Реакція горіння. Види горіння. Характеристики горіння. Швидкість горіння твердих горючих речовин і рідин

Вивчення швидкості горіння високоенергетичних сумішевих твердих палив

Вступ

1. Літературний огляд

1.1. ракетні палива

1.1.2 Колоїдні палива

1.1.3 Сумішеві палива

1.1.4 Фізичні властивості

1.1.5 Механізм горіння

1.1.6 Швидкість горіння палив

1.1.7 Елементарний склад. Умовна хімічна формула

2. Методика експерименту

2.2 Методика виготовлення зразків.

3. Експериментальні дані

Список літератури

Вступ

Горіння вибухових речовин використовується в практиці здавна - з часу винаходу чорного пороху. Однак закономірності горіння вибухових речовин і порохів при постійному тиску досліджується порівняно недавно: перші роботи в цій області були розпочаті К. К. Андрєєвим і А.Ф. Бєляєвим в 30-х роках нашого століття і ставилися до області тисків, що не перевищують 100-150 атм.

До сих пір немає достатньої ясності в тому, якими факторами визначається залежність швидкості горіння балістичних і сумішевих порохів від тиску, як вона залежить від їх складу, як вона пов'язана відповідними залежностями індивідуальних вибухових речовин, що входять до їх складу і, нарешті, як пов'язана швидкість горіння з хімічною структурою вибухових речовин. У зв'язку з цим вивчення процесу горіння вибухових речовин становить великий інтерес.

Основним завданням цієї монографії є \u200b\u200bсистематизація та узагальнення нових експериментальних і теоретичних даних щодо впливу позитивних і негативних каталізаторів горіння індивідуальних вибухових речовин різних класів.

Одним із шляхів підвищення енергетичних можливостей сумішевих палив є використання в їх складі металів у вигляді порошків.

Алюмінієвий порошок залишається одним з головних компонентів твердих палив. Для дрібнодисперсного алюмінію виявлено суттєве збільшення швидкості горіння, що, можливо, пов'язано з повнотою згоряння цих фракцій металу на повітрі.

Всі досліджувані склади характеризувалися постійним коефіцієнтом надлишку окислювача, що дорівнює 0,9.

Крім горіння в роботі проведено визначення швидкості горіння.

1. Літературний огляд

1.1 Ракетні палива

У ракетних двигунах на хімічному паливі виділення енергії відбувається в результаті хімічної реакції. Енергія може виділятися в результаті наступних реакцій:

а) реакції окислення- відновлення (окислення), коли енергія виділяється при реакції між окисними і горючими елементами; паливо складається в цьому випадку, по крайней мере, з двох речовин - окислювача і пального;

б) реакції розкладання, коли тепло виділяється в процесі розкладання складної речовини на більш прості; паливо в цьому випадку може складатися тільки з однієї речовини;

в) реакції рекомбінації (з'єднання), коли тепло виділяється при з'єднанні однойменних атомів або радикалів в молекули.

Палива ракетних двигунів можуть бути розділені на наступні чотири групи: рідкі палива роздільної подачі, рідкі унітарні палива, тверді палива, Палива змішаного агрегатного стану.

У разі рідкого палива роздільної подачі виділення енергії відбувається в результаті реакції окислення - відновлення. Процес окислення умовно може бути представлений як обмін електронами на зовнішній електронній оболонці атомів, що беруть участь в цьому процесі. При цьому атоми горючих елементів віддають свої електрони, а атоми окислювальних елементів набувають їх.

До пальним елементів відносяться вуглець С, водень Н, бор В, алюміній АI, літій Li і ін. Окислювальних елементами є фтор F, кисень О, хлор CI, бром Br. Фтор і кисень значно перевершують по ефективності інші окисні елементи.

Окислювач і пальне в загальному випадку є складними сполуками, до складу яких можуть входити як окислювальні, так і горючі елементи, а також нейтральні.

Пальним є така речовина, яка незалежно від того, містяться в ньому окислювальні елементи чи ні, для повного окислення своїх горючих елементів вимагає окислювача ззовні. Так, наприклад, етиловий спирт С2Н5ОН крім горючих елементів (С і Н), містить в собі і окислювальний елемент - кисень, але його зовсім недостатньо для повного окислення горючих елементів спирту; тому етиловий спирт є пальним.

Окислювачем є речовина, в якому хоча і можуть бути горючі елементи, але окислюють елементів в ньому є значний надлишок, так що при повному окисленні його власних горючих елементів, які можуть бути використані для окислення будь-якого іншого палива. Наприклад, азотна кислота НNО3 або перекис водню Н2О2 містять в собі горючий елемент-водень, проте окислювальний елемент (кисень) в них є в такій кількості, що при повному окисленні водню азотної кислоти або перекису водню в них залишається надлишок кисню, який можна використовувати для окислення будь-якого пального; тому НNО3 і Н2О2 є окислювачами.

Частки окислювача і пального в паливі визначаються величиною, званої співвідношенням компонентів. Теоретичним (стехиометрическим) співвідношенням компонентів æ0 називається така мінімальна кількість окислювача, яке необхідно для повного окислення 1 кг пального. Інакше кажучи, теоретичне співвідношення компонентів, це таке відношення витрат окислювача і пального, при якому окислювач повністю окисляє пальне, не залишаючись при цьому в надлишку.

Дійсним співвідношенням компонентів æ називається дійсне відношення витрат окислювача і пального, що подаються в камеру, яка може відрізнятися від теоретичного.

зазвичай æ<æ0.

Ставлення α \u003d æ / æ0 називається коефіцієнтом надлишку окислювача. Коефіцієнт надлишку окислювача, при якому виходить максимальна величина питомої тяги, називається оптимальним.

Палива роздільної подачі можуть бути самозаймистими і несамовоспламеняющихся. До перших відносяться такі палива, займання яких починається саме по собі при контакті окислювача і пального в умовах, що є в камері при запуску, без будь-якого додаткового втручання. Несамовоспламеняющихся палива для первинного займання (при запуску двигуна) вимагають кошти запалювання.

Суміш окислювача і пального в загальному випадку є вибухонебезпечною.

Унітарною (однокомпонентні) паливом може бути таке індивідуальна речовина або така заздалегідь приготована суміш речовин, які при певних умовах виділяють тепло в результаті хімічних реакцій розкладання або окислення; в останньому випадку всі необхідні для окислення елементи знаходяться в самому унітарній паливі.

Тверді ракетні палива є, природно, унітарними, так як містять у своїй масі все речовини, необхідні для протікання хімічної реакції. Основою твердих ракетних палив можуть бути речовини, здатні до екзотермічної реакції розкладання, або суміші окислювача і пального. Тверді палива широко застосовуються в ракетній техніці. Вони дозволяють мати простий по конструкції двигун і високу готовність до його запуску. Однак відомі тверді палива забезпечують менші значення питомої тяги, ніж рідкі.

Палива змішаного агрегатного стану складаються з компонентів, що знаходяться в різних агрегатних станах; наприклад, рідко-тверде паливо, в якому один з компонентів є рідким, а інший твердим. В цьому випадку твердий компонент міститься в камері згоряння, а рідкий в баку і тим або іншим способом подається в камеру, де відбувається хімічна реакція між окислювачем і пальним і освіту газоподібних продуктів згоряння ..

