Горение при повышенном давлении
Влияние различных факторов на скорость химических реакций
Зависимость скорости реакции горения от концентрации реагирующих веществ можно представить выражением
(1)
где: k0 – константа скорости реакции,
Сгор — концентрация горючего вещества, кмоль/м3,
Сок – концентрация окислителя, кмоль/м3,
x,y – порядки реакции по горючему и окислителю соответственно.
Как выше было сказано, суммарное уравнение реакции (1) не отражает истинного механизма протекания реакции горения, которая является многостадийной и, зачастую цепной, поэтому порядки реакции в уравнении (2) далеко не всегда совпадают с величиной стехиометрических коэффициентов в уравнении (1).
Отсюда следует, что чем больше концентрация горючего вещества, тем выше скорость горения.
Скорость реакции горения зависит от температуры:
(3)
е – основание натурального логарифма
Еа – энергия активации, кДж/кмоль,
R – универсальная газовая постоянная, R=8,314 кДж/(К.кмоль)
Т – температура, К.
Это уравнение является выражением закона Аррениуса о зависимости скорости химических реакций от температуры. В упрощенном виде для узкого интервала температур можно пользоваться правилом Вант-Гоффа: скорость химической реакции возрастает в 2-4 раза при повышении температуры на каждые 100.
Таким образом, скорость химической реакции окисления горючего вещества при горении резко возрастает с повышением температуры, причем тем больше, чем ниже энергия активации.
Скорость реакций окисления при горении зависит также от давления.
Увеличение давления приводит к возрастанию объемной концентрации горючих газообразных веществ и окислителя. На практике это приводит к тому, что при увеличении давления скорость реакций горения большинства веществ увеличивается.
При высоких давлениях возникают горячие пламена.
Как отмечалось выше, химические реакции окисления высокоэкзотермичны, поэтому горение сопровождается выделением большого количества теплоты и следовательно протекает при высокой температуре. Например, температура горения древесины 700-8000С, нефтепродуктов – еще выше – 1300-15000С.
При низких давлениях могут возникать так называемые холодные пламена. Самоускорение цепной химической реакции горения при этом происходит в изотермическом режиме. Это происходит при определенном составе горючей смеси и определенном состоянии среды. Изотермическое самоускорение характерно для смесей с достаточно высокой концентрацией активных, но достаточно стабильных промежуточных продуктов, что приводит к уменьшению разветвления цепей, а следовательно и к уменьшению выделения теплоты, которая за счет теплоотвода рассеивается в окружающую среду и частично затрачивается на нагрев стабильных промежуточных продуктов. Возникает свечение, представляющее собой хемилюминесценцию, а не тепловое излучение нагретых продуктов горения, которое имеет место в горячих пламенах.
Кроме того, на возникновение холодных пламен большое влияние оказывают стенки сосуда, в котором происходит горение. Они оказывают каталитическое влияние на процесс уничтожения активных центров, т.е. происходит гетерогенный обрыв цепи. Интенсивность этого процесса определяется скоростью диффузии активных центров к стенкам сосуда. Понижение давления способствует этому процессу. Понижение давления может не только привести к образованию холодных пламен вместо горячих, но в определенных условиях (например, в узких сосудах) даже к полному прекращению горения.
Как отмечалось выше, химические превращения в процессе горения приводят к возникновению различных физических процессов: переносу тепла за счет конвекции, теплопроводности и излучения, переноса реагирующих веществ и др.
Таким образом, горение можно характеризовать как сложный самоподдерживающийся физико-химический процесс, для которого характерны три признака: химическое превращение, выделение тепла и излучение (в том числе чаще всего и световое, т.е. в видимой части спектра). Отсутствие какого-либо из указанных признаков свидетельствует о том, что рассматриваемый процесс к горению не относится, например, «горение» электрической лампочки (отсутствует химическое превращение), коррозия металлов (отсутствует выделение света и практически незначимым является выделение тепла) и т.п.
