Диффузионное горение газов и паров

При диффузионном горении горючая смесь готовится в процессе горения и его скорость определяется (тормозится) скоростью смешения горючего и окислителя. Поэтому диффузионное горение менее быстрое, чем кинетическое: U^диф_пл = 0,4 – 2,5 м/с, тогда как у кинетического скорость составляет 2 – 150 м/с. Ударная волна не образуется, хотя сравнительно небольшое избыточное давление все же имеется – 0,5 кПа (реже до 5 кПа). Появление избыточного давления связано с тем, что из 1 л горючего газа образуется 10 л продуктов горения.

Так как интенсивность диффузионного горения в 1000 раз меньше, чем у кинетического, толщина пламени больше (химические превращения занимают больше времени) и достигает ^диф _пл  1 см.

Температура горения составляет порядка 1000 – 1200 С, до 1500 С.

Различают ламинарное и турбулентные диффузионные пламена.

Ламинарное диффузионное горение

Спокойное горение, когда видно очертание слоев пламени.

Структура ламинарного диффузионного пламени газовой горелки приведена на рис. 4.5, высота пламени зависит от скорости подачи газа.

Подача

воздуха

Подача газа

Рис. 4.5. Структура ламинарного диффузионного пламени

Турбулентное диффузионное горение

Ламинарное пламя переходит в турбулентное при увеличении скорости подачи газа или наличии помех.

Механизмы распространения турбулентного пламени:

• тепловой;

• диффузионный;

• «забрасывание» пламени в свежую смесь в результате турбулентных пульсаций. Скорость турбулентного пламени не постоянна, т.к. появляется пульсация (забрасывание) пламени.

Другими словами, при турбулентном режиме горения к диффузионно-тепловому механизму распространения пламени добавляется дробление, забрасывание пламени. Турбулентное пламя состоит из отдельных объемов свежей смеси, горящих в окружении продуктов горения с нормальной скоростью. Поэтому турбулентное пламя более быстрое, чем ламинарное. Интенсивность турбулентного пламени в 100 - 1000 раз выше чем ламинарного.

Таким образом, различают кинетическое и диффузионное горение газопаровоздушных смесей. Кинетическим называют горение предварительно перемешанных смесей горючего и окислителя. На пожарах обычно имеет место диффузионное горение, когда смешение смеси происходит в процессе горения. Скорость такого горения лимитируется скоростью образования горючей смеси, т.е. смешением горючего и окислителя за счет диффузии. При распространении пламени по газопаровой системе исходную смесь от продуктов горения отделяет узкая светящаяся зона, называемая фронтом пламени. Фронт пламени представляет собой трехмерную область, в которой начинается и завершается химическая реакция взаимодействия горючего с окислителем. В этой зоне выделяется вся потенциальная (химическая) энергия топлива в виде теплоты и температура горения повышается до максимального значения – температуры пламени. В зоне горения перед фронтом пламени концентрация исходных компонентов почти не меняется, поскольку химическое взаимодействие между ними не протекает и температура горючей смеси равна начальной. Непосредственно перед фронтом пламени (зоной пламенных реакций) концентрация регентов понижается, главным образом, вследствие разбавления ее продуктами горения. В зоне пламенных реакций в результате химической реакции горения концентрация исходных компонентов резко снижается практически до нуля, а температура достигает максимального значения. Вследствие молекулярной теплопроводности температура перед зоной химической реакции монотонно повышается от начальной температуры горючего вещества до температуры, близкой к температуре горения, образуя зону физического прогрева.

Вопросы для самоконтроля

1. Перечислите основные положение горения газов (паров).

2. Перечислите механизмы распространения кинетического горения.

3. Назовите способы передачи тепла из пламени в свежую ГПВС

4. Приведите значение толщины и скорости кинетического пламени?

5. Какие бывают значения возможных давлений детонационного и кинетического взрыва?

6. Перечислите изученные в этой главе показатели ПВО.

7. Какие факторы влияют на скорость пламени?

8. В каких случаях происходит переход ламинарного пламени в турбулентное?

9. Какие бывают значения толщины и скорости диффузионного пламени?

10. Приведите значение избыточного давления дефлаграционного горения.

11. Перечислите механизмы распространения турбулентного пламени.