Хімічна реакція - горіння - технічний словник те ii

Хімічні реакції горіння починаються після створення початкового вогнища полум'я в підготовленої паливо-повітряної суміші. У поршневих ДВС він створюється або електричної іскрою, або за рахунок нагріву ТВС до такої температури, при якій в обсязі суміші мимовільно виникають багато початкові осередки полум'я відбувається самозаймання суміші.
Хімічна реакція горіння відбувається не при всіх умовах зіткнення молекул пального газу з молекулами кисню.
Якщо хімічні реакції горіння не є автокаталитически, то причиною поширення полум'я може бути тільки передача тепла від продуктів горіння незгорілої суміші. Такий вид поширення полум'я називається тепловим. Це, звичайно, аж ніяк не виключає того, що одночасно відбувається і дифузія реагентів і продуктів реакції, так що склад реагує суміші в зоні реакції відрізняється від складу вихідної суміші. Але в цьому випадку дифузія є не причиною поширення полум'я, а тільки супутнім фактором. Зокрема, це відноситься і до ланцюговим реакцій з неразветвляющіміся ланцюгами. Дифузія вільних атомів і радикалів, якщо тільки вони знаходяться в термодинамічній рівновазі або в квазістаціонарних концентраціях, не може бути причиною поширення полум'я, яке залишається тепловим. Роль дифузії повністю враховується в правильній теплової теорії поширення полум'я, як буде показано в наступному розділі.
Якщо хімічні реакції горіння не є автокаталитически, то причиною поширення полум'я може бути тільки передача тепла від продуктів горіння несгоревшейсмесі. Такий вид поширення полум'я називається тепловим. Це, звичайно, аж ніяк не виключає того, що одночасно відбувається і дифузія реагентів і продуктів реакції, так що склад реагує суміші в зоні реакції відрізняється від складу вихідної суміші. Але в цьому випадку дифузія є не причиною поширення полум'я, а тільки супутнім фактором. Зокрема, це відноситься і до ланцюговим реакцій з неразветвляющіміся ланцюгами. Дифузія вільних атомів і радикалів, якщо тільки вони знаходяться в термодинамічній рівновазі або в квазістаціонарних концентраціях, не може бути причиною поширення полум'я, яке залишається тепловим. Роль дифузії повністю враховується в правильній теплової теорії поширення полум'я, як буде показано в наступному розділі.
Швидкість хімічних реакцій горіння газу з повітрям в пальниках дуже велика. Ці реакції при високих температурах протікають за тисячні частки секунди. Тривалість горіння потоку газоповітряної суміші визначається безперервною подачею свіжих порцій газу і повітря, які згорають у результаті швидкого виникнення реакцій окислення під дією теплового потоку.
Швидкість хімічних реакцій горіння газу з повітрям в пальниках дуже велика. Ці реакції при високих темлературах протікають за тисячні частки секунди. Тривалість горіння потоку газоповітряної суміші визначається безперервною подачею свіжих порцій газу і повітря, які згорають у результаті швидкого виникнення реакцій окислення під дією теплового потоку.
Кількісні співвідношення хімічних реакцій горіння можуть бути отримані при відомих молекулярних масах i речовин і щільності р ц / 22 4 газів при нормальних фізичних умовах.
Принципова схема автоматичної системи придушення вибуху в закритій ємності. Механізм інгібування хімічних реакцій горіння вивчений недостатньо. Однак дослідження, проведені в останні роки [220-223], дають можливість скласти деякі уявлення про характер впливу інгібіторів на пламена.
Припустимо, що хімічна реакція горіння протікає повністю і продуктами реакції є пари води Н20, вуглекислий газ С02 або при нестачі кисню окис вуглецю СО. Для стехиометрической воднево-кисневої (гримучої) горючої суміші розподілом теплоти утворення водяної пари 58 ккал / моль на теплоємність 8 кал / моль-град отримаємо температуру горіння 7250 градусів. Для випадку повного згоряння твердого вуглецю в кисні (Ст 02С02 94 ккал / моль) отримаємо температуру горіння ще більше, 11 750 К. Температури такого ж порядку виходять і для інших вуглеводневих палив. Наведені тут фантастично високі температури горіння відносяться до плазмового стану речовини, вони не здійснюються в дійсності; температури горіння кисневих сумішей лежать в межах 3000 - 4000 К.
Оскільки підігрів і хімічна реакція горіння суміші протікають дуже швидко, основним фактором, що лімітує тривалість процесу горіння, є час, що витрачається на перемішування газу і повітря.
Схеми організації горіння горючих газів. Горіння. а - кінетичне, б - дифузійне, в - змішане. Так як швидкість хімічних реакцій горіння при високих температурах вогнища незрівнянно вищою за швидкість сумішоутворення, то практично швидкість згоряння газу завжди дорівнює швидкості змішування газу з повітрям. Ця обставина дозволяє легко регулювати швидкість спалювання газу в найширших межах. Змішаний метод спалювання горючих газів є проміжним між кінетичним і дифузійним.