Источник
ГОРЕНИЕ СМЕСЕЙ ГАЗОВ И ПАРОВ С ВОЗДУХОМ
Теория утверждает, что взрыв газов- или паровоздушной смеси —явление не мгновенное. При внесении источника зажигания в горючую смесь начинается реакция окисления горючего с окислителем в зоне действия источника зажигания. Скорость реакции окисления в каком-то элементарном объеме этой зоны достигает максимума — возникает горение. Горение на границе элементарного объема со средой называется фронтом пламени. Фронт пламени имеет вид сферы. Толщина фронта пламени, по вычислениям Я. Б. Зельдовича, равна 1—100 мкм. Хотя толщина зоны горения и невелика, однако достаточна для протекания реакции горения. Температура фронта пламени за счет тепла реакции горения составляет 1000-3000°С и зависит от состава горючей смеси.
При перемещении фронта пламени температура несгоревшей части горючей смеси возрастает, так как повышается давление смеси. Вблизи фронта пламени температура смеси также повышается, что обусловлено несдачей тепла теплопроводностью, диффузией нагретых молекул и излучением. На наружной поверхности фронта пламени эта температура равна температуре самовоспламенения горючей смеси.
После воспламенения горючей смеси сферическая форма пламени очень быстро искажается и все более вытягивается в сторону еще не воспламененной смеси. Вытягивание фронта пламени и быстрое увеличение его поверхности сопровождается увеличением скорости движения центральной части пламени. Это ускорение длится до тех пор, пока пламя не коснется стенок труб или, во всяком случае, не приблизится близко к стенке трубы. В этот момент размер пламени резко уменьшается, и от пламени остается только небольшая его часть, перекрывающая все сечение трубы. Вытягивание фронта пламени, и его интенсивное ускорение сразу после зажигания искрой, когда пламя еще не достигло стенок трубы, вызываются увеличением объема продуктов сгорания. Таким образом, в начальной стадии процесса образования фронта пламени, независимо от степени горючести газовой смеси, возникает ускорение и последующее торможение пламени, причем это торможение будет тем больше, чем больше скорость пламени.
На процесс развития последующих стадий горения оказывает влияние длина трубы. Удлинение трубы приводит к появлению вибраций и образованию ячеистой структуры пламени, ударной и детонационных волн.
Ширину зоны нагрева (в см) можно определить из зависимости
1 = а/ v
где а — коэффициент температуропроводности; v — скорость распространения пламени.
Линейную скорость перемещения v (в м/с) можно определить по формуле
V = Vт/
где Vт — массовая скорость горения, г/(с м3); — плотность исходной горючей смеси, кг/м3.
Линейная скорость перемещения фронта пламени непостоянна, она изменяется в зависимости от составов. Смеси и примеси инертных (негорючих) газов, температуры смеси, диаметра труб и др. Максимальная скорость распространения пламени наблюдается не при стехиометрической концентрации смеси, а в смеси с избытком горючего. При введении в горючую смесь инертных газов скорость распространения пламени снижается. Объясняется это снижением температуры горения смеси, так как часть тепла расходуется на нагрев не участвующих в реакции инертных примесей.
С увеличением диаметра труб скорость распространения пламени растет неравномерно. При увеличении диаметра труб до 0,1—0,15 м скорость растет довольно быстро. Увеличение температуры происходит до тех пор, пока диаметр не достигнет некоторого предельного диаметра,
выше которого увеличение скорости не происходит. При уменьшении диаметра трубы скорость распространения пламени уменьшается, и при некотором малом диаметре пламя в трубе не распространяется. Это явление можно объяснить увеличением тепловых потерь через стенки
трубы.
Следовательно, чтобы прекратить распространение пламени в горючей смеси, необходимо тем или иным способом понизить температуру смеси, охлаждая сосуд (в нашем примере трубу) извне или разбавляя смесь холодным инертным газом.
Нормальная скорость распространения пламени сравнительно невелика (не более десятков метров в секунду), но в некоторых условиях пламя в трубах распространяется с огромной скоростью (от 2 до 5 км/с), превышающей скорость звука в данной среде. Это явление назвали детонацией. Отличительные особенности детонации следующие:
1) постоянная скорость горения независимо от диаметра трубы;
2) высокое давление пламени, вызванное детонационной волной, которое может превышать 50 МПа в зависимости от химической природы горючей смеси и начального давления; причем вследствие большой скорости горения развиваемое давление не зависит от формы, емкости и герметичности сосуда (или трубы).
По мере ускорения пламени растет и амплитуда ударной волны, температура сжатия достигает температуры самовоспламенения смеси.
Увеличение общего количества сгорающего в единицу времени газа объясняется тем, что в струе с переменной по сечению скоростью фронт пламени изгибается, в результате этого увеличивается его поверхность и пропорционально возрастает количество сгорающего вещества.
При горении газовых смесей в замкнутом объеме продукты горения не совершают работу; энергия взрыва расходуется только на нагрев продуктов взрыва. В этом случае полная энергия определяется как сумма внутренней энергии взрывчатой смеси Qвн.эн.см. и теплоты горения данного вещества ΔQг. Величина Qвн.эн.см. равна сумме произведений теплоемкостей компонентов взрывчатой смеси при постоянном объеме на начальную температуру смеси
Qвн.эн.см. = С1Т + С2Т + …+ СпТ
где С1, С2, Сп — удельные теплоемкости компонентов, составляющих взрывчатую смесь, кДж/(кг К); Т — начальная температура смеси, К.
Температуру взрыва газовых смесей при постоянном объеме вычисляют по тому же методу, что и температуру горения смеси при постоянном давлении.
По температуре взрыва находят давление взрыва. Давление при взрыве газо-воздушной смеси в закрытом объеме зависит от температуры взрыва и отношения числа молекул продуктов горения к числу молекул по взрывчатой смеси. При взрыве газо-воздушных смесей давление обычно не превышает 1,0 МПа, если первоначальное давление смеси было нормальным. При замене воздуха во взрывчатой смеси кислородом резко увеличивается давление взрыва, поскольку увеличивается температура горения.
Давление взрыва стехиометрических смесей метана, этилена, ацетона и метилового эфира с кислородом составляет 1,5 — 1,9 МПа, а стехиометрических смесей их с воздухом 1,0 МПа.
Максимальное давление взрыва используют в расчетах взрывоустойчивости аппаратуры, а также в расчетах предохранительных клапанов, взрывных мембран и оболочек взрывонепроницаемого электрооборудования. Давление взрыва рвзр (в МПа) газо-воздушных смесей рассчитывают по формуле
рвзр =
где р0— начальное давление взрывчатой смеси, МПа; Т0и Твзр — начальная температура взрывчатой смеси и температура взрыва, К;
— число молекул газов продуктов сгорания после взрыва;
— число молекул газов смеси до взрыва.
Дата добавления: 2014-02-02; просмотров: 6769; Опубликованный материал нарушает авторские права? | Защита персональных данных | ЗАКАЗАТЬ РАБОТУ
Не нашли то, что искали? Воспользуйтесь поиском:
Лучшие изречения: Для студента самое главное не сдать экзамен, а вовремя вспомнить про него. 10174 — | 7570 — или читать все…
Читайте также:
Источник
Форумы » Форумы Авиабазы » Моделизм и любительское ракетостроение » Ракетомодельный » Горение при низких давлениях
Zhiva> А где взять на 10 тыс метрах столько кислорода в одном месте чтобы все это топливо враз загорелось? Или в РН окислитель для балласта кладут?
Столько, сколько? Ты думаешь, что там не хватит, чтобы авиационный бензин свободно мог гореть? Докажешь?
Balancer> — Подрыв на малой высоте — много кислорода для горения топлива.
Его столько же и на большой высоте. Важно соотношение в процентах, а оно одинаковое на любых высотах. И не стоит путать с мощностью работы авиационных двигателей свободно горящее вещество.
Balancer>> — Подрыв на малой высоте — много кислорода для горения топлива.
SashaMaks> Его столько же и на большой высоте. Важно соотношение в процентах, а оно одинаковое на любых высотах. И не стоит путать с мощностью работы авиационных двигателей свободно горящее вещество.
Ты и вправду утверждаешь что на высоте 10 км столько же кислорода как и на высоте 1 км?
Я предположу что при пробитии баков пушкой или осколками за самолетом потянется длиннючий шлейф топлива и раньше боинг бы упал от опустевших баков, чем от взрыва топлива.
Zhiva> Ты и вправду утверждаешь что на высоте 10 км столько же кислорода как и на высоте 1 км?
а не в количестве кислорода счастье,а в горючей смеси,если топливо подготовлено,перемешано,распылено то вполне сгорит и на 10км,в двигателях самолета оно же сгорает на этой высоте.
Zhiva> Я предположу что при пробитии баков пушкой или осколками за самолетом потянется длиннючий шлейф топлива и раньше боинг бы упал от опустевших баков, чем от взрыва топлива.
Там даже при воспламенении топлива, если баки разворотит, то почти сразу будет срыв пламени — топливо дождём польётся, а в таком виде передача пламени сильно усложнена.
Ту-154 сбитый украинцами в 2001-м тоже не обгорел (те обломки, что находили).
Zhiva> Ты и вправду утверждаешь что на высоте 10 км столько же кислорода как и на высоте 1 км?
Это я не я утверждаю, а ты!
На высоте 10км в том же объеме будет меньше и горючки. Качественно взрыв простой горючки при разреженной атмосфере будет изменяться в сторону большего объёма и меньших давлений образующихся ударных волн. Т.е. менее клубящийся, быстрее распространяющийся фронт пламени в большем объёме примерно обратнопропорционально уменьшению плотности атмосферы. Но пассажирскому самолёту от этого легче не станет, а людям и подавно.
Balancer> Там даже при воспламенении топлива, если баки разворотит, то почти сразу будет срыв пламени — топливо дождём польётся, а в таком виде передача пламени сильно усложнена.
Мда, настолько усложнена, что во всех ЖРД и прочих авиационных двигателях жидкое топливо специально распыляют в мелкие капли для его лучшего поджигания и сгорания.
Срыв пламени — это должна быть точно известная величина для авиационного бензина. Т.е. абстрактная фраза, «вроде давление мало» не годится, есть точное значение минимального давления для устойчивого горения бензина в атмосфере. Где-то есть, и те, кто считает, что это давление достигается уже на 10км, пусть обоснует это в конкретных данных — цифрах.
SashaMaks> Столько, сколько? Ты думаешь, что там не хватит, чтобы авиационный бензин свободно мог гореть? Докажешь?
[показать]
Спрятал под спойлером, потому что это — элементарщина.
Если будешь искать циферки на предмет моделирования, учти, что на авиационном бензине 777 не летает
И помни завет бульдога Дарвина:
[показать]
varban> Если будешь искать циферки на предмет моделирования, учти, что на авиационном бензине 777 не летает
varban> И помни завет бульдога Дарвина:
А чего флудить-то, ты же самый умный на ракетомодельном и не только, так и приведи циферки. Я же не про математику писал, а про реальные опытные данные из ТУ и ГОСТов и прочих документов. Я сам их не знаю, а голословное выписывание типа на 10км ничего гореть не будет — пустое сотрясание воздуха.
И не нужно мне ликбез устраивать, не глупый, оставь эти свои высокопарные замашки для ракетомодельного, знаю, соскучились, по-троллить некого…
Balancer:
предупреждение (+1) по категории «Пренебрежительное высокомерие или вызывающе бескультурное поведение [п.11.4]»
01.08.2014 11:19, Алдан-3: -1: Это уже контейнерные перевозки 🙁
SashaMaks> И не нужно мне ликбез устраивать,
Не нужно, так не нужно.
SashaMaks> не глупый,
Без капли троллинга — никогда и не думал что-то подобное.
varban> Без капли троллинга — никогда и не думал что-то подобное.
А чего тогда скрываешь части сообщений? Стыдно?
«Спрятал под спойлером, потому что это — элементарщина.»
«Пренебрежительное высокомерие или вызывающе бескультурное поведение [п.11.4]»
Balancer:
предупреждение (+2) по категории «Обсуждение модераториала, политики модерации или агрессивное самовольное модерирование [п.8]»
SashaMaks> А чего тогда скрываешь части сообщений? Стыдно?
Мне?!
Спрятал, чтобы не выглядело ликбезом. Хочешь — читаешь элементарные вещи или известную цитату, хочешь — нет.
По поводу реакции администрации:
1. Я не обсуждаю модераториал и с первым штрафом полностью согласен.
2. Я прекрасно знаю правила форума в том числе и ссылку на п.11.0.1.
3. Я отвечал лично varban указанием на пункт правил форума 11.4. исключительно в целях обосновать свою фразу про высокопарные замашки, от которых открестился оппонент, написав изначально про элементарщину с соответствующим подтекстом и только.
varban> Мне?!