1.1.1 Тверді ракетні палива

Тверді ракетні палива можна розділити на дві основні групи: колоїдні (двохосновні) і сумішеві.

1.1.2 Колоїдні палива

Основу цих палив становить нітроклітковини (нитроцеллюлоза) і розчинник, на частку яких припадає основна частина палива (більше 90%); тому такі палива називають двохосновні.

Нітроцелюлоза виходить шляхом обробки азотною кислотою целюлози, умовна формула якої [С6Н7О2 (ОН3)] n. При цьому в целюлозі ряд груп ОН заміщається нітратними групами ОNО2. Властивості нітратів целюлози залежать від кількості груп ОNО2, що містяться в них, або, що те ж саме, від процентного вмісту азоту; в нітроцелюлозі, що йде на виготовлення твердих ракетних палив, воно становить 12-13%. Нітроцелюлоза здатна до екзотермічної реакції розкладання; при цьому відбувається окислення горючих елементів її киснем. Нітроцелюлоза має негативний кисневий баланс: атомів кисню недостатньо для повного окислення горючих елементів. Чим вище ступінь нитрации целюлози, тобто чим вищий вміст азоту, тим сприятливіші кисневий баланс. Теплота розкладання нітроцелюлози коливається в межах 3000 - 4000кДж / кг.

Нітроцелюлоза в чистому вигляді не може бути використана в якості палива через схильність її до вибуху. Шляхом обробки нітроцелюлози деякими розчинниками отримують колоїдний розчин - желатіноподобную масу, якою подальшою обробкою надають високу жароміцність і необхідну форму. У такому вигляді заряди колоїдних палив мають високу стійкість до вибуху і здатністю до рівномірного горіння.

Як розчинник найчастіше застосовується нітрогліцерин. Він має більш високу теплоту розкладання, ніж нитроцеллюлоза, тому збільшення процентного вмісту нітрогліцерину в паливі підвищує теплотворну здатність палива, а отже, і величину питомої імпульсу. Це пов'язано і з тим, що нітрогліцерин має позитивний кисневий баланс, і частина горючих елементів нітроцелюлози окислюється надлишковим киснем нітрогліцерину. Але зміст нітрогліцерину в паливах не перевищує 43%, так як при подальшому збільшенні її частки знижується міцність зарядів і погіршується їх стабільність.

Крім основних компонентів - нітроцелюлози і розчинника - до складу колоїдних палив вводять різні добавки: стабілізатори, що підвищують стабільність зарядів при зберіганні, флегматізатори, що знижують швидкість горіння палив, каталізатори, що покращують процес горіння при низькому тиску, технологічні добавки, що полегшують процес пресування зарядів, і барвники .

РДТТ з двохосновні паливами мають питомі імпульси в межах 2000-2400Н * с / кг; великі значення відносяться до палив з більш високим вмістом нітрогліцерину і з нитроцеллюлозой, що володіє більшим ступенем нитрации. Щільність колоїдних палив лежить в межах 1550- 1650 кг / м3.

1.1.3 Сумішеві палива

Сумішеві палива являють собою механічні суміші твердих окислювачів і горючих.

Окислювачами зазвичай служать тверді солі хлорної і азотної кислот, багаті киснем, зокрема, перхлорат амонію NН4СIO4, перхлорат калію КСIО4, нітрат натрію NаNО3 і ін.

Основне застосування в якості окислювача сумішевого палива отримав перхлорат амонію. Його використання дозволяє отримати палива з прийнятними експлуатаційними і досить високими енергетичними характеристиками. Перхлорат калію, незважаючи на великий вміст активного кисню, забезпечує менше значення питомих імпульсів через утворення в продуктах згорання твердого Ксi.

Нітрати - натрієва, аміачна і калієва селітри - дешеві доступні продукти, але вони менш ефективні, ніж перхлорати, і гігроскопічність і тому так само, як і перхлорат калію, широкого практичного застосування не мають.

Пальне в сумішевих паливах виконує також роль зв'язки. Як горючих в цих паливах застосовують речовини з досить високою теплотворною здатністю і можуть пов'язувати окремі компоненти палива. Зазвичай для цих цілей використовуються синтетичні полімери типу каучук, смол і пластмас (наприклад, поліуретани, полібутадієн, полісульфіди).

Тверді сумішеві палива виготовляють шляхом введення подрібнених частинок окислювача в розплавлене пальне - в'язку. Отриману таким чином масу або використовують для виготовлення шашок, які потім вставляються в камеру згоряння, або заливають безпосередньо в камеру згоряння, де вона твердне і міцно з'єднується зі стінками. Паливний заряд повинен бути при цьому досить пружним, щоб під дією термічних напружень, викликаних різними коефіцієнтами лінійного розширення матеріалів палива і камери, в ньому не утворилися тріщини. Застосування зарядів, міцно пов'язаних конструкцією, покращує корисне використання обсягу камери; крім того, якщо горіння заряду відбувається від центру до периферії, виключається необхідність захисту стінок камери згоряння теплоізоляційними матеріалами.

Для більшості комбінацій твердих горючих і окислювачів в стехиометрической суміші на частку окислювача припадає 85-90% і більше. Однак при значному його утриманні внаслідок малої частки пального - зв'язки погіршуються механічні властивості зарядів. Тому зазвичай в сумішевих паливах коефіцієнт надлишку окислювача менше одиниці і нижче оптимального значення. З цієї точки зору більш сприятливі комбінації, які мають порівняно меншою величиною æ0.

Сумішеві палива без добавок забезпечують питомі імпульси того ж порядку, що і двохосновні; щільність сумішевих палив знаходиться в межах 1700-1800 кг / м3. Підвищення питомої імпульсу можна домогтися, якщо вводити певну кількість металевого пального. В даний час застосовуються сумішеві палива, що містять добавки алюмінієвого порошку, що збільшує теплотворну здатність палива. Правда, при цьому в продуктах згорання з'являється багатоатомна окис алюмінію АI2О3, значна частина якої конденсується; тим не менш, має місце виграш в питомій імпульсі. Добавки алюмінію до 5-15% підвищують питомий імпульс на 100-200 Н * с / кг. Розробляються і інші способи підвищення питомої імпульсу твердого палива, зокрема, синтезуванням горючих, в яких металеві елементи хімічно пов'язані з іншими компонентами. Підвищення питомої імпульсу можливо і застосуванням ефективніших окислювачів. Таким, зокрема, є перхлорат літію LiCIO4. Підвищення частки окислювача в твердих сумішевих паливах до певних меж так само має сприяти підвищенню питомої імпульсу.

Сумішеві палива мають ряд переваг перед двохосновні. Вони дешевші, більш технологічні, дозволяють створювати заряди, які щільно прилягають до оболонки; при наявності металевих добавок вони забезпечують більшу питому імпульс; нарешті, вони дозволяють шляхом зміни рецептури отримати більш широкий діапазон зміни властивостей палива.

Маємо приклади застосування тверді палива змішаного типу, що включають в себе елементи як сумішевих, так і двоосновних палив. Для прикладу вкажемо на склад палива двигуна однієї з балістичних ракет; перхлорат амонію, нітрогліцерин, нитроцеллюлоза, алюмінієвий порошок.

Незважаючи на різноманіття існуючих і розроблюваних в іноземних лабораторіях складів, сумішеві палива, як правило, містять такі речовини (за вагою):

Окислювачі (перхлорат калію, нітрат амонію) .................. ..60-80%

Паливно-зв'язуючі речовини (каучуки, поліуретани) ............ 25-15%

Алюміній (у вигляді порошку) ............................................. 10-5%

Каталізатори та інші спеціальні речовини ..................... .до 5%.

Нітрат амонію (аміачна селітра) NH4NO3- білий кристалічний порошок з питомою вагою 1,7г / см3. Розкладається при нагріванні вище 170 ° С. Дуже гігроскопічний. Здатний горіти і вибухати. При горінні виділяється велика кількість тільки газоподібних продуктів.

1.1.4 Фізичні властивості

Щільність палив є відповідальною їх характеристикою і завжди піддається контролю при виробництві палив.

Знижена щільність палив говорить про те, що в паливі є пори і порожнечі, неприпустимі для якісних зарядів палив. Знижена щільність позначається і на швидкості горіння палива: зі зменшенням щільності вона збільшується і навпаки.

До теплофізичних характеристик відносяться питома теплоємність Сp, коефіцієнт теплопровідності λ і коефіцієнт температуропровідності α. Ці величини характеризують здатність палив сприймати тепло при впливі температури і проводити (поширювати) його по товщині палива. Вони використовуються при теоретичних розрахунках термічних напружень зарядів, скріплених з камерою двигуна, швидкостей горіння палив в двигунах.

Зміна фізичних властивостей палив при зберіганні відбувається під впливом зміни зовнішньої температури, вологи і часу.

На поверхні ультрадисперсних частинок відбувається радикальна перебудова розташування атомів і зміни типу міжатомних зв'язків в порівнянні з поверхнею великих частинок ..

У ультрадисперсних частинках реалізується особливий тип далекого порядку, при якому міжатомні відстані закономірно змінюються при переході від центру частинки до її поверхні, що призводить до утворення безлічі дефектів як на поверхні частинки, так і в її обсязі і збільшує активність такої системи в цілому.

1.1.5 Механізм горіння

У механізмі горіння сумішевих палив є ряд особливостей, що визначаються складом і природою що входять в них речовин.

Горіння сумішевих палив починається в твердій фазі з термічного розпаду окислювачів і паливно-зв'язуючих речовин. Завершується процес горіння в газових фазах за рахунок інтенсивних хімічних реакцій між газоподібними продуктами термічного розпаду компонентів.

Для горіння сумішевих палив найбільш характерні великі температури поверхні горіння (до 500-600ºС) і ближчі до поверхні горіння максимальні температури горіння.

Процес горіння твердих ракетних палив дуже чутливий до зовнішніх впливів - тиску і початкової температурі палива. При підвищенні тиску і температури різко скорочуються темна і змішана зони, і полум'яна зона впритул підходить до поверхні горіння. Збільшується підведення тепла до поверхні горіння, швидкість горіння зростає, а зона прогріву звужується. Щоб уникнути цих несприятливих умов, застосовують каталізатори горіння, що прискорюють хімічні реакції в твердій і газовій фазах, які сприяють більш повному горіння і в кінцевому підсумку покращують характеристики палив.

Введення АI в паливні системи, що містять органічну пальне і неорганічний окислювач, сприяє підвищенню займистості, швидкості горіння і впливає на залежність швидкості горіння від тиску.

1.1.6 Швидкість горіння палив

Для кількісної оцінки процесу горіння палив використовують або швидкість переміщення фронту горіння, або масу палива, що згорає в одиницю часу з одиниці поверхні.

У першому випадку швидкість горіння називають лінійної і висловлюють в мм / сек або см / сек, в другому - масової і висловлюють в г / см2 * сек. У практиці частіше користуються лінійною швидкістю горіння.

Швидкість горіння є дуже важливою робочої характеристикою палива, так як по ній судять про кількість газів, які утворюються при горінні палива в одиницю часу з поверхні заряду. Вона є одним з основних параметрів при проектуванні зарядів палив.

Швидкість горіння палива залежить від тиску в двигуні, початкової температури палива, його щільності, енергетичних характеристик, природи складових частин палива, розміру часток окислювача (в сумішевих паливах) і каталізаторів горіння.

Для практичних цілей завжди необхідно знати, перш за все, залежність швидкості горіння від тиску.

Залежність швидкості горіння твердого палива від тиску визначають дослідним шляхом і виражають формулами, які отримали найменування законів швидкості горіння. Закон швидкості горіння знаходиться дослідним шляхом для кожного палива в бажаному діапазоні тисків.

1.1.7 Елементарний склад

Умовна хімічна формула.

Склад речовини в масових частках окремих елементів називається елементарним складом. Загальна формула для масової частки окремого (k-го) елемента в речовині має вигляд:

тут bk - масова частка k-го елемента;

ak - число атомів даного елемента в молекулі даного з'єднання;

Ak- атомна маса цього елемента;

Якщо обмежитися поки елементами H, C, N і О, то в загальному випадку хімічна формула речовини має вигляд

Тоді елементарний склад буде

Тут μ \u003d 12m + n + 16p + 14q - молекулярна маса речовини;

bc, bh, bo, bn - частки вуглецю, водню, кисню та азоту.

Для вуглецю і водню прийняті округлені значення атомних мас (μн \u003d 1, μс \u003d 12);

Якщо паливо або його компонент являє собою комбінацію декількох речовин, то масова частка окремого елемента знайдеться так:

де bk - масова частка k - го елемента в суміші,

gi - масова частка окремого (i-го) речовини в суміші,

bki - масова частка k - го елемента в i- м речовині;

Якщо паливо складається з окислювача і пального і відомо співвідношення компонентів æ елементарний склад обох компонентів, то масова частка окремого (k - го) елемента в паливі знайдеться так:

bk \u003d (bkг + ækok) / (1+ æ).

Коли компоненти являють собою суміші індивідуальних речовин, то для деяких розрахунків зручно використовувати умовну хімічну формулу даного компонента. Таку формулу можна побудувати в різний спосіб. Наприклад, зручно визначати її, виходячи з числа атомів різних елементів, що припадають на 100 масових одиниць розглянутого компонента. Тоді умовна хімічна формула буде мати вигляд

де m \u003d 100bc / 12; n \u003d 100bH / 1; p \u003d 100bo / 16; q \u003d 100bN / 14,

а bc, bH, bo, bN - масові частки відповідних елементів в даному компоненті.

2. Методики експерименту

В роботі використані методики виготовлення модельних твердого палива, вимірювання швидкості горіння.

2.1 Визначення процентного складу компонентів паливної композиції за відомим α

Знання коефіцієнта надлишку окислювача системи дозволяє вирішити зворотну задачу, тобто визначити процентний склад компонентів паливної композиції.

Розглянемо це на прикладі палива з α \u003d 0,90 і вмістом алюмінію 15 мас. %, Тоді зміст паливної композиції можна записати як

NH4NO3 - (85-х)%

Зв'язка - х%

Таблиця № 1. Розрахунок еквівалентної формули.

Основною характеристикою горіння є швидкість горіння. Розрізняють нормальну (лінійну) і масову швидкості горіння.

Під нормальною швидкістю розуміють U н . - лінійну швидкість переміщення фронту горіння в напрямку перпендикулярному поверхні горіння:

Uн \u003d ℓ / τ [см / с]

Масова швидкість горінняU m - це кількість вихідної горючої системи, яка згоріла в одиницю часу з одиниці поверхні фронту горіння.

Um \u003d Uн × p0 [г / см2 × с]

Говорячи про швидкість горіння необхідно розрізняти власне горіння і поверхневе поширення горіння. При горінні порохового стовпчика конденсована фаза зазвичай приймає форму конуса, при цьому поверхня горіння виявляється значно більше вихідної.

(Догорание горючих продуктів неповного згоряння за рахунок кисню повітря призводить до підвищення температури і, як наслідок, викликає прискорення поширення горіння по поверхні заряду).

При горінні порохових елементів в каналі ствола запалювання зазвичай відбувається по всій вільній поверхні.

Вагова кількість газів, що утворюються при горінні одно:

Q \u003d Um × s

Якщо в міру згоряння поверхню частинки зменшується, то таку форму називають депресивної (Наприклад, куля, куб), якщо поверхня збільшується - прогресивної (Шашка з каналами).

В

Мал. 3. Горіння шашки пороху

Горіння конденсованих вибухових систем

У процесі горіння зарядів конденсованих ВС слід розрізняти три основні процеси:

запалювання від джерела запалення з торця заряду;

пошарове горіння;

займання заряду з бічної поверхні (при відсутності бронювання бічній поверхні).

Теоретично описати такий складний гетерогенний процес, як горіння, досить важко. Але якщо зробити ряд припущень:

Реакція цілком протікає при максимальній температурі горіння,

Речовина спочатку повністю випаровується, а потім йдуть реакції в парах і т.д., то процес піддається опису.

згідно теорії нормального горіння швидкість поширення зони хімічної реакції обумовлюється сукупністю двох процесів:

● перенесенням тепла з зони хімічної реакції в зону прогріву за рахунок теплопровідності і

● массопереносом речовини із зони прогріву в зону хімічної реакції за рахунок дифузії.

При спільному рішенні рівнянь теплопровідності та дифузії отримали вираз масової швидкості горіння:

U m =

λ - коефіцієнт теплопровідності;

тепловий ефект реакції окислення (з одиниці маси газу);

m - порядок реакції;

T r - температура горіння;

Е - енергія активації;

Т 0 - початкова температура;

W T Г - швидкість реакції при Т горіння.

W T Г \u003d ρ о • z · exp (-E / RT г).

З

хема поширення температури і протікання реакції при стаціонарному горінні летючих ВВ по Бєляєву.

Залежність швидкості горіння від різних факторів

Лінійна і масова швидкість горіння залежить від:

геометричних розмірів заряду (діаметра);

зовнішніх умов (температури і тиску);

дисперсности ГС (розміру часток);

наявності домішок.

Для сумішевих систем додатково впливають:

хімічна природа компонентів, їх теплофізичні характеристики;

співвідношення компонентів і дисперсність кожного з них.

Горіння відбувається в внаслідок передачі сусіднього шару тепла, Що виділився в реагуючому шарі. Одночасно з виділенням тепла відбуваються втрати його в навколишнє середовище.

горіння протікає стаціонарнолише в тому випадку, якщо кількість тепла, що віддається сусіднього шару, і тепловтрати врівноважуються теплопріходом за рахунок реакції.

Якщо сумарна тепловіддача стає більше, ніж теплопріход, то горіння виявляється не можливим.

При зменшенні діаметра заряду кількість тепла, що виділяється в одиницю часу, зменшується пропорційно квадрату діаметра. Тепловіддача також зменшується, але медленнее- вона пропорційна поверхні тепловідводу, тобто першого ступеня діаметра. При деякому значенні діаметра теплопріход не може компенсувати тепловтрати і горіння затухає.

Критичним діаметром горіння називають мінімальний діаметр, при якому ще можливе горіння. Критичний діаметр непостійна величина, він залежить не тільки від природи ВВ, але і від умов горіння, в першу чергу від тиску, початкової температури, густини заряду і дисперсності кристалів.

● Підвищення температури і тиску знижують критичний діаметр горіння, збільшують швидкість горіння, зменшують втрати в навколишнє середовище.

Горіння твердих горючих речовин в початковій стадії виникнення горіння називається загорянням. Для такої статі характерні нестійкість горіння, порівняно низька температура в його зоні, малий розмір факела полум'я і невелика площа вогнища.

Температура навколишнього середовища підвищена незначно, тільки безпосередньо у вогнища горіння.

Початкову стадію пожежі (загоряння) можна ліквідувати первинними засобами пожежогасіння. Якщо пожежа негайно не погасити, то тепло, що виділяється при горінні, посилить процес останнього. При цьому розмір факела полум'я збільшиться і горіння перейде в стійку форму. Одновре- мсііо підвищується температура навколишнього середовища і усіліпас гея дію теплової енергії, випромінюваної осередком горіння. І ліквідації такого загоряння потрібна велика кількість первинних засобів пожежогасіння, водяних і пінних струменів.

При недостатній ефективності застосовуваних засобів пожежогасіння або пізньому їх використанні горіння продовжує розвиватися, зона його збільшується на значній площі. При цьому зростає температура, виділяється значна кількість теплової енергії, збільшуються конвекційні потоки повітря. При зазначених умовах можливі деформація і обвалення конструкцій.

Щоб ліквідувати таку пожежу, потрібно багато сил і потужні засоби.

Швидкість горіння матеріалів під час пожежі різна і залежить від умов горіння, складу горючої речовини і інтенсивності передачі останнім тепла із зони горіння.

Розрізняють дві швидкості горіння: вагову і лінійну. Ваговій швидкістю називається вага (вт, кг ) Речовини, вигорілого в одиницю часу (в хв, ч ). Лінійної швидкістю горіння твердих горючих речовин називається швидкість поширення вогню (вм / хв ) І швидкість росту площі вогнища пожежі (в м 2 / хв ).

Швидкість горіння твердих речовин непостійна і залежить від ставлення їх поверхні до об'єму, від вологості, доступу повітря і інших чинників.

На підставі отриманих даних при дослідженні ряду випадків пожеж на річкових суднах лінійна швидкість поширення вогню становить від 0,05 до 2,5 м / хв, а швидкість росту площі вогнища пожежі - від 0,3 до 50,0 м 2 / Хв.

На початку виникнення пожежі, приблизно протягом перших 2-3 хв, відбувається інтенсивне збільшення площі його вогнища на пасажирських судах до 41-44 м 2 / Мія. Це пояснюється тим, що в даний період багато часу йде на збір особового складу екіпажу судна і не ведеться ще активної боротьби з пожежею. У наступні 10 хв, коли вводяться в дію стаціонарні засоби юодо- і пенотушения, зростання площі вогнища пожежі сповільнюється приблизно до 6-7 м 2 / Хв.

Дослідженнями встановлено, що пожежею пасажирське судно може бути знищено протягом 20-30 хв, якщо організація його гасіння недосконала.

Лінійна швидкість поширення вогню визначає площа вогнища пожежі, а ступінь вигоряння всього, що може горіти на цій площі, - тривалість пожежі.

Лінійної швидкістю горіння рідини є висота шару її (в мм, см), вигорілого в одиницю часу (в хв, ч).

Швидкість поширення полум'я вогню під час займання горючих газів становить від 0,35 до 1,0 м / сек.

швидкістю вигоряння називається кількість пального, згорає в одиницю часу з одиниці площі горіння. Вона характеризує інтенсивність згоряння рідини під час пожежі. Її необхідно знати для визначення розрахункової тривалості пожежі в резервуарах, інтенсивності тепловиділення і температурного режиму пожежі і т. Д.

Швидкість вигоряння рідини непостійна і залежить від її початкової температури, діаметра резервуара, рівня рідини в ньому, вмісту в ній негорючих рідин, швидкості вітру та інших факторів.

У резервуарах діаметром до 2 м швидкість вигоряння рідин зростає з його збільшенням. Практично вона однакова в резервуарах, діаметр яких більше 2 м.

Швидкість вигоряння рідини, розлитої на поверхні, приблизно така ж, як і в резервуарах, якщо товщина її шару значна

Так, наприклад, швидкість вигоряння нафти становить 25 см / ч , бензину -40 см / год, масла-20 см / ч.

При полум'яному горінні нафтопродукту в вантажному танку подається прогрівання рідини.

Прогрівання рідини від верхніх до нижніх шарів відбувається в масі важких нафт зі швидкістю 30 см / ч, а в масі легкій нафті - від 40 до 130 см / год.

Гас і дизельне паливо при горінні прогріваються повільно, при цьому не утворюється прогрітого шару однакової температури.

Нафта і мазут прогріваються вглиб вельми інтенсивно, температура шару майже завжди вище 100 ° С. Температура прогріють шару нафти може досягати 300 ° С і нагрівати донний шар води в резервуарі.

Температура прогрітого шару бензину зазвичай нижче 100 ° С, тому і не прогрівається донний шар води в ємності.

Прогрівання рідини в резервуарах може привести до її закипання або викиду. Під скипанням розуміється перехід в пар великої кількості дрібних крапельок води, що знаходиться в нафтопродукт. При цьому на поверхні рідини утворюється піна, яка може переливатися через борт резервуара. Під викидом розуміється миттєвий перехід води, що знаходиться на дні резервуара, в пар. В даному випадку соз- іется підвищений тиск, під дією якого происхо- lai викидання рідини, що горить з резервуара.

Скипання нафтопродуктів в більшості випадків связано- присутністю в них води і рідше водяний подушки на дні резервуара. До закипання здатні все нафтопродукти, що містять воду, яка в процесі горіння нагрівається вище 100 ° С.

Нафта і мазут здатні скипати тільки при певному содержаніічержаніі в них вологи: у нафти-3,3% і мазуту - вище 0,6% ".

Скипати можуть машинне масло і важкий бензин при напиши донного шару води.

Охолодження водяними струменями стінок резервуара і періодичне введення розпиленого струменя води на одну третину або чверть поверхні горіння запобігають закипання і перелив Прогрівшись бензину або нафти з нього.

Якщо (висота вільного борту перевищує товщину прогрітого шару більш ніж в 2 рази, то при введенні iB зону горіння розпиленого струменя води закипання спостерігається, але переливання рідини з ємності не відбувається.

До викиду здатні темні нафтопродукти - нафта, що містить 3,8% вологи, мазут, що містить до 0,6% вологи.

Викид палаючої рідини може статися, якщо: під шаром її знаходиться вода; рідина при горінні прогрівається вглиб; температура прогрітого шару вища за температуру кипіння води.

Викид відбувається в той момент, коли нафтопродукт на кордоні розділу вода - нафтопродукт нагрівається вище 100 ° С (приблизно 150-300 ° С). Після першого викиду нагрітий до більш високої температури шар нафтопродукту стикається знову з водою і відбувається потужний викид.

Викид по висоті, дальності і площі ураження залежить від діаметра резервуара. У ємності діаметром 1,387 м маса палаючої нафти, що викидається назовні, становить від 51 до 145 кг при висоті від 10 до 20 висот ємності.

Тривалість процесу викиду з ємності складає від 3 до 60 сек. Час настання викиду різний, починаючи від 2 до 5 год 30 хв від початку горіння для різних нафтопродуктів при різних ємностях.

Зазвичай викид супроводжується численними злетами нафтопродукту. Викид всього нафтопродукту одним злетом - рідкісне явище і спостерігається при невеликому шарі залишився нафтопродукту і значною його в'язкості.

Характерною ознакою початку викиду є виникнення вібрацій стінок ємності, що супроводжуються шумом і зростанням розмірів факела полум'я.

У ємностях більшого діаметра викид відбувається швидше, ніж в ємностях малого діаметра. Величина шару водяний подушки на викид не впливає.

Нормальною швидкістю горіння газо - і пароповітряної суміші називається швидкість, з якою рухається гранична поверхню між згорілим і несгоревшим газами щодо незгорілого газу, що знаходиться в спокої в безпосередній близькості до поверхні горіння.

ШВИДКІСТЬ ГОРІННЯ ТВЕРДОГО ПАЛИВА

Лінійна швидкість горіння твердого палива - швидкість переміщення поверхні горіння в глиб заряду - залежить від складу і технології виготовлення заряду, температури заряду Т 3,тиску в камері р,швидкості газового потоку уздовж палаючої поверхні v, розтягування палива, прискорення а \u003d ng,спрямованого до палаючої поверхні, а також від інших факторів:

і \u003d u (T 3) f (p) fi (v) f 2 () f 3 (a).

Функції, що входять в цю залежність, передбачаються незалежними і визначаються експериментально.

1. Залежність швидкості горіння від температури виражається в одній з наступних форм:

а) ;

б) ;

в) .

Константа D 1 / В \u003d (1 ... 5) 10 3 1 / ° С, причому великі значення відносяться до баллиститного, а менші - до сумішевих твердим палив; прийнято T N \u003d \u003d20 ° С.

2. Залежність швидкості горіння від тиску зазвичай виражається в
однією з наступних форм:

а) u \u003d u;

б) u \u003d a + bp;

в) u \u003d або u \u003d

У внутрішній балістиці РДТТ використовується, як правило, ступенева залежність і= u x p v,де v\u003d 0,2 ... 0,8, причому великі vвідносяться до баллиститного, а менші - до сумішевих твердим палив. Для деяких палив в обмеженому діапазоні тиску v\u003d 0, можуть бути також ділянки, де v< 0.

3. Швидкість горіння залежить від швидкості газового потоку уздовж
палаючої поверхні починаючи з "порогового" значення швидкості потоку
v n або іншого визначального параметра. Форми залежності різні,
а саме:

a) f(V) \u003d l + k v (v-v) при v v,

(Для палива JPN маємо v \u003d 180 ... 200 м / с; к \u003d0,0022 с / м) або f \u003d 1 + k (п) при п; де для деяких баллиститного палив маємо

; (І вимірюється в см / с, p - в 10 МПа);

б) f(V) \u003d l + k v при v v,

де для баллиститного палива Н маємо

; v 140 ... 200м / с;

наприклад, П 0,4; до0,8;

г) при ,

де для баллиститного палив маємо (S / F)100; k0,003...0,004; S -площа палаючої поверхні в перерізі з координатою x:

1 при

д) 0,0125 при

де для баллиститного палива Н маємо (ФГВ, 1971, №l) \u003d 0,04;
J =1,6; J п \u003d 5,6.

