34. Предел диффузионного горения неперемешанных газов

При недостаточной скорости химической реакции зона химического пре­вращения расширяется и возникают отклонения от рассмотренной предель­ной модели. Уменьшение скорости реакции— расширении зоны реакции —приведет к погасанию пла­мени, горение станет невозможным. Проанализируем причины этого явле­ния и найдем критические условия его возникновения.

В смеси заранее перемешанных газов имеются пределы распространения пламени, обусловленные тепловыми потерями от зоны горения в стенки трубы и на из­лучение. Из-за тепловых потерь снижается температура пламени и умень­шается скорость его распространения. Снижение скорости приводит к тому, что тепловые потери увеличиваются еще больше, температура пламени прогрессирующе падает и т. д. Критическое условие возможности горения характеризуется предельной величиной, на которую может понизиться температура горения: если тепловые потери приводят к снижению темпе­ратуры пламени на величину, большую чем адиабатическая температура сгорания, то происходит погасание пламени. В диффузионном пламени уменьшение температуры диффузионного пламени не приводит к изменению количества газа, сгорающего на единице его поверхности, по­скольку скорость горения определяется скоростью диффузии. При увеличении скорости подачи окислителя и горючего в зону реакции наступает момент, когда скорость химической реакции оказывается недостаточной для того, чтобы переработать поступающее в пламя вещество, зона горения охлаждается, что приводит к дальнейшему уменьшению скорости реакции, и происходит погасание пламени.

Рассмотрим как изменяется структура зоны интенсивной реакции при увеличении скорости подачи окислителя и горючего.

Чтобы найти эти распределения, нужно задать конкретный вид функции скорости химической реакции, например

Введем эффективные величины, характеризующие зону реак­ции, — температуру , концентрации и , ширину . Полное коли­чество вещества, реагирующего по всей зоне химического превращения, для бимолекулярной реакции можно записать в виде

При малых , пока химическую реакцию можно считать мгновенной, с увеличением про­исходит интенсификация горения. Скорость реакции, экспоненциально зависящая от темпера­туры, резко падает, что при достаточно больших расходах реагентов при­водит к погасанию диффузионного пламени. Вместо режима горения про­исходит перемешивание холодных газов при начальной температуре.

Массовая скорость горения в ламинарном пламени является верхним пределом, к которому стремится скорость потребления вещества при ламинарном диффузионном горении.

Ширина зоны реакции диффузионного пламени на пределе порядка-ширины зоны реакции ламинарного пламени в смеси заранее перемешанных газов.

Найдем максимально возможное понижение температуры диффузионного пламени, отвечающее погасанию:

Итак, погасание происходит при понижении температуры на величину порядка характеристического интервала.

При диффузионном горении концентрации обоих реагирующих веществ в зоне реакции малы и зависят от интенсивности горения. На границе су­ществования пламени концентрации в зоне реакции максимальны, но не превышают по порядку величины доли от начальных концентраций. В смеси заранее перемешанных газов концентрация реагирующего вещества, находящегося в недостатке, или обоих веществ в случае стехиометрической смеси также порядка от начальной.

35. Предел диффузионного горения. Природа предела и условие погасания пламени.

При недостаточной скорости хим реакции зона хим превращения расширяется и возникают отклонения от предельной модели. По аналогии с другими критическими явлениями горения и теплового взрыва можно ожидать, что уменьшение скорости реакции выражающееся вначале лишь в некотором кол-ном изменении структуры зоны горения – расширении зоны реакции – затем, после достижения опр критического значения, приведет к погасанию пламени, горение станет невозможным. В смеси заранее перемешанных газов имеются пределы распространения пламени, обусловленные тепловыми потерями от зоны горения в стенки трубы и на излучение. Из-за тепловых потерь снижается температура пламени и уменьшается скорость его распространения. Снижение скорости приводит к тому, что тепловые потери увеличиваются еще больше, температура пламени прогрессирующе падает и т.д. Критическое условие возможности горения характеризуется предельной величиной, на которую может понизиться температура горения: если тепловые потери приводят к снижению температуры пламени на величину, большую чем RT²_b/E (T_b – адиабатическая температура сгорания), то происходит погасание пламени. В диффузионном пламени уменьшение температуры диффузионного пламени не приводит к изменению кол-ва газа, сгорающего на единице его поверхности, поскольку скорость горения определяется скоростью диффузии. Поэтому срыв горения из-за теплопотерь осуществляется в диффузионном пламени при меньшей интенсивности горения по сравнению с пламенем в смеси заранее перемешанных газов и природа критического условия иная. Однако в диффузионном пламени имеется предел горения совсем другой физической природы, который возникает при попытке получить макс высокую интенсивность горения. Этот предел связан с конечностью скорости хим реакции. При увеличении скорости подачи окислителя и горючего в зону реакции наступает момент, когда скорость хим реакции оказывается недостаточной для того, чтобы переработать поступающее в пламя вещество, зона горения охлаждается, что приводит к дальнейшему уменьшению скорости реакции. И происходит погасание пламени. Существование максимального значения скорости потребления реагирующих веществ объясняется след образом. При малой ширине зоны реакции – хим реакцию можно считать мгновенной, с увеличением ширины зоны происходит интенсификация горения. Дело в том, что теплоотвод из зоны реакции увеличивается в той же мере, в какой увеличивается тепловыделение за счет большего кол-ва сгорающих газов, максимальная температура в пламени остается постоянной при больших потомках реагентов в пламени, концентрация каждого вещества в зоне реакции пропорциональны ширине зоны реакции. При дальнейшем увеличении расхода реагентов для обеспечения заданной скорости горения увеличивается «перекрывание» концентраций окислителя и горючего в зоне реакции. Скорость реакции, экспоненциально зависящая от температуры, резко падает, что при достаточно больших расходах реагентов приводит к погасанию диффузионного пламени. Вместо режима горения происходит перемешивание холодных газов при начальной температуре. Существование предела диффузионного горения, обусловлено конечностью скорости хим реакции.