Я знаю, что нет.
varban> Спрятал, чтобы не выглядело ликбезом. Хочешь — читаешь элементарные вещи или известную цитату, хочешь — нет.
Мне ну до чего-ж интересно узнать и так понятное, какого нужно было меня здесь отыскать, чтобы и тут меня доставать?
Чем я тебя, varban, так цепляю?
Зачем было писать про элементарщину?
Ты же знаешь, что мне это не нравится. Тебе-то я чем не угодил???
Это я сейчас пытаюсь с тобой на прямую говорить…
AndreySe> а не в количестве кислорода счастье,а в горючей смеси,если топливо подготовлено,перемешано,распылено то вполне сгорит и на 10км,в двигателях самолета оно же сгорает на этой высоте.
А компрессор-то зачем в реактивном двигателе? Не для того ли, чтобы поднять давление в камере сгорания?
SashaMaks> …чтобы авиационный бензин свободно мог гореть?
Не пойму, почему топливо реактивного двигателя в этой теме упорно называют «авиационным бензином». Керосин там, а не бензин, горит керосин хуже бензина.
И ещё один фактор: на высоте 10 км температура воздуха ~ -50 С. Вот и зажгите керосин на морозе да в разреженной среде. Искрой.
Mr.Z> А компрессор-то зачем в реактивном двигателе? Не для того ли, чтобы поднять давление в камере сгорания?
Есть конкретная цифра — значение давления, при котором не будет устойчивого горения. Не нужно писать абстрактные фразы.
Mr.Z> Керосин там, а не бензин, горит керосин хуже бензина.
Что значит хуже? Люди и алюминиевый сплавы в любом случае сгорят и с бензином и скеросином.
Mr.Z> И ещё один фактор: на высоте 10 км температура воздуха ~ -50 С. Вот и зажгите керосин на морозе да в разреженной среде. Искрой.
Раскалённый металл до 1000-2000гр.С. в искрах справится с задачей.
И не стоит забывать, что это не опыт в пробирке, а целая многотонная масса горючего, при горении которой внутри будут совсем другие — более благоприятные условия для её собственного сгорания.
SashaMaks> Это я сейчас пытаюсь с тобой на прямую говорить…
Поговорим, но не здесь и не сегодня — зашиваюсь.
SashaMaks> Что значит хуже? Люди и алюминиевый сплавы в любом случае сгорят и с бензином и скеросином.
Условия для воспламенения керосина не такие как для бензина. Сгорят-то одинаково, но для воспламенения нужно приложить больше усилий чем просто добавить искру. В данных условиях керосин на искру подействует грубо говоря не как топливо для горения, а как вода — потушит.
Mr.Z>> И ещё один фактор: на высоте 10 км температура воздуха ~ -50 С. Вот и зажгите керосин на морозе да в разреженной среде. Искрой.
SashaMaks> Раскалённый металл до 1000-2000гр.С. в искрах справится с задачей.
SashaMaks> И не стоит забывать, что это не опыт в пробирке, а целая многотонная масса горючего, при горении которой внутри будут совсем другие — более благоприятные условия для её собственного сгорания.
Чего там не будет, так это кислорода в нужном количестве перемешанного с керосином. Или какие условия для сгорания керосина ты считаешь благоприятными?
Zhiva> В данных условиях керосин на искру подействует грубо говоря не как топливо для горения, а как вода — потушит.
Ты проверял это на практике?
Zhiva> Или какие условия для сгорания керосина ты считаешь благоприятными?
Для сгорания благоприятно турбулентное перемешивание, очень хорошо помогает каплеобразование для распространения в пространстве и захвата новых порций воздуха для поддержания горения, а также хороший скоростной (динамический) напор воздуха 900км/ч для обеспечения подвода достаточных количеств кислорода, при сгорании образуется более высокая температура и давление, что лавинообразно ускоряет процесс сгорания больших количеств жидкого топлива. Всё это происходит в свободном пространстве при горении бензиновых и керосиновых фракций.
varban> Поговорим, но не здесь и не сегодня — зашиваюсь.
Жаль, при всех ты не стесняешься унижать меня, и зашиваемость не мешает.
SashaMaks> Жаль, при всех ты не стесняешься унижать меня, и зашиваемость не мешает.
А давайте личные разборки в другую ветку?
SashaMaks> И не стоит путать с мощностью работы авиационных двигателей свободно горящее вещество.
Ну ЁКЛМН, Вы что же такое пишете, прошу прощения?
SashaMaks> В боевых самолётах баки лучше защищены и наддуваются азотом, чтобы снизить риск взрыва баков от искр при осколочном повреждении.
Ну а пассажирские не наддуваются? СНГ — слыхали такую бадягу?
SashaMaks> Для сгорания благоприятно турбулентное перемешивание, очень хорошо помогает каплеобразование для распространения в пространстве и захвата новых порций воздуха для поддержания горения, а также хороший скоростной (динамический) напор воздуха 900км/ч для обеспечения подвода достаточных количеств кислорода, при сгорании образуется более высокая температура и давление, что лавинообразно ускоряет процесс сгорания больших количеств жидкого топлива. Всё это происходит в свободном пространстве при горении бензиновых и керосиновых фракций.
Для хорошего сгорания керосина, в форсунке перед её соплом 60атмосфер и сопло закручивает топливо — представляете разрыв струи на выходе?
Этот конус взаимодействует с камерой сгорания, в рез-те чего в нём формируется зона обратных токов, что способствует более полному и устойчивому горению.
Ну так, если на пальцах.
А если полить керосин на горящую спичку, то он её зальёт. Так как оно ему и на хрен не надо.
В.Л.> Ну а пассажирские не наддуваются? СНГ — слыхали такую бадягу?
В.Л.> представляете разрыв струи на выходе?
В.Л.> А если полить керосин на горящую спичку, то он её зальёт. Так как оно ему и на хрен не надо.
Ещё раз повторю, это не опыт в пробирке!
Вот тут всего 12,7мм калибром арбуз подстрелили:
Теперь добавь в этот хаус искры, а содержимое арбуза замени керосином. Всё ещё думаешь, что не вспыхнет?
Ещё примерчик характерный для полёта осколка:
? Полет Пули, Снятый с Частотой 1 000 000 ? Кадров в Секунду
? Абузоустойчивые VDS/VPS серверы для email рассылки, на которых Вас не ? заблокируют за e-mail рассылку,а так же качественные виртуальные Windows серверы — https://goo.gl/RhnruA ?УСПЕЙ получить БЕСПЛАТНЫЕ токены от ПЕРВОГО в мире Кеш Бек сервиса Blockchain — https://vk.cc/7hylJ0 ?CЕКРЕТНОЕ ВИДЕО СЕРГЕЯ САЛЯ 2017.
Это сообщение редактировалось 02.08.2014 в 03:32
SashaMaks> Вот тут всего 12,7мм калибром арбуз подстрелили:
Автоматическим с высокой плотностью огня + разрывные?
с
верхней
полусферы ?
Это сообщение редактировалось 02.08.2014 в 04:16
varban> Для каждой газовой системы существует минимальное давление, ниже которого при любом составе смеси зажигание невозможно.
Минимальное статическое давление.
Однако при 0,8М, давлении 26500Па и -50гр.С. образуется динамическое давление, которое повышает статическое до 42166Па (6800м) при прямом наддуве образовавшегося отверстия в корпусе на встречной поверхности к набегающему потоку.
А ещё динамическое давление при 0,8М является причиной возникновения эрозионного горения со всеми небезызвестными тебе последствиями.
Это-ж элементарщина, под спойлером прятать не умею, придётся тебе по любому читать)))
yacc> Автоматическим с высокой плотностью огня + разрывные?
yacc> с верхней полусферы ?
1. Автоматика не влияет на эффект поражения цели в случае попадания в неё.
2. Плотность огня 1 патрон.
3. Пуля обычная не разрывная.
4. Полусфера там или нет, я не знаю. Если да, тем ближе эффект к осколочному паражению.
Имею личной опыт на практике, когда один из осколков от некоего собственного небольшого творения порвал свободно лежащий пластиковый пакет на земле формата А3. В пакете была огромная рваная дыра во весь его размер.
в начало страницы
| новое
Форумы » Форумы Авиабазы » Моделизм и любительское ракетостроение » Ракетомодельный » Горение при низких давлениях
Источник
