pöördülesande, s.t. määrata kütuse koostise komponentide protsentuaalne koostis.

Vaatleme seda kütuse näitel, mille α = 0,90 ja alumiiniumisisaldus on 15 massiprotsenti. %, siis võib kütuse koostise sisalduse kirjutada kujul

NH4NO3 – (85.)%

Komplekt – x%

Tabel 1. Samaväärse valemi arvutamine.

Põlemise peamine omadus on põlemiskiirus. Eristada tavalist (lineaarset) ja masspõlemiskiirust.

Normaalsel kiirusel aru saada U n... - põlemisfrondi lineaarne liikumiskiirus põlemispinnaga risti olevas suunas:

Un = ℓ / τ [cm/s]

Massi põlemiskiirusU m Kas algse põleva süsteemi kogus, mis põleb põlemisfrondi pinnaühikult ajaühikus ära.

Um = Un × p0 [g / cm2 × s]

Põlemiskiirusest rääkides tuleb vahet teha tegelikul põlemisel ja põlemise pinnale levimisel. Pulbrikolonni põlemisel võtab kondenseerunud faas tavaliselt koonuse kuju, samas kui põlemispind osutub esialgsest palju suuremaks.

(Mittetäieliku põlemisproduktide järelpõlemine õhu hapniku tõttu põhjustab temperatuuri tõusu ja selle tulemusena kiirendab põlemise levikut laengu pinnal).

Kui raketikütuse elemendid põlevad puuraugus, toimub süttimine tavaliselt kogu vaba pinna ulatuses.

Põlemisel tekkivate gaaside mass on võrdne:

Q = Um × s

Kui osakese pind põlemisel väheneb, siis seda kuju nimetatakse depressiivne(nt pall, kuubik), kui pind suureneb - progressiivne(kanalitega kontrollija).

V

Riis. 3. Püssirohu kabe põletamine

Kondenseerunud plahvatusohtlike süsteemide põletamine

Kondenseeritud õhusõidukite laengute põletamise protsessis tuleks eristada kolm peamist protsessi:

süttimine süüteallikast laengu lõpust;

kihthaaval põletamine;

laengu süttimine külgpinnalt (soomuse puudumisel külgpinnal).

Sellist keerulist heterogeenset protsessi nagu põlemine on teoreetiliselt väga raske kirjeldada. Aga kui teeme mitmeid eeldusi:

Kogu reaktsioon toimub maksimaalsel põlemistemperatuuril,

Aine aurustub esmalt täielikult ja seejärel tekivad reaktsioonid aurudes jne, seejärel sobib protsess kirjeldamiseks.

Vastavalt normaalse põlemise teooria keemilise reaktsiooni tsooni levimiskiirus määratakse kahe protsessi kombinatsiooniga:

● soojuse ülekandumine keemilise reaktsiooni tsoonist kuumutustsooni soojusjuhtivuse tõttu ja

● aine massiline ülekanne kuumutustsoonist keemilise reaktsiooni tsooni difusiooni tõttu.

Lahendades ühiselt soojusjuhtivuse ja difusiooni võrrandeid, saadi massi põlemiskiiruse avaldis:

U m =

λ - soojusjuhtivuse koefitsient;

– oksüdatsioonireaktsiooni termiline efekt (gaasi massiühiku kohta);

m on reaktsiooni järjekord;

T r on põlemistemperatuur;

E on aktiveerimisenergia;

T 0 - algtemperatuur;

W T G - reaktsioonikiirus T põlemisel.

W T Г = ρ о · z · exp (-E / RT г).

KOOS

Temperatuuri leviku ja reaktsiooni kulgemise skeem lenduvate lõhkeainete statsionaarsel põlemisel Beljajevi järgi.

Põlemiskiiruse sõltuvus erinevatest teguritest

Lineaarne ja massiline põlemiskiirus sõltub:

laengu geomeetrilised mõõtmed (läbimõõt);

välistingimused (temperatuur ja rõhk);

HS-i dispersioon (osakeste suurus);

lisandite olemasolu.

Segasüsteemide puhul mõjutab mõju lisaks:

komponentide keemiline olemus, nende termofüüsikalised omadused;

komponentide suhe ja igaühe dispersioon.

Põlemine toimub sisse soojuse ülekandumise tulemusena naaberkihile vabaneb reageerivas kihis. Samaaegselt soojuse eraldumisega, kaotused see keskkonda.

Põlemine toimub paigal ainult siis, kui külgnevale kihile antav soojushulk ja soojuskadu on tasakaalustatud reaktsioonist tingitud soojussisendiga.

Kui summaarne soojusülekanne muutub suuremaks kui soojuse sisend, pole põlemine võimalik.

Laengu läbimõõdu vähenemisega väheneb ajaühikus vabanev soojushulk võrdeliselt läbimõõdu ruuduga. Soojusülekanne samuti väheneb, kuid aeglasemalt - see on võrdeline jahutusradiaatori pinnaga, s.t. läbimõõdu esimene aste. Teatud läbimõõdu väärtusel ei suuda soojussisend soojuskadu kompenseerida ja põlemine kustub.

