- •Введение
- •I. Вводная часть курса «теория горения и взрыва»
- •1.1. Что такое горение и взрыв
- •1.2. Зачем нужно изучать горение и взрыв
- •1.4. В чем сложность изучения горения и взрыва.
- •1.5.1. По передаваемой субстанции
- •1.5.2. По развитию горения во времени
- •1.5.3. По устройствам, в которых происходит горение
- •1.5.4. По наличию межфазных взаимодействий
- •II. Взрывы
- •2.1. Землетрясение как аналог скрипа дверной петли
- •2.2. Скачкообразный выход из метастабильного состояния.
- •2.2.1. Взрывное вскипание жидкости
- •2.2.2. Взрывная газификация кристаллогидратов
- •2.3. Несанкционированный «ядерный взрыв»
- •Скорость поступления
- •2.4. Тепловой взрыв изолированного экзотермически реагирующего вещества
- •2.4.1. Реакция при идеальном теплоотводе.
- •Задание 1
- •2.4.2. Адиабатический тепловой взрыв
- •2.4.3. Тепловой взрыв с теплоотдачей
- •2.4.3.1. Постановка задачи, устойчивость режимов.
- •2.4.3.2. Тепловой взрыв при изменении внешних условий.
- •2.4.3.3. Случай с эпоксидной смолой.
- •2.4.3.4. Гетерогенный тепловой взрыв.
- •2.4.3.5. Гистерезис.
- •2.4.3.6. Условие теплового взрыва (аналитика).
- •2.4.3.7. Возможность определения кинетики.
- •Подставляем (18, 23, 24) в (20)
- •2.5. Тепловой пробой диэлектрика [3]
- •Сплошная линия – температура порошка, штриховая – тигля
- •2.7. Тепловой взрыв в проточном реакторе
- •Пусть в устройстве идет реакция согласно (6) и предэкспонент пропорционален концентрации исходного вещества
- •Плотность для простоты считаем постоянной (учет ее переменности не меняет качественную картину процесса). Баланс массы продукта реакции (в установившемся режиме) имеет вид
- •III. Горение
- •3.1. Диффузионное горение.
- •3.1.1. Горение пыли.
- •3.2. Горение в кипящем слое.
- •3.2.1. Понятие о кипящем слое.
- •Зависимости (41-43) справедливы и для формы частиц радикально отличающейся от сферической, при этом используется некоторый «эффективный» диаметр deff, см. [8].
- •3.3. Понятие о горении смесевых топлив.
- •3.3.1. Состав смесевых топлив.
- •3.3.2. Особенности горения смесевых топлив (по сравнению с гомогенными).
- •3.4. Горение заранее перемешанной газовой смеси и гомогенных энергетических материалов (эм)
- •3.4.2. Структура тепловой волны горения.
- •3.4.3. Эмпирические зависимости для скорости горения эм и трт.
- •3.4.6. Новые представления о механизме горения гомогенных трт, неустойчивость и «собственная турбулентность».
- •3.4.7. Нестационарное горение эм и трт.
- •Литература
3.2. Горение в кипящем слое.
3.2.1. Понятие о кипящем слое.
Рис. 19. Схема кипящего слоя
Проще всего можно получить понятие о «кипящем» слое, представив себе эксперимент, изображенный на рис. 19. Расположенный на сетке (решетке) сыпучий материал (например, песок) продувается снизу воздушным потоком. Скоростью продувки u принято называть объемный расход продуваемого вещества через единицу площади поперечного сечения слоя. Это полный массовый поток (который задается интенсивностью работы воздуходувки и одинаков в любом поперечном сечении аппарата), деленный на плотность продуваемого вещества и на площадь поперечного сечения слоя (аппарата). Поэтому скорость движения микрообъемов воздуха совпадает с u над слоем всегда, а под сеткой – если в слое нет тепловыделения. В самом слое она больше, чем u, из-за уменьшения реального проходного сечения (а при тепловыделении в слое – и за счет уменьшения плотности газа). При малой скорости продувки воздух фильтруется сквозь песок, который всюду остается неподвижным (сохраняются контакты между песчинками). При достаточно большой скорости продувки u = u* начинается хаотическое движение песчинок (что дает основание называть слой «кипящим»)2. При этом падает палочка, воткнутая ранее в песок; всплывает палочка, засыпанная ранее песком; тонет камень, лежавший ранее на поверхности песка, и выравнивается поверхность песка (исчезает горка, которая ранее была на его поверхности). Другими словами, песок приобретает свойства жидкости, и поэтому «кипящий» слой называют также псевдоожиженным (псевдо означает якобы). Скорость u* принято называть критической. Если скорость продувки увеличивать u > u*, то увеличивается толщина кипящего слоя, и после достижения «скорости витания» u > uвит он полностью выносится потоком из аппарата.
Рис. 20. Перепад давления в кипящем слое.
Перепад давления в слое (от сетки до поверхности) зависит от скорости продувки согласно рис. 20. При u < u* (пока сохраняются межчастичные контакты, так что слой ведет себя как твердое тело) выполняется обычная для фильтрации через пористое твердое тело зависимость: чем больше скорость продувки, тем больше перепад давления. После псевдоожижения u > u* исчезают постоянные контакты частиц не только между собой, но и с сеткой (решеткой), и как в обычной жидкости вес слоя gSh уравновешивается перепадом давления Sp3. Здесь - средняя плотность слоя, h – его толщина, S – площадь поперечного сечения аппарата. При увеличении скорости продувки вес слоя не изменяется (см. на рис. 20 горизон тальный участок кривой), пока не начнется вылет частиц при u = uвит, и совпадает с весом до начала продувки
h = с (1-) h = const = с (1-0) h0 (40)
Нижний индекс с относится к зернистому материалу, 0 - к неподвижному (насыпному) слою, - объемная доля продуваемого вещества в слое (соответственно 1- - объемная доля зернистого материала). Величину для сплошной пористой среды принято называть пористостью, а для дисперсных (зернистых) материалов – порозностью. Для насыпного слоя зернистого материала обычно 0 0.4-0.48.
Для практических применений важно знать величины u*, uвит. Чтобы понять, от каких аргументов они зависят, рассмотрим равновесие отдельной частицы. В режиме псевдоожижения сумма силы воздействия потока на частицу (равная ее гидравлическому сопротивлению) и силы Архимеда (веса вытесненной ею среды) равна весу частицы.
C(Re, ) d2/4 au2/2 + d3/6 аg = d3/6 cg
Здесь индекс а относится к продуваемому веществу. Из приведенного баланса следует Ar (gd3/2) (c/a - 1) = 1.5 Re2 C(Re, ), так что в режиме псевдоожижения Ar = Ar(Re, ) или Re = Re(Ar, ). Здесь Ar – число Архимеда, /а - кинематическая вязкость воздуха (или иного газообразного или жидкого продуваемого вещества – псевдоожижающего агента), - его динамическая вязкость, Re ud / , d – размер частицы. Обработкой большого числа экспериментов получена эмпирическая зависимость
(41)
Она справедлива для псевдоожиженного слоя во всей области его существования, а именно: при 1 > > 0. Соответственно на границах (41) дает выражения для условия начала псевдоожижения Re* = Re(Ar, 0) и для условия начала уноса Reвит = Re(Ar, 1). Приведем также эмпирическое соотношение для скорости потока, оптимальной по теплообмену4
(42)
и для порозности
(43)
Формула (43) приближенно, но достаточно хорошо аппроксимирует громоздкое выражение, которое можно получить, извлекая из (41).