КАФЕДРА ЭНЕРГОФИЗИКИ

ФИЗИЧЕСКИЙ ФАКУЛЬТЕТ БГУ

ОСНОВНЫЕ ВОПРОСЫ ПО СПЕЦКУРСУ

«ФИЗИКА ГОРЕНИЯ И ВЗРЫВА»

д.ф.-м.н.,

вед. научн. сотр. ИТМО НАН Беларуси Рабинович О.С.

1. Термодинамика процессов горения. Энтальпии образования химических веществ, тепловой эффект реакции. Адиабатическая температура горения.

Эквивалентное отношение (equivalence ratio)

f < 1 – бедная (топливом) смесь

f >1 – богатая смесь

Критерий химического равновесия

Д ля каждой пары постоянных термодинам. переменных в случае равновесия должно быть удовлетворено условие:

В зависимости от выбора основных переменных, вид m_i будет отличаться и, фактически, будут минимизироваться:

при S=const, p=const — Энтальпия H(S,p)

при V=const, T=const — Свободная энергия Гельмгольца F(V,T)

при p=const, T=const — Свободная энтальпия Гиббса G(p,T)

Стандартные энтальпия образования и энтропия (p₀ = 10⁵ Па)

Теплота образования, теплота реакции и теплота сгорания

энтальпия образования вещества при стандартных условиях

энтальпия образования при температуре Т

теплота реакции при температуре T

т еплота сгорания – теплота реакции окисления 1 моля топлива кислородом с образованием конечных продуктов H₂O, CO₂ и N₂

(p = p₀, T = T₀)

Адиабатическая температура горения – конечная равновесная температура, которая устанавливается после сгорания однородной смеси при постоянном давлении

Простая оценка T_ad:

2. Критические явления в горении. Тепловой взрыв. Режимы горения в реакторе идеального смешения.

Теория теплового взрыва Н.Н. Семенова («нестационарная)

Кинетика процесса

Скорость тепловыделений Скорость теплоотвода

Идея стационарные решения (диаграмма Семенова)

Приближенный анализ - условие стационарности реакции

Безразмерные переменные ( Д.А. Франк-Каменецкий):

Характерные времена:

время тепловой релаксации время реакции при T₀ время адиабат. разогрева на DT*

Б езразмерные переменные

( Д.А. Франк-Каменецкий)

Безразмерное уравнение теплового баланса:

Условие стационарного решения: где

В приближении b®0 Общий критерий теплового взрыва:

Аналоги теплового взрыва: цепной взрыв, тепловой пробой диэлектриков, гидродинамический тепловой взрыв.

Р ежимы горения в реакторе идеального смешения

q₊ q_-

3. Л аминарные пламена в предварительно перемешанных газовых системах. Механизм распространения пламени. Нормальная скорость распространения пламени. Пределы горения газовых смесей.

Плоское ламинарное пламя как автоволна. Скорость стандартного пламени зависит только от свойств горючей смеси!

Дефлаграция – медленно распространяющееся пламя; uu~ 0.5 м/с; Dp << 1 бар

Механизм – теплопроводность и диффузия

Детонация – распространение пламени со сверхзвуковыми скоростями;

uu > 1000-2000 м/с; pb > 10 бар.

Механизм– воспламенение несгоревшей смеси в результате её сжатия в ударной волне.

Структура ламинарного пламени:

Математическая формулировка задачи

О ценки с помощью метода размерностей

Идея метода узкой зоны реакции (З-Ф-К)

Основные предположения:

а) с_p = const постоянна ; б) rD = constпостоянно; в) Le = D/a = const;

г) зона реакции узкая по сравнению с зоной прогрева (энергия активации большая);

д) в зоне прогрева тепловыделений нет;

е) в зоне реакции пренебрегаем конвективным переносом.

Выражение для скорости горения в приближении узкой зоны

( для реакции 1-го порядка)

Определение нормальной скорости пламени – горелка Бунзена

Предел распространения стационарной волны горения, связанный с теплопотерями

Идея метода расчета предела горения по Зельдовичу

Основной результат