Kriitiline põlemisläbimõõt nimetatakse minimaalseks läbimõõduks, mille juures on põlemine veel võimalik. Kriitiline läbimõõt ei ole konstantne väärtus, see ei sõltu ainult lõhkeaine olemusest, vaid ka põlemistingimustest, eelkõige rõhust, algtemperatuurist, laengu tihedusest ja kristallide hajutatusest.

● Kõrgemad temperatuurid ja rõhud vähendavad kriitilist põlemisdiameetrit, suurendavad põlemiskiirust ja vähendavad kadusid keskkonda.

Tahkete põlevate ainete põlemist põlemise algfaasis nimetatakse süütamiseks. Sellist toodet iseloomustab põlemise ebastabiilsus, suhteliselt madal temperatuur selle tsoonis, leegivoolu väike suurus ja väike kolde pindala.

Ümbritseva õhu temperatuur tõusis veidi, ainult otse põlemiskeskuses.

Tulekahju algfaasi (süttimist) saab kustutada esmaste tulekustutusvahenditega. Kui tuld kohe ei kustutata, intensiivistab põlemisel eralduv soojus viimase protsessi. Sel juhul leegi suurus suureneb ja põlemine muutub stabiilseks. Samal ajal tõuseb ümbritseva õhu temperatuur ja intensiivistub põlemiskeskuse poolt eralduva soojusenergia mõju. Ja sellise süttimise kõrvaldamiseks on vaja suurt hulka esmaseid tulekustutusvahendeid, vee- ja vahujoasid.

Kasutatud tulekustutusvahendite ebapiisava efektiivsuse või hilise kasutamise korral põlemine areneb edasi, selle tsoon suureneb suurel alal. Samal ajal tõuseb temperatuur, vabaneb märkimisväärne kogus soojusenergiat ja konvektsiooni õhuvoolud suurenevad. Nendel tingimustel on võimalik konstruktsioonide deformatsioon ja kokkuvarisemine.

Sellise tulekahju kustutamine nõuab palju pingutusi ja võimsaid vahendeid.

Materjalide põlemiskiirus tulekahju ajal on erinev ja sõltub põlemistingimustest, põleva aine koostisest ja viimase poolt põlemistsoonist soojuse ülekandumise intensiivsusest.

Põlemiskiirusi on kaks: gravimeetriline ja lineaarne. Kaalu kiirus on kaal (int, kg ) ainet, mis põles läbi ajaühikus (inmin, h ). Tahkete põlevate ainete lineaarne põlemiskiirus on tule leviku kiirus (inm/min ) ja tuletõrjekeskuse pindala kasvutempo (inm 2 / min ).

Tahkete ainete põlemiskiirus on muutuv ja sõltub nende pinna ja mahu suhtest, niiskusest, õhu juurdepääsust ja muudest teguritest.

Paljude jõelaevade tulekahjujuhtumite uurimisel saadud andmete põhjal on tule leviku lineaarne kiirus 0,05–2,5 m / min ja tulekeskuse ala kasvukiirus 0,3. kuni 50,0 m 2 / min.

Tulekahju alguses, umbes esimese 2-3 minuti jooksul, suureneb selle kolde pindala intensiivselt reisilaevadel kuni 41-44 m. 2 / missioon. Põhjuseks on asjaolu, et sel perioodil kulub palju aega laevameeskonna personali kogumisele ning aktiivset võitlust tulega endiselt ei toimu. Järgmise 10 minuti jooksul, kui pannakse tööle statsionaarsed noorus- ja vahtkustutusvahendid, aeglustub tuletõrjekeskuse pindala kasv umbes 6-7 meetrini. 2 / min.

Uuringud on näidanud, et reisilaev võib tulekahjus hävida 20-30 minutiga, kui selle kustutamise korraldus on puudulik.

Tule leviku lineaarne kiirus määrab tulekahju ala ja kõige selle läbipõlemisaste, mis selles piirkonnas võib põleda, määrab tulekahju kestuse.

Vedeliku lineaarne põlemiskiirus on selle kihi kõrgus (mm, cm), läbipõlemine ajaühikus (min, h).

Tuleleegi levimiskiirus tuleohtlike gaaside süütamisel on 0,35–1,0 m / s.

Läbipõlemise määr nimetatakse ajaühikus põletatud kütuse koguseks põlemispinna ühiku kohta. See iseloomustab vedeliku põlemise intensiivsust tulekahjus. Seda on vaja teada, et määrata kindlaks tulekahju eeldatav kestus mahutites, soojuse tekke intensiivsus ja tulekahju temperatuurirežiim jne.

Vedeliku läbipõlemiskiirus on muutuv ja sõltub selle algtemperatuurist, paagi läbimõõdust, selles oleva vedeliku tasemest, mittesüttivate vedelike sisaldusest selles, tuule kiirusest ja muudest teguritest.

Kuni 2 m läbimõõduga mahutites suureneb vedelike põlemiskiirus selle suurenemisega. Üle 2 m läbimõõduga mahutites on see praktiliselt sama.

Pinnale valgunud vedeliku läbipõlemiskiirus on ligikaudu sama kui mahutites, kui selle kihi paksus on märkimisväärne

Näiteks õli põlemiskiirus on 25 cm / h , bensiin -40 cm / h, õli - 20 cm / h.

Naftasaaduse tulise põlemise korral lastipaagis vedelikku kuumutatakse.

Vedeliku kuumutamine ülemisest alumisse kihti toimub raskete õlide massis kiirusega 30 cm / h ja kergete õlide massis - 40 kuni 130 cm / h.

Petrooleum ja diislikütus kuumenevad põlemisel aeglaselt, samal ajal ei teki sama temperatuuriga kuumutatud kihti.

Õli ja kütteõli kuumutatakse sügavuti väga intensiivselt, kihi temperatuur on peaaegu alati üle 100 ° C. Õlikihi temperatuur soojeneb 300 ° C-ni ja soojendab reservuaari alumist veekihti.

Kuumutatud bensiinikihi temperatuur on tavaliselt alla 100 ° C, seetõttu ei soojene paagi alumine veekiht.

Paagis soojenev vedelik võib põhjustada selle keema või välja valguda. Keemise all mõistetakse suure hulga väikeste veepiiskade üleminekut auruks naftatootes. Sel juhul tekib vedeliku pinnale vaht, mis võib üle paagi külje voolata. Väljapaiskumise all mõeldakse paagi põhjas oleva vee hetkelist üleminekut auruks. Sel juhul tekib suurenenud rõhk, mille mõjul põlev vedelik paiskub reservuaarist välja.

Naftasaaduste keemine on enamikul juhtudel tingitud vee olemasolust neis ja harvem veepadjast paagi põhjas. Kõik naftasaadused, mis sisaldavad vett, mis põlemisel kuumeneb üle 100 ° C, on võimelised keema.

Õli ja kütteõli on võimelised keema ainult teatud niiskusesisalduse juures: õli puhul - 3,3% ja kütteõli puhul - üle 0,6%.

Alumise veekihi kirjutamisel võivad mootoriõli ja raske bensiin keema minna.

Paagi seinte jahutamine veejugadega ja perioodiline pihustatud veejoa sisseviimine ühele kolmandikule või neljandikule põlemispinnast hoiab ära kuumutatud bensiini või õli keemise ja sealt ülevoolu.

Kui (vaba külje kõrgus ületab kuumutatud kihi paksuse rohkem kui 2 korda, siis iB sisseviimisel keeb pihustatud veejoa põlemistsoon üles, kuid vedelik ei voola anumast üle.

Emissioonivõimelised on tumedad naftatooted - 3,8% niiskust sisaldav õli, kuni 0,6% niiskust sisaldav kütteõli.

Põleva vedeliku eraldumine võib toimuda, kui: kihi all on vett; vedelik kuumeneb põlemisel; kuumutatud kihi temperatuur on kõrgem kui vee keemistemperatuur.

Vabanemine toimub hetkel, kui õlitoode vesi-õlitoote liidesel soojeneb üle 100 °C (ligikaudu 150-300 °C). Pärast esimest puhumist puutub kõrgemale temperatuurile kuumutatud õlisaaduse kiht uuesti kokku veega ja toimub võimas läbipuhumine.

Kahjustuse kõrgus, ulatus ja pind sõltub reservuaari läbimõõdust. 1,387 m läbimõõduga anumas on väljapoole paiskuva põleva õli mass 10 kuni 20 konteineri kõrgusel 51–145 kg.

Mahutist väljutusprotsessi kestus on 3 kuni 60 sekundit. Purske algusaeg on erinev, ulatudes erinevatel naftatoodetel erinevatel võimsustel 2 kuni 5 tundi 30 minutit põlemise algusest.

Tavaliselt kaasneb vabastamisega naftatoote arvukad õhkutõusmised. Kogu naftasaaduste eraldumine ühe õhkutõusmisega on haruldane nähtus ja seda täheldatakse allesjäänud naftaprodukti väikese kihi ja selle olulise viskoossusega.

Väljapaiskumise alguse iseloomulik märk on anuma seinte vibratsiooni tekkimine, millega kaasneb müra ja leegi suuruse suurenemine.

Suuremad konteinerid väljuvad kiiremini kui väikesed konteinerid. Vesipadja kihi suurus emissiooni ei mõjuta.

Gaasi ja auru-õhu segu normaalne põlemiskiirus on kiirus, millega põlenud ja põlemata gaaside vaheline piirpind liigub põlemispinna vahetus läheduses puhkeolekus põlemata gaasi suhtes.

TAHKE KÜTUSE PÕLEMISKIIRS

Tahke kütuse lineaarne põlemiskiirus - põlemispinna liikumise kiirus laengu sügavusse - sõltub laengu koostisest ja valmistamise tehnoloogiast, laengu temperatuurist T 3, kambri rõhk R, gaasivoolu kiirus piki põlemispinda v, kütuse venitus, kiirendus a = ng, põleva pinna suunas, aga ka muudest teguritest:

ja = u (T 3) f (p) fi (v) f 2 () f 3 (a).

Eeldatakse, et selles sõltuvuses sisalduvad funktsioonid on sõltumatud ja määratakse eksperimentaalselt.

1. Põlemiskiiruse sõltuvust temperatuurist väljendatakse ühel järgmistest vormidest:

a) ;

b) ;

v) .

Püsiv D 1 / B = (1 ... 5) 10 3 1 / ° С, suurte väärtustega, mis viitavad ballistilistele ja madalamatele - komposiitkütustele; vastu võetud T N = = 20°C.

2. Põlemiskiiruse sõltuvust rõhust väljendatakse tavaliselt ühikutes
üks järgmistest vormidest:

a) u = u;

b) u = a + bp;

v) u = või u =

Tahkete raketikütuste siseballistikas kasutatakse reeglina võimsussõltuvust ja= u x p v, kus v= 0,2 ... 0,8 ja suur v on ballistilised ja väiksemad on segatud tahked kütused. Mõnede kütuste puhul piiratud rõhuvahemikus v= 0, võib olla ka lõike, kus v< 0.

3. Põlemiskiirus sõltub gaasi möödavoolu kiirusest
põlemispind alates vooluhulga "läviväärtusest".
v n või mõni muu määrav parameeter. Sõltuvuse vormid on erinevad,
nimelt:

a) f(v) = l + k v (v-v) v v jaoks,

(JPN kütuse puhul on meil v = 180 ... 200 m / s; k = 0,0022 s/m) või f= 1 + k (n) n korral; kus meil on mõned ballistilised kütused

; (ja mõõdetakse cm/s, lk- 10 MPa);

b) f(v) = l + k v v v jaoks,

kus meil ballistilise kütuse Н jaoks on

; v 140 ... 200m / s;

näiteks P 0,4; To 0,8;

d) kell ,

kus meil on ballistiliste raketikütuste jaoks (S/F) 100; k 0,003...0,004; S - põleva pinna pindala koordinaadiga sektsioonis x:

1 kl

e) 0,0125 juures

kus ballistilise kütuse H puhul on meil (FGV, 1971, nr l) = 0,04;
J =1,6; J n = 5,6.

Koefitsiendid k v, k, k, k ja k ei ole kütuse füüsikalised konstandid, kuid konkreetse ballistilise arvutuse piiratud piirides eeldatakse, et need on konstantsed. Madala põlemiskiirusega kütused on erosiivse põlemise suhtes vastuvõtlikumad kui kõrge põlemiskiirusega kütused. V n lähedal v< v n наблюдается уменьшение скорости горения (отрицательная эрозия, см. п.2.3.2).

(4) Põlemiskiiruse sõltuvus tõmbedeformatsioonist on
vaade f 2 () = 1 + b; tähenduses b- ühtsuse järjekorrast.

5. Tahkekütuse põlemiskiirus suureneb kiirenduse suurenedes
reenium ng, põlemispinnaga risti toimiv; Niisiis,

püssirohu H jaoks on meil (B.I.Goncharenko järgi) et f 3 (n) =

on võrdne 1-ga; 1,2; 1,4; 1.5 ja 1.6 kl NS= 0,7 10 3; 1 10 3; 4 10 3; vastavalt 8 10 3 ja 18 10 3.

Metalliseeritud segatud tahkekütuste puhul, milles alumiiniumi massiosa on z A 1, on f 3 = ja NS on kujul (FGV, 1978, nr 6):

,

kui rõhku mõõdetakse 10 Pa, on põlemiskiirus ühikutes mm / s.

Väga suurtel kiirendustel (küllastuse osas) erinevate kütuste puhul f 3 () = 1,5 ...2,5 .

Suurendama ja kiirenduse toimel sõltub segatud tahkekütuses sisalduvate alumiiniumiosakeste suurusest. Kui kiirendusvektor kaldub normaalsest kõrvale pinnale, siis mõju NS peal ja algul väheneb see ligikaudu kaldenurga koosinusena ja nurkade 0 ... 70 0 korral ei mõjuta kiirendus põlemiskiirust.

Puhastatud komponentide metallivaba koostise põlemiskiirus ei muutu ülekoormuse suurenemisel kuni 10 3 g.

(6) Põlemiskiirus kiiresti muutuva rõhu tingimustes erineb statsionaarsest väärtusest ja seda muutust saab ligikaudselt kirjeldada näiteks sõltuvusega

,

kus = 0,5 ... 2; a - kütuse termiline difusioon.

Kütuse põlemise katkestamine on võimalik piisavalt kiire rõhulangusega:

Ballistiliste kütuste jaoks;

- u / d- segatud (d - oksüdeerija tera läbimõõt).

Tahkekütuse laengu erinevate osade põlemiskiirust mõjutavad ka tahkekütuse konstruktsiooniomadused, tootmistehnoloogia ja töö (ladustamis) režiimid.

Tahkekütuste säästva põlemise määravad järgmised soojusallikad:

1) õhukeses kütuse pinnakihis toimuvad eksotermilised reaktsioonid kokku;

2) suitsugaaside segus toimuvad eksotermilised protsessid.

Kütuse kuumutamine stabiilseks põlemiseks vajaliku temperatuurini toimub peamiselt esimese soojusenergia allika abil; sel juhul hajub suurem osa kütusest pinnakihis.

Tahkekütuse kvaasistatsionaarse põletamise korral kiirusega ja kuumutatud kihis määratakse temperatuurijaotus, mida kirjeldab ligikaudu eksponentsiaalne sõltuvus (joonis 2.1)

T (x) T 3+ (T s -) exp ( -xu / a),

kus T s, T 3 - põleva kütuse pinnatemperatuur ja algne | laadimistemperatuur.

Ballistiliste kütuste puhul on pinnatemperatuurist ühemõtteline sõltuvus T s põlemiskiiruse kohta ja. Kütuse jaoks H T võrdne 600, 650, 690 ja 720 K juures ja= 0,25; 0,5; vastavalt 0,75 ja 1 cm/s.

Kokku kuumutatud kihti kogunenud soojushulk

.

Selle soojuse põhivarustus sisaldub kihis paksusega = a / u, milline soojenemisaeg on suurusjärgus t 4 = -a / ja g(ballistiitkütuse termiline relaksatsiooniaeg on vastavalt 60 ja 4 ms rõhul 0,4 ja 6,0 MPa). Selle põhjal võib ligikaudselt eeldada, et laengu süttimiseks ja lagunemisreaktsiooni stabiilseks arenguks peab tahke kütus kandma pinnakihile üle teatud koguse soojust. /ja ja soojendage kütuse pinda teatud ajaks väärtusele lähedase temperatuurini, mis on ligikaudu võrdne a / ja 2. Sel juhul peab tahkekütuse raketi rõhk olema suurem kui stabiilseks põlemiseks vajalik väärtus.

Riis. 2.1 Ballistilise kütuse põlemisskeem:

T 3 - laadimise algtemperatuur; – temperatuur tahke- ja gaasifaasi piirpinnal; 1 - kütuse algolek; 2 - komponentide kuumutamise ja esmase lagunemise tsoon; 3 - vedel-viskoosne kiht; 4 - gaasistamistsoon; 5 - põleva segu valmistamise tsoon; 6 - põlemistsoon; 7 - tooted
põlemine.

Põlemiskiiruse suurenemine koos laengu rõhu ja temperatuuri tõusuga on tingitud asjaolust, et nendes tingimustes pinnakihi kuumenemine kiireneb. Põlemiskiiruse suurenemine v> v n juures on tingitud soojusjuhtivuse ja difusiooni efektiivsete koefitsientide suurenemisest arenenud turbulentses voolus. Ülekoormuste toimel surutakse põlemisel tekkinud aglomeraadid vastu pinda ning olles oma suuruselt võrreldavad kuumutatud kihi paksusega, suurendavad kohalikku soojusülekannet kütusele ja juhivad põlemisfrondit. Tahkekütuse venitamisel tekivad põlemiseks kättesaadavad mikropraod ja põlemispinna lineaarne liikumiskiirus suureneb.

Tahkekütuse iga laengu (või iga laengupartii) põlemiskiiruse rõhust ja temperatuurist sõltuvuse spetsiifilised parameetrid (näiteks u = u (T 3) p v) määratakse silindrilise proovi, mis on soomustatud piki külgpinda, põletamisel konstantse rõhuga seadmes (joonis 2.2). Määramise viga ja= e / t selles seadmes on mitme parameetri mõõtmisvigade summa:

Riis. 2.2. Konstantse rõhu seade tahke kütuse põlemiskiiruse mõõtmiseks:

1 - väljalaskeklapp; 2 - sisselaskeventiil; 3 - reduktori torustikus põie akust; 4 - tahke kütuse proovi elektriline süütespiraal; 5 - külgpinnal soomustatud näidis; b - konstantse rõhuga pomm; 7 - juhtmed, mis põlemisfrondi läbimisel läbi põlevad.

Gaaside emissioon ja vool püsiva rõhuga seadmes erinevad mootori põlemisproduktide kiirgusest ja voolust. Seetõttu korrigeeritakse konstantse rõhu seadmes mõõdetud põlemiskiirust empiirilise koefitsiendi abil juurde ja= 1 ... 1,1 mootori põlemistingimuste jaoks (v< v n). Коэффициент k v, iseloomustades gaasi voolukiiruse mõju põlemiskiirusele v> vn juures, määratakse spetsiaalsetel paigaldistel (näiteks GG-paigaldisel, mis sarnaneb joonisel 5.42 kujutatuga, kus soojusproovide asemel asetatakse tahkekütuse proovid -varjestuskatted) või tahkete raketikütuste näidislaengute põletamisel ...

Konstantse rõhu seadmes põletatakse väärtuse saamiseks ka venitatud proovid . Põlemiskiiruse sõltuvus kiirendusest tuvastatakse tsentrifugaalkatsestendi nookurile paigaldatud tahkete raketikütuste katsetamisel või ümber telje pöörleva tahke raketikütuse katsetamisel.

Metallipulbrite lisamine tahketele kütustele ei mõjuta oluliselt põlemiskiirust (põlemispinnale suunatud suurte kiirenduste puudumisel), kuna gaasivoolus toimub metallide süttimine ja põlemine. Metalliseeritud tahkekütuste segakütuste põletamise eripäraks on see, et see on metalli (alumiiniumi) algosakeste keerukas muundumiste jada - aglomeratsioon (suurenemine) reageerival kütusepinnal, nende süttimine, eemaldamine gaasifaasi, põlemine ja põlemine. liikumine selles. Oksüdeeriva aine (ammooniumperkloraadi) terad on suurusjärgu või rohkemgi suuremad kui kütuses sisalduvad algsed alumiiniumiosakesed – sideaine, mis täidab terade vahel olevaid "taskuid". Viimasega piiride piirkonnas on läbipõlemise intensiivsus maksimaalne. Seetõttu ühinevad põlemislaine möödumisel sellesse taskusse kogunenud metalliosakesed ja need agregaadid on ühe või kahe suurusjärgu võrra suuremad kui algosakesed. Teatud tingimustel võivad ka naaber "taskute" agregaadid ühineda ning ühe "tasku" sees võib tekkida mitu agregaati. Eriimpulsi kadu, põlemisproduktide mitmefaasilise voolu mõju tahkete raketikütuste termilisele kaitsele ja räbu moodustumisele sõltuvad alumiiniumagregaatide järgnevast liikumisest ja põlemisest, A1 / A1 2 O 3 tilkade koagulatsioonist ja lagunemisest. Põlemissaaduste alumiiniumoksiidi osakeste suuruse eksperimentaalsete andmete analüüsi tulemusena saadi järgmine valem:

kus d mõõdetuna mm; t- s; R- MPa; d- mikronites; t= L/ v; L - mootori pikkus.

PÕLEMINE, füüsikalised ja keemilised protsess, mil saare muutumisega kaasneb intensiivne energia ja soojuse vabanemine ning koos. Vastupidiselt jale kulgeb see väiksema kiirusega ega ole seotud moodustumisega. Põlemine põhineb kemikaalidel. p-sioon, mis on võimeline toimuma progresseeruva isekiirendusega eralduva soojuse akumuleerumise (termiline põlemine) või aktiivse vahepealse tõttu. tooted (kettpõlemine). naib. termiline põlemine on laialt levinud; ahelpõlemine puhtal kujul on suhteliselt haruldane, Ch. arr. teatud gaasifaasi piirkondade puhul madalal.

Termilised tingimused isekiirendus m. b. ette nähtud kõigile piisavalt suurte soojusefektidega linnaosadele ja. naib. näiteks ulatuslik põlemis-oksüdatsiooni p-sioonide klass. loodust põletades. , jne.; oksüdeerivad ained - hapnik,. Põlemisrežiimis võib toimuda: dinitroglükooli, metüülnitraadi jne lagunemine; oksüdeeriv-redutseeriv p-sioonid, milles redutseerivad ained on kõrge afiinsusega elemendid (Ca, Al, Si, Mg jne); süntees elementidest, halogeniididest, kalkogeniididest, tulekindlatest materjalidest jne.

Põlemine võib alata iseeneslikult või süttimisel (vt.). Kui fikseeritud. ext. tingimustes (, t-ra, reaktori suurus, soojus- ja massiülekande parameetrid jne) võib pidev põlemine toimuda statsionaarses režiimis, kui põhi. protsessi karakteristikud - p-siooni kiirus, ajaühikus eralduv soojushulk (soojuse vabanemise võimsus), t-ra ja toodete koostis - ei muutu ajas ega perioodiliselt. režiimis, kui need omadused kõiguvad oma keskmiste väärtuste ümber. Tulenevalt p-tioni kiiruse tugevast mittelineaarsest sõltuvusest t-ry-st on põlemine ülitundlik ext. tingimused: kui need on ebaolulised. aeglase p-siooni muutmine võib minna põlemisrežiimi või vastupidi, arenenud põlemine võib peatuda. Sama püha põletamine põhjustab mitme olemasolu. statsionaarsed režiimid samadel tingimustel (hüstereesiefekt).

Põlemise teooria.

Adiabaatilisega. põleva segu põletamine, s.o. puudumisel reageeriva süsteemi ja m. b. arvutatud põlemisel eralduva soojushulga t-ra TG, servad oleksid saavutatud täieliku põlemise korral (nn põlemise adiabaatiline t-ra), ja toodete koostist, kui algsegu koostis ja termodünaamiline. algse segu ja saaduste f-tsioon. Kui toodete koostis on ette teada, siis T G m b. arvutatakse võrdsuse tingimusest int. süsteemi energia (konstantsel ruumalal) või selle (konstantsel) alg- ja lõppolekus, kasutades suhet: TG = T 0 + Qr / C, kus T 0 on segu algne t-ra, C on keskmine intervallis t -p alates T 0 kuni T G lööki. algsegust (võttes arvesse selle võimalikku muutust), (Q G-UD-segu t-re T G juures. Suhtelise 0 sisaldusega komponendi segus, mis p-sioonis täielikult ära kulub (näiteks kütus), QG = Q * a 0 kus Q on põlemisp-sioonide termiline efekt. Tr väärtus post, maht on suurem kui konstandil, kuna viimasel juhul osa süsteemi siseenergia kulub paisutustöödele.juhud, kui rajoonis on aega valmida enne, kui see muutub oluliseks reaktsioonimahu vahel ja näiteks suurte reaktiivmootorite põlemiskambrites, suurtes reaktorites, kiirelt levivates põlemislained.

Termodünaamiline. arvutus annab protsessi kohta vaid osalist infot – toodete tasakaalukoostist ja t-py. Põlemise täielik kirjeldus, sealhulgas protsessi ja kriitilise kiiruse määramine. tingimused kuumuse juuresolekul ja koos, saab läbi viia ainult makrokineetika raames. keemiat arvestades. p-tion ühenduses energia ja in-vaga (vt.). Kütuse ja põlemise eelsegamise korral võib p-ion tekkida kogu põleva seguga hõivatud ruumis (mahuline põlemine) või suhteliselt kitsas kihis, mis eraldab algsegu ja saadusi ning levib läbi põleva segu. vorm nn. põlevad lained. Segamata süsteemides on difusioonpõlemine võimalik, kui lahus paikneb suhteliselt õhukeses tsoonis, mis eraldab kütust ja selle määrab kiirus selles tsoonis.

Mahuline põlemine esineb näiteks soojusisolaatorites. ideaalne reaktor (vt), millesse juhitakse algsegu t-re T 0 juures rel. kütusesisaldus a 0; teise t-re G korral jätab reaktor segu erineva suhtega. kütusesisaldus a. Täisvoolukiirusel G läbi reaktori saab segu tasakaalu ja kütusesisalduse tingimused statsionaarses põlemisrežiimis üles kirjutada võrranditega:

kus w (a, T) on põlemiskiirus, K on reaktori maht. Termodünaamilise avaldise kasutamine. t-ry T G, on (1)-st võimalik saada: a = a 0 (T G - T) / (T G - T 0) ja kirjutada (2) kujul:

kus q - (T) = GC (T- T 0) on soojuse eemaldamise kiirus reaktorist koos põlemisproduktidega, q + (T) = Qw (a, T) V on soojuse eraldumise kiirus p-tioni juures . I-nda järgu ringkonna jaoks koos:

(k 0 on Arrheniuse ur-ny preeksponentsiaalne tegur). Diagrammil q - T (joonis 1) väljendatakse q - (T) sõltuvust sirgjoonega, mille kaldenurk on seda suurem, mida suurem on vooluhulk läbi reaktori; q + (T) väljendatakse kõvera terava maksimumiga T G lähedal. Selle kõvera tõusev haru on tingitud p-siooni kiiruse kiirest tõusust t-sülemiga (w avaldises on peamine panus annab eksponentsiaalse teguri); millal tähendab. Kütuse läbipõlemisel lahjendatakse segu tugevalt toodetega, domineeriv mõju p-siooni kiirusele hakkab andma tegurit a n ja p-sioon aeglustub järsult. Kuna põlemisp-tsioone iseloomustavad suured E väärtused, väljendub q + (T) kõvera maksimum väga järsult ja on tugevalt nihkunud T G-le, s.o. naib. eralduvast soojusest tugevalt kuumutatud segu reageerib kiiresti, kuigi see on toodetega oluliselt lahjendatud. Kui dekomp. väljaminekud G tasakaalu tingimused (1) ja (2), mis vastavad lõikepunktidele q + (T) ja q - (T), saab täita dekomp. t-pah. Sellest lähtuvalt võib p-sioon kulgeda erineval viisil: madala temperatuuriga režiimis ilma järkjärgulise isekiirenduseta, ebaolulisega. isesoojenemine (TT 0) ja kütuse läbipõlemine (aa 0) (punkt A joonisel 1 voolukiirusel G t) või põlemisrežiimis kõrge t-pax (TTG) ja kõrge läbipõlemisastmega (a0) ( punkt C joonisel 1 voolukiirusel G 3). Üleminekud nende kahe režiimi vahel – segu süttimine ja väljasuremine – toimuvad järsult kriitilisel. maksab vastavalt G B ja G П ning alati G B< G П. При промежут. расходах G B < G < G П возможен также неустойчивый режим протекания р-ции при нек-рой промежут. т-ре (точка В на рис. 1 при расходе G 2), когда любое малое случайное возмущение расхода приводит р-цию в один из устойчивых режимов (А" или С). Гистерезисный эффект, свойственный горению, заключается в том, что при любом расходе G в интервале от G B до G П м. б. реализованы оба устойчивых режима - высокотемпературный (собственно горение) и низкотемпературный, в зависимости от того, достигнуто ли данное значение G увеличением расхода со стороны значений, меньших G B , или уменьшением его со стороны значений, больших G П.

Riis. 1. Soojuse eraldumise q + ja soojuse eemaldamise kiiruste q - sõltuvus reageeriva süsteemi temperatuurist T dets. vooluhulgad läbi reaktori C (selgitused tekstis); T 0 -t-ra. T G - adiabaatiline. t-ra põlemine.

Kriitiline ja põlemisele iseloomulikud hüstereesinähtused tekivad mitte ainult vooluhulga muutumisel, vaid ka siis, kui muud välised. tingimused (T 0, V jne).

Põlevad lained iseloomuliku sv-vom põlemisvõime tõttu levida põleva seguga hõivatud ruumis. Alustades ühest põlevsegu kihist, täites K.-L. maht, nt. toru, süttib põlemine külgnevates kihtides nende kuumenemise tõttu kuumade toodetega või reageeriva kihi tõttu. Selle tulemusena tekib piki toru leviv põlemisfront, silma ees on põlev segu algtemperatuuril T 0, selle taga on põlemisproduktid temperatuuril T P. Soojuskadude puudumisel toru kaudu seinad, TP = T G. B Statsionaarses põlemisrežiimis liiguvad tasapinnalise lainefrondi kõik punktid sama kiirusega m, mis on ajas konstantne. P-tion w, t-ra T ja põleva komponendi a kiirus jaotuvad põlemisfrondis ebaühtlaselt, moodustades kolm tsooni piki eesmist levikoordinaati x (joonis 2). Aastal nn. tsoon 1 t-ra võtab väärtused kitsas intervallis T G lähedal ja p-siooni kiirus on maksimaalne. Küttetsoonis 2 on p-tion ja soojuse vabanemise kiirus oluliselt väiksem, DOS. segu soojusbilansis mängib rolli linnaosa tsoonist tulev soojusvoog. Selle voolu mõjul kuumeneb põlev segu nii kiiresti kõrge t-p-ni, et komponentidel ei ole aega reageerida. 3. tsoonis viiakse läbi põleva segu ja piirkonna saaduste molekulaarsed komponendid. Selle tulemusena väheneb linnaosa rajoonis kütus oluliselt ja segu rikastatakse põlemisproduktidega. Küttetsooni l T ja tsooni l D laiuse väärtused määratakse koefitsiendiga. vastavalt segu x ja saaduste D termiline difusioon:. P-tsooni l p tsooni laius lihtsa üheastmelise p-siooni korral on mitu korda väiksem kui l T: l p / l T ~ RT T 2 / E (T G - T 0). Keerulise mehhanismiga linnaosa puhul (näiteks toote poolt piirkonna tugev pärssimine) l r m. B. võrreldav ja isegi parem kui l T.

Vastavalt praegustele väärtustele T ja a jaotub kogu segu H ka põlemisfrontis (joonis 3). Kuumutamisel on põleva seguga rikastatud kihtidel ülejääk võrreldes algsegu H 0 -ga; ebapiisavalt kuumutatud ja tugevalt lahjendatud segul toodetega on puudus. Põlemisrinde ülejääk on statsionaarsete põlemislainete ebastabiilsuse ja nende levimisviiside esinemise põhjuseks.

Riis. 3. Reageeriva süsteemi H muutus piki põlemisfrondi leviku x koordinaati; ja D on vastavalt segu ja toodete termilise difusiooni koefitsiendid.

Mitmeastmelise mehhanismi järgi kulgevate keeruliste p-sioonide korral võib põlemisfrondi struktuur osutuda keerulisemaks kui lihtsa (üheastmelise) p-siooni puhul. Olenevalt kineetika vahekorrast. dekomp. Kompleksse p-siooni etapid võivad need etapid kulgeda ühes tsoonis (fusioonirežiim) või olla ruumiliselt eraldatud ja interakteeruvad. omavahel soojus- ja difusioonivoogude abil (juhtrežiim), vastasel juhul ei avalda nad vastastikust mõju (eraldusrežiim). Põlemisfrondi levimiskiirus mitmega. rajooni tsoonid määrab reeglina K.-L. üks neist (nn juhtiv tsoon).

Põletatud kütuse kogus põlemisfrondi pindalaühiku kohta ajaühikus, nn. massi põlemiskiirus m. See määratakse avaldise abil: , kus on algsegu tihedus.

Põlemiskiiruste - mass m ja lineaarne u - arvutamine on seotud m-p ja kõigi segu komponentide jaotuse leidmisega põlemisfrondis ning eeldab diferentsiaali ühislahendust. ur-niy soojus- ja massiülekanne reageerivas keskkonnas. Zeldovitš-Frank-Kamenetsky järgi lihtsa (üheastmelise) linnaosa jaoks

kus on segu soojusjuhtivus = RT 2 G / E (T G - T 0); väärtused ja w vastavad t-re T G, segu tihedusele ja efektiivsele kütusele p-tion = piirkonnas. Sellest f-lyst järeldub, et kõigist füüsikalistest ja keemilistest. sv-in põlevas segus ning soojus- ja massiülekande omadused naib. mõju t-le avaldab t-ra T G, kuna t sõltuvus T G-st vastab eksponentsiaalsele. seadus, s.o.

Reaalsetes tingimustes kaasnevad põlemisfrondi levimisega alati soojuskaod väljapoole. keskkond (kiirgus), mis viib m-ry ja põlemiskiiruse vähenemiseni võrreldes nende adiabaatilisega. väärtused. Kui soojuskao intensiivsuse ja soojuseralduse võimsuse suhe ületab teatud kriitilise väärtuse. tähenduses muutub linnaosa isepaljunemine põleva segu kaudu võimatuks. Põlemise katkemine soojuskao suurenemisega toimub järsult: vahetult enne väljasuremist erineb põlemiskiirus nullist ja isegi m. B. on adiabaatilise kiiruse lähedal. põletamine. Põlemise katkemisel soojuskao tõttu on dekomp. põlemispiirid. Seega, kui põleva segu sisaldus muutub stöhhiomeetrilisest väiksemaks, vähenevad p-tatsiooni ja soojuse vabanemise kiirused oluliselt. Pideva soojusülekande korral suurendab see soojuskao intensiivsuse ja soojuse vabanemise võimsuse suhet. Teatud koguse kütusega jõuab see suhe kriitiliseks. väärtused, millest allpool muutub segu nendes tingimustes mittesüttivaks; nimetatakse vastavat kütust. põlemiskontsentratsiooni piir. Sarnaselt määratakse põlemispiirid algtemperatuurile, toru läbimõõdule jne.

Difusioonpõlemine toimub tingimustes, kus kütus ja difundeeruvad rajooni tsooni vastaskülgedelt; selline on näiteks küünla, tahi põletamine. Kui samal ajal on põlemise k r-i palju vähem, on neil aega liikuda ja p-sioonid kulgevad tavapärases kineetikas. režiim (suhteliselt madal temperatuur). Kell