Тому-то рівняння балансу хімічної реакції горіння свічок при певних умовах дійсно є першою спробою введення кількості тепла в опис хімічної реакції.
При складанні рівнянь хімічних реакцій горіння речовин в повітрі надходять у такий спосіб: горючу речовину і бере участь в горінні повітря пишуть в лівій частині, після знака рівності пишуть утворюються продукти реакції. Наприклад, необхідно скласти рівняння реакції горіння метану в повітрі. Спочатку записують ліву частину рівняння реакції: хімічну формулу метану плюс хімічні формули речовин, що входять до складу повітря.

При відносно невисоких температурах хімічна реакція горіння протікає досить повільно, а споживання кисню у багато разів менше можливості його доставки до фронту полум'я, який розділяє топливовоздушную суміш від продуктів згоряння. Загальна швидкість реакції обмежена кінетикою хімічної реагування на умовній поверхні контакту палива і окислювача, і цю температурну область реакцій називають кінетичної областю горіння.
Вище була розглянута кінетика хімічних реакцій горіння в припущенні, що подача окислювача (кисню повітря та інших) здійснюється без обмеження. Головним визначальним процесом при горінні палива в конкретному випадку може бути кінетичний або дифузний. Якщо швидкість горіння палива (або загальний час, необхідний для його згоряння) лімітується процесом змішання, то горіння протікає в дифузійної області. Навпаки, якщо змішання відбувається дуже інтенсивно і процес в цілому лімітується кінетикою власне реакцій горіння, то горіння знаходиться в кінетичної області.
З ростом температури швидкість хімічних реакцій горіння дуже швидко зростає. Константа швидкості реакції k характеризує собою швидкість хімічної реакції при даній температурі.
Піротехнічний ефект досягається в результаті хімічної реакції горіння. Горіння являє собою реакцію з'єднання горючої речовини з киснем. При цій реакції зазвичай відбувається значне підвищення температури і утворення полум'я або виділення диму.
Як відомо, в результаті хімічних реакцій горіння полум'я іонізується і стає провідником електричного струму. Це властивість полум'я Полонія в основу роботи багатьох систем захисної автоматики горіння. Опір факела пальника коливається в межах від одиниць до сотень МОм і залежить в основному від складу суміші, яка подається в пальник, і площі електрода.
Щоб в підготовленої паливно-повітряної суміші почалася хімічна реакція горіння, в ній необхідно створити початковий осередок полум'я, від якого полум'я буде поширюватися по всій суміші до повного її вигоряння.
У сипу того, що швидкість хімічних реакцій горіння при високих температурах вогнища незрівнянно вищою за швидкість сумішоутворення, швидкість згоряння газу завжди дорівнює швидкості змішування газу з повітрям. Це дуже важлива перевага дифузійного методу дозволяє в практичних умовах легко регулювати швидкість спалювання газу в найширших пре1 справах.
В силу того, що швидкість хімічних реакцій горіння при високих температурах вогнища незрівнянно вищою за швидкість сумішоутворення, швидкість згоряння газу завжди дорівнює швидкості змішування газу з повітрям. Це дуже важлива перевага дифузійного методу дозволяє в практичних умовах легко регулювати швидкість спалювання газу в найширших межах.
Загальна кількість СОа визначають за рівнянням хімічної реакції горіння газу.
Власне свічення молекулярних частинок, що є проміжними продуктами хімічних реакцій горіння, - важлива характеристика полум'я, якщо воно використовується не тільки для атомізації, а й для збудження спектрів визначаються частинок.
Горіння рідини (гомогенне горіння в дифузійної області. | Схема дифузії кисню до антрациту (гетерогенне горіння в дифузійної області. Відсутність достатньої кількості кисню в зоні горіння гальмує хімічну реакцію горіння.
Полум'я являє собою газовий потік, всередині якого відбувається хімічна реакція горіння зважених в потоці частинок рідкого або твердого палива з бурхливим виділенням тепла. Швидкість виділення тепла і інтенсивність випромінювання опеределяется температуру факела.
В'язкість і теплопровідність газу, коефіцієнтами дифузії беруть участь в хімічній реакції горіння речовин, ш вплив всіх цих факторів зосереджено в одному феноменологическом параметрі JJL. Цікавим є теоретично проаналізувати функціональний зв'язок параметра р - з величинами, що характеризують ефекти переносу (числами Прандтля і Льюїса), а також кінетику хімічної реакції.
Таким чином, незважаючи на те, що більшість газових хімічних реакцій горіння, а також поширення полум'я протікають по ланцюговому механізму, теплові фактори при горінні є, як правило, визначальними.

