Задание на 18сентября 2021г. (2пара занятий)

Задание на 18сентября 2021г. (2пара занятий)

Тема:

Сущность диффузионного, кинетического и смешанного методов сжигания.

Температура воспламенения и горения, скорость пламени.

Задание:

1. Изучить предложенную лекцию.

2. Ответить на контрольные вопросы:

2. 1 Теоретическое количество воздуха, понятие.

2. 2 Действительное количество воздуха, понятие.

2. 3 Коэффициент избытка воздуха, его характеристика.

2. 4 Понятие фронта пламени.

2. 5 Скорость распространения пламени.

2. 6 Ламинарный режим распространения пламени.

2. 7 Турбулентный режим распространения пламени.

2. 8 Температура воспламенения пламени, её характеристика.

Лекция

Понятие о теоретическом и действительно необходимом количестве воздуха, коэффициент избытка воздуха

Количество воздуха, необходимое для полного сжигания 1м³ горючего газа в стехиометрических условиях, называют теоретическим количеством воздуха. Действительно необходимое количество воздуха несколько превышает теоретически необходимое количество. Отношение поступившего в установку действительного количества воздуха V_в к объёму воздуха, необходимому для полного сгорания горючего газа в соответствии со стехиометрическими уравнениями V , называют коэффициентом избытка воздуха. Коэффициент избытка воздуха обозначают и определяют по уравнению:

V_в/ V ,

Коэффициент избытка воздуха обычно несколько превышает 1. В случае нарушения нормального процесса сжигания газа коэффициент избытка воздуха может быть меньше 1. В этом случае в продуктах сгорания появляются компоненты неполного сгорания (окисления) газа: водород, окись углерода, метан и др. Зная состав продуктов сгорания газа, можно определить расчётным путём коэффициент избытка воздуха.

Горючие газы состоят из горючей массы и негорючей (балласта). В состав горючей массы входят углерод и водород