коефіцієнти k v, k, до, доі kне є фізичними константами палива, але в обмежених межах конкретного внутрібаллістіческого розрахунку приймаються постійними. Палива з низькими швидкостями горіння більш схильні до ерозійного горіння, ніж палива з високими швидкостями. Поблизу v n при v< v n наблюдается уменьшение скорости горения (отрицательная эрозия, см. п.2.3.2).

4.Завісімость швидкості горіння від деформації розтягування має
вид f 2 () = 1 + b;значення b- порядку одиниці.

5.Скорость горіння твердого палива збільшується з ростом уско
ренію ng,діючого перпендикулярно до палаючої поверхні; так,

для пороху Н маємо (за даними Б. І. Гончаренко), що f 3 (n) =

дорівнює 1; 1,2; 1,4; 1,5 і 1,6 при п\u003d 0,7 10 3, 1 10 3, 4 10 3, 8 10 3 і 18 10 3 відповідно.

Для металізованих сумішевих твердих палив, в яких масова частка алюмінію дорівнює z A 1, взаємозв'язок між f 3 \u003d і пмає вигляд (ФГВ, 1978, №6):

,

де тиск вимірюється в 10 Па, швидкість горіння - в мм / с.

При дуже великих прискореннях (на ділянці насичення) для різних палив f 3 () = 1,5 ...2,5 .

збільшення іпід дією прискорення залежить від розміру часток алюмінію, що міститься в сумішевих твердому паливі. При відхиленні вектора прискорення від нормалі до поверхні вплив пна іспочатку зменшується приблизно як косинус кута нахилу, а при кутах 0 ... 70 0 прискорення не впливає на швидкість горіння.

Швидкість горіння безметалльного складу з очищених компонентів не змінюється при збільшенні перевантажень до 10 3 g.

6.Скорость горіння в умовах швидкоплинні тиску відрізняється від стаціонарного значення, і це зміна може бути наближено описано, наприклад, залежністю

,

де \u003d 0,5 ... 2; а -коефіцієнт температуропровідності палива.

Можливе переривання горіння палива при досить швидкому спаді тиску:

Для баллиститного палив;

- u / d - для сумішевих (D -діаметр зерна окислювача).

На швидкість горіння різних частин заряду твердого палива багатодітній родині і вплив особливості конструкції, технології виготовлення і режимів експлуатації (зберігання) РДТТ.

Сталий горіння твердого палива визначається такими джерелами тепла:

1) сумарно-екзотермічні реакціями, що протікають в тонкому поверхневому шарі палива;

2) сумарно-екзотермічні процесами, що протікають в димогазових суміші.

Нагрівання палива до температури, необхідної для стійкого горіння, здійснюється в основному першим джерелом теплової енергії; при цьому велика частина палива в поверхневому шарі диспергується.

При квазістаціонарному горінні твердого палива зі швидкістю ів прогрітому шарі встановлюється розподіл температури, приблизно описується експоненціальною залежністю (рис. 2.1)

Т (х) Т 3+ (T s -) Ехр ( -xu / а),

де T s, T 3 -температура поверхні палаючого палива і початкова | температура заряду.

Для баллиститного палив існує однозначна залежність температури поверхні T sвід швидкості горіння і.Для палива H Tдорівнює 600, 650, 690 і 720 К при і\u003d 0,25; 0,5; 0,75 і 1 см / с відповідно.

Всього в прогрітому шарі акумульовано кількість теплоти

.

Основний запас цієї теплоти укладено в шарі товщиною \u003d а / і,час прогріву якого порядку t 4 = -а / і г(Час теплової релаксації для баллиститного палива складає 60 і 4 мс при тиску 0,4 і 6,0 МПа відповідно). На підставі цього можна наближено вважати, що для запалення заряду і сталого розвитку реакції розкладання, твердого палива необхідно поверхневого шару передати певну кількість теплоти / іі нагріти поверхню палива до температури, близької до значення, за певний час, рівне приблизно а / і 2.При цьому тиск в РДТТ має бути більше величини, необхідної для стійкого горіння.

Мал. 2.1 Схема горіння баллиститного палива:

Т 3 -початкова температура заряду; - температура на поверхні розділу твердої і газової фаз; 1 - початковий стан палива; 2 - зона прогріву і первинного розкладання компонентів; 3 - жідковязкій шар; 4 - зона газифікації; 5 - зона підготовки горючої суміші; 6 - зона горіння; 7 - продукти
згоряння.

Зростання швидкості горіння з ростом тиску і температури заряду обумовлено тим, що при цих умовах прискорюється прогрівання поверхневого шару. Зростання швидкості горіння при v\u003e v n обумовлений збільшенням ефективних коефіцієнтів теплопровідності і дифузії в розвиненому турбулентному потоці. Під дією перевантажень агломерати, що утворюються при горінні, притискаються до поверхні і, будучи за розмірами можна порівняти з товщиною прогрітого шару, збільшують локально теплопередачу до палива і ведуть фронт горіння. При розтягуванні твердого палива з'являються мікротріщини, доступні для горіння, і лінійна швидкість переміщення палаючої поверхні збільшується.

Конкретні параметри залежності швидкості горіння кожного заряду (або кожної партії зарядів) твердого палива від тиску і температури (наприклад, і \u003d і (T 3) p v)визначаються за допомогою спалювання циліндричного зразка, заброньованого по боковій поверхні, в приладі постійного тиску (рис. 2.2). похибка визначення і= e / tв цьому приладі складається з похибок вимірювання кількох параметрів:

Мал. 2.2. Прилад постійного тиску для вимірювання швидкості горіння твердого палива:

1 - випускний клапан; 2 - впускний клапан; 3 - редуктор в трубопроводі від балонної батареї; 4 електрична спіраль займання зразка твердого палива; 5 -забронірованний по боковій поверхні зразок; б - бомба постійного тиску; 7 - зволікання, перегоряє при проходженні фронту горіння.

Випромінювання і протягом газів в приладі постійного тиску відрізняються від випромінювання і потоку продуктів згоряння в двигуні. Тому виміряний в приладі постійного тиску значення швидкості горіння коригується за допомогою емпіричного коефіцієнта до і\u003d 1 ... 1,1 для умов горіння в двигуні (при v< v n). Коэффициент k v,характеризує вплив швидкості газового потоку на швидкість горіння при v\u003e vn, визначається на спеціальних установках (наприклад, на установці з ГГ, аналогічним представленому на рис. 5.42, де замість зразків теплозахисних покриттів розміщуються зразки твердого палива) або за допомогою спалювання зарядів в модельних РДТТ .

У приладі постійного тиску проводиться також спалювання розтягнутих зразків з метою отримання значення . Залежність швидкості горіння від прискорення встановлюється при випробуванні модельних РДТТ, закріплених на коромислі відцентрового випробувального стенду або при випробуванні що обертаються навколо осі РДТТ.

Добавка металевих порошків в тверді палива не робить істотного впливу на швидкість горіння (при відсутності великих прискорень, спрямованих до поверхні горіння), так як запалення і горіння металів відбувається в потоці газу. Відмітна особливість горіння сумішевих металізованих твердих топлівсостоіт в тому, що воно являє собою складну послідовність превращенійісходних частинок металу (алюмінію) - агломерацію (укрупнення) на що реагує поверхні палива, їх займання, винос в газову фазу, горіння і рух в ній. Зерна окислювача (перхлората амонію) на порядок і більше перевищують за розмірами вихідні частинки алюмінію, що містяться в пальному - сполучному, що заповнює "кишені" між зернами. Інтенсивність вигоряння максимальна в області кордонів з останніми. Тому при проходженні хвилі горіння відбувається злиття частинок металу, що скупчилися в даному кишені, і ці агрегати на один - два порядки більші початкових частинок. При деяких умовах можуть відбуватися також і злиття агрегатів з сусідніх "кишень", і утворення декількох агрегатів в межах однієї "кишені". Від подальшого руху і горіння агрегатів алюмінію, коагуляції і розпаду крапель А1 / А1 2 О 3 залежать втрати питомої імпульсу, вплив багатофазного потоку продуктів згоряння на теплову захист РДТТ і шлакообразованіе. В результаті аналізу експериментальних даних за розмірами частинок окису алюмінію в продуктах згоряння отримана наступна формула:

де d вимірюється вм; t - в с; р - в МПа; d - в мкм; t= L/ V; L -довжина двигуна.

ГОРІННЯ, Фіз.-хім. процес, при к-ром перетворення в-ва супроводжується інтенсивним виділенням енергії і тепло-і с. На відміну від і протікає з більш низькими швидкостями і не пов'язане з освітою. В основі горіння лежить хім. р-ція, здатна протікати з прогресуючим самоускорением внаслідок накопичення тепла, що виділяється (теплове горіння) або активних промежут. продуктів (ланцюгове горіння). наиб. поширене теплове горіння; ланцюгове горіння в чистому вигляді зустрічається порівняно рідко, гл. обр. в разі деяких газофазних р-ций при низьких.

Умови тримаючи. самоускорения м. б. забезпечені для всіх р-ций з досить великими тепловими ефектами і. наиб. великий клас р-ций горіння-окислення, напр. при горінні прир. , і т.п.; окислювачі-кисень,. У режимі горіння можуть відбуватися: розкладання, дінітрогліколя, метілнітрата і ін .; окісліт.-відновить. р-ції, в яких брало відновники-елементи з високою спорідненістю до (Са, Al, Si, Mg та ін.); синтез з елементів, галогенідів, халькогенидов, тугоплавких і.

Горіння може початися мимовільно в результаті або бути ініційованим запалюванням (див.). При фиксиров. зовн. умовах (, т-ра, розміри реактора, параметри тепло- і масопереносу і ін.) безперервне горіння може протікати в стаціонарному режимі, коли осн. характеристики процесу - швидкість р-ції, к-ть тепла, що виділяється в одиницю часу (потужність тепловиділення), т-ра і склад продуктів - не змінюються в часі, або в периодич. режимі, коли ці характеристики коливаються біля своїх середніх значень. Внаслідок сильної нелінійної залежності швидкості р-ції від т-ри горіння відрізняється високою чутливістю до зовн. умовами: при їх незначит. зміні повільна р-ція може перейти в режим горіння або, навпаки, розвинене горіння може припинитися. Це ж св-во горіння обумовлює існування дек. стаціонарних режимів при одних і тих же умовах (гістерезисна ефект).

Теорія горіння.

При адіабатіч. спалюванні горючої суміші, тобто за відсутності між реагує системою і, м. б. розраховані кількість виділився при горінні тепла, т-ра Т Г, к-раю була б досягнута при повному згорянні (т. зв. адіабатіч. т-ра горіння), і склад продуктів, якщо відомі склад вихідної суміші і термодинамич. ф-ції вихідної суміші і продуктів. Якщо склад продуктів заздалегідь відомий, Т Г м. Б. розрахована з умови рівності внутр. енергії системи (при пост. обсязі) або її (при пост.) в початковому і кінцевому станах за допомогою співвідношення: Т Г \u003d Т 0 + Qr / C, де Т 0 початкова т-ра суміші, С-середня в інтервалі т -р від Т 0 до Т Г уд. вихідної суміші (з урахуванням її зміни при можливих), (Q Г -УД- суміші при т-ре Т Г. При відносному змісті а 0 в суміші компоненти, повністю витрачається в р-ції (напр., пального), Q Г \u003d Q * а 0 де Q-тепловий ефект р-ції горіння. значення Тр при пост, обсязі більше, ніж при пост., оскільки в останньому випадку частина внутр. енергії системи витрачається на роботу розширення. на практиці умови адіабатіч. горіння забезпечуються в тих випадках, коли р-ція встигає завершитися раніше, ніж стане суттєвим між реакц. об'ємом і, напр. в камерах згоряння великих реактивних двигунів, у великих реакторах, при швидко поширюються хвилях горіння.

Термодинамич. розрахунок дає лише часткову інформацію про процес - рівноважний склад і т-ру продуктів. Повний опис горіння, що включає також визначення швидкості процесу і критич. умов при наявності тепло-і с, можна провести тільки в рамках макрокінетіч. підходу, який розглядає хім. р-цію у взаємозв'язку з енергії і в-ва (див.). У разі заздалегідь перемішаної суміші пального та р-ція горіння може відбуватися у всьому просторі, зайнятому горючою сумішшю (об'ємне горіння), або в порівняно тонкому шарі, що розділяє вихідну суміш та продукти і поширюється по горючій суміші у вигляді т. Зв. хвилі горіння. У неперемешанние системах можливо дифузійне горіння, при к-ром р-ція локалізується у відносно тонкої зоні, яка відділяє пальне від, і визначається швидкістю в цю зону.

об'ємне горіннявідбувається, напр., в теплоізолюючих. реакторі ідеального (див.), в к-рий надходить при т-ре Т 0 вихідна суміш з відносить. вмістом пального а 0; при іншій т-ре Г реактор залишає суміш з іншим відносить. вмістом пального а. При повному витраті G через реактор умови балансу суміші і змісту пального при стаціонарному режимі горіння можуть бути записані ур-нями:

де w (а, Т)-швидкість р-ції горіння, К-обсяг реактора. Використовуючи вираз для термодинамич. т-ри Т Г, можна з (1) отримати: а \u003d а 0 (Т Г - Т) / (Т Г - Т 0) і записати (2) у вигляді:

де q - (T) \u003d GC (T- Т 0)-швидкість відводу тепла з реактора з продуктами згоряння, q + (T) \u003d Qw (a, Т) V-швидкість виділення тепла при р-ції. Для р-ції і-го порядку з:

(K 0 -предекспоненц. Множник в ур-ванні Аррениуса). На діаграмі q - Т (рис. 1) залежність q - (T) виражається прямою лінією, кут нахилу до-рій тим більше, чим більше витрата через реактор; q + (T) виражається кривою з різким максимумом поблизу Т Г. Висхідна гілка цієї кривої обумовлена \u200b\u200bшвидким зростанням швидкості р-ції з т-рою (у натуральному вираженні для w осн. вклад дає експоненц. множник); при значить. вигорянні пального суміш сильно розбавляється продуктами, переважний вплив на швидкість р-ції починає давати множник а n і р-ція різко сповільнюється. Оскільки для р-ций горіння характерні великі значення Е, максимум на кривій q + (T) виражений дуже різко і сильно зміщений до Т Г, тобто наиб. швидко реагує суміш, сильно нагріта виділяється теплом, хоча і значно розбавлена \u200b\u200bпродуктами. При разл. витратах G умови балансу (1) і (2), к-рим відповідають точки перетину q + (T) і q - (Т), можуть виконуватися при разл. т-рах. Відповідно і р-ція може протікати по-різному: в низькотемпературному режимі без прогресуючого самоускорения, з незначит. саморазогрева (Т Т 0) і вигоранням пального (аа 0) (точка А на рис. 1 при витраті G t) або в режимі горіння при високих т-рах (Т Т Г) і великих ступенях вигорання (а0) (точка С на рис. 1 при витраті G 3). Переходи між цими двома режимами-займання суміші і її згасання-відбуваються стрибкоподібно при критич. витратах G B і G П соотв., причому завжди 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.

Мал. 1. Залежність швидкостей тепловиділення q + і тепловідводу q - від т-ри Т реагує системи при разл. значеннях витрати через реактор С (пояснення в тексті); Т 0 -т-ра. Т Г - адіабатіч. т-ра горіння.

Критич. і гістерезисна явища, характерні для горіння, виникають не тільки при зміні витрати, але і при зміні ін. зовн. умов (Т 0, V і т.д.).

хвилі горінняобумовлені характерним св-вом горіння-здатністю до поширення в просторі, зайнятому горючою сумішшю. Почавшись в одному шарі горючої суміші, що заповнює до.-л. обсяг, напр. трубу, р-ція горіння ініціюється в сусідніх шарах внаслідок їх нагрівання гарячими продуктами або через з реагує шару. В результаті виникає поширюється уздовж труби фронт горіння, перед до-рим знаходиться горюча суміш при початковій т-ре Т 0, за ним-продукти згоряння при т-ре Т П. При відсутності втрат тепла через стінки труби Т П \u003d Т Г. В стаціонарному режимі горіння всі крапки плоского хвильового фронту переміщаються з однаковою швидкістю м, постійної в часі. Швидкість р-ції w, т-ра Т і горючої компоненти а розподілені у фронті горіння нерівномірно, утворюючи вздовж координати поширення фронту х три зони (рис. 2). У т. Зв. зоні 1 т-ра приймає значення у вузькому інтервалі поблизу Т Г, а швидкість р-ції максимальна. У зоні прогріву 2 швидкості р-ції і тепловиділення істотно менше, осн. роль в тепловому балансі суміші відіграє тепловий потік із зони р-ції. Під впливом цього потоку горюча суміш настільки швидко нагрівається до високих т-р, що компоненти не встигають прореагувати. У зоні 3 здійснюється молекулярне компонентів горючої суміші і продуктів р-ції. В результаті пального в зоні р-ції сильно знижується і суміш збагачується продуктами горіння. Значення ширини зони прогріву l Т і зони l D визначаються коеф. температуропроводности суміші х і продуктів D соотв .:. Ширина зони р-ції l р для простої одностадійної р-ції у багато разів менше l Т: l р / l T ~ RT T 2 / E (T Г - Т 0). У випадках р-ції зі складним механізмом (напр., При сильному гальмуванні р-ції продуктом) l р м. Б. порівнянна і навіть перевершувати l Т.

У відповідності з поточними значеннями Т і а розподілена у фронті горіння і повна суміші Н (рис. 3). При нагріті шари, збагачені горючою сумішшю, мають надлишок в порівнянні з Н 0 вихідної суміші; прінедостаточно прогріта і сильно розбавлена \u200b\u200bпродуктами суміш має недолік. Надлишок у фронті горіння-причина нестійкості стаціонарних хвиль горіння і виникнення коливальних режимів їх поширення.

Мал. 3. Зміна Н реагує системи уздовж координати х поширення фронту горіння; і D-коефіцієнти температуропровідності суміші і продуктів відповідно.

При складних р-ціях, що протікають по багатостадійну механізму, структура фронту горіння може виявитися складнішим, ніж в разі простою (одностадійної) р-ції. Залежно від співвідношення між кинетич. разл. стадій складної р-ції ці стадії можуть або протікати в одній зоні (режим злиття), або можуть бути просторово розділеними і взаємодій. між собою за допомогою теплових і дифузійних потоків (режим управління), або не будуть відчувати ніякого взаємного впливу (режим відриву). Швидкість поширення фронту горіння з дек. зонами р-ції, як правило, визначається до.-л. однією з них (т. зв. провідна зона).

Кількість пального, згорає на одиниці пов-сті фронту горіння в одиницю часу, зв. масової швидкістю горіння т. Вона визначається виразом: , Де-щільність вихідної суміші.

Розрахунок швидкостей горіння-масової m і лінійної u-пов'язаний з відшукання розподілу т-р і всіх компонентів суміші у фронті горіння і вимагає спільного вирішення діфференц. ур-ний тепло- і масопереносу в реагує середовищі. Згідно Зельдовича-Франк-Каменецького, для простої (одностадійної) р-ції

де-теплопровідність суміші, \u003d RT 2 Г / E (T Г - T 0); значення і w відповідають т-ре Т Г, щільності суміші і ефективної пального в зоні р-ції \u003d. З цієї ф-ли випливає, що з усіх фіз.-хім. св-в горючій суміші і характеристик тепло- і массопе-реноса наиб. вплив на т надає т-ра Т Г, оскільки залежність т від Т Г відповідає експоненц. закону, тобто

В реальних умовах поширення фронту горіння завжди супроводжується втратами тепла у зовн. середу (випромінюванням,), що призводить до зменшення т-ри і швидкості горіння в порівнянні з їх адіабатіч. значеннями. Якщо відношення інтенсивності тепловтрат до потужності тепловиділення перевищує недо-рої критич. значення, самораспространения р-ції по горючій суміші стає неможливим. Зрив горіння із зростанням тепловтрат здійснюється стрибком: безпосередньо перед потухання швидкість горіння відмінна від нуля і навіть м. Б. близька до швидкості адіабатіч. горіння. Зі зривом горіння внаслідок тепловтрат пов'язані поняття разл. меж горіння. Так, якщо вміст у горючій суміші стає менше стехиометрического, сильно зменшуються швидкості р-ції і тепловиділення. При незмінній тепловіддачі це призводить до зростання відносини інтенсивності тепловтрат до потужності тепловиділення. При деякої пального це відношення досягає критичного. значення, нижче догрого суміш стає негорючою в даних умовах; відповідна пального зв. концентраційним межею горіння. Аналогічно визначаються межі гореніея за початковою т-ре, діаметру труби і т.п.

дифузійне горіннямає місце в умовах, коли пальне і дифундують в зону р-ції з протилежних сторін; таке, напр., горіння свічки, гніту. Якщо при цьому k р-ції горіння багато менше, встигають переміщатися і р-ція протікає в звичайному кинетич. режимі (щодо низькотемпературному). при