Вузька зона, в якій відбувається підігрів смес і протікає хімічна реакція горіння, називаєте фронтом полум'я. Він не має різко окреслених гра ниць, а товщина його не перевищує десятих часток мілі метра.
На рис. 5.2.1 дається повна інформація, що міститься в рівнянні хімічної реакції горіння гептана.
Умова EI (RT); 2 завжди дотримується в хімічних реакціях горіння і вибуху, для яких характерна експоненціальна залежність швидкості реакції (тепловиділення) від температури. Показник експоненти, який визначається енергією активації, зазвичай досить великий. Наприклад, при енергії активації в 30 ккал / мол' умова EI (RT) 2 зберігається аж до початкової температури в 7500 К, Запас цей, очевидно, дуже великий.
У суміші, запалав в результаті стиснення ударною хвилею, розвивається хімічна реакція горіння, що здійснюється при постійній швидкості поширення.
Адиабата Гюговьо вихідної суміші і продуктів реакції [IMAGE] Концентрнцвовние межі детонації пропано-кисневих сумішей. У суміші, запалав в результаті стиснення ударною хвилею, розвивається хімічна реакція горіння, що здійснюється при постійній швидкості поширення. Остання обставина призводить до випливає з рівняння (47.3) лінійним законом зміни стану газу.
У зв'язку з цим Я. Б. Зельдович зазначає, що, оскільки швидкості хімічних реакцій горіння дуже великі, дійсна швидкість процесів горіння лімітується іншими факторами: діючими концентраціями реагентів і швидкістю їх сумішоутворення. Але величини діючих концентрацій газових компонентів в процесах горіння змінюються, за винятком особливих випадків, в досить вузьких межах. Отже, найбільш істотна роль в процесах горіння газоподібних палив повинна належати процесам змішування газоподібних палив з окислювачем. Швидкість сумішоутворення визначається кількістю речовин, характером руху, ступенем турбулентності, а також молярної і молекулярної дифузією реагують потоків і, нарешті, формою і розмірами пристроїв, в яких протікає смесеобразование.
У суміші, запалав в результаті стиснення в ударній хвилі, розвивається хімічна реакція горіння, що здійснюється при постійній швидкості поширення.
Високоефективні засоби газового гасіння і флегматизації, дії яких засновані на гальмуванні хімічної реакції горіння.
Тому поряд з вивченням природи і властивостей палива, а також кінетики хімічних реакцій горіння при дослідженні топкових процесів слід звертати особливу увагу також на фізику горіння і враховувати умови протікання супутніх явищ.
Таким чином, вимірювання нормальної швидкості поширення полум'я дозволяють встановити кінетичні закономірності хімічної реакції горіння. При цьому теорія поширення ламінарного полум'я грає сполучну роль між результатами вимірювань і їх кінетичним тлумаченням.
Ці реакції, на які ми будемо посилатися при розгляді термодинаміки і кінетики хімічних реакцій горіння і газифікації, є реакціями сумарними. Насправді, як це буде показано далі, механізм реагування при горінні палив значно складніше. Як видно з рис. 1, крім процесів горіння і газифікації в газогенераторе протікають також процеси сухої перегонки і сушки твердих палив.
Розрахункові параметри ЖРД. Верхня межа питомої імпульсу визначається умовами хімічного рівноваги адіабатичного оборотного процесу розширення продуктів хімічних реакцій горіння в одновимірному соплі (ідеальний питомий імпульс / уд, ід) і характеризує термодинамічний потенціал палива при заданих співвідношенні компонентів, тиску в камері, геометричній ступеня розширення сопла і тиску навколишнього середовища . Реально досяжний питомий імпульс визначається втратами.
При зміні вмісту кисню в суміші кисень - азот відбувається зміна швидкості протікання хімічної реакції горіння матеріалів в цій суміші. При цьому порушується тепловий режим реакції і змінюються швидкості тепловиділення і тенлоотвода.

Таким чином, існування концентраційних меж поширення полум'я повинно бути наслідком зменшення швидкості хімічної реакції горіння поблизу граничного складу суміші. Зельдовича, швидкість детонації (D) при складі суміші, близькому до граничного, пов'язана з часом реакції (т) і втратами (а) при поширенні детонаційної хвилі внаслідок гідравлічного опору труби, турбулентного теплообміну та ін.
Хімічні речовини, такі як сухі порошки та галогени, ліквідують вогонь, перериваючи хімічну реакцію горіння.
З вихідних речовин В і Ок виходить той же продукт ВтОкп, що і при хімічної реакції горіння, однак в ТЕ виникає електричний струм, тобто хімічна енергія перетворюється в електричну. Для здійснення процесів сумарною реакції (9.11), необхідно відокремити окислювач від відновника, забезпечити спрямований рух іонів і електронів. Ці функції виконує ТЕ: на одному з електродів ТЕ - аноді відбувається електрохімічне окислення палива (рис. 9.43), на другому - катоді електрохімічне відновлення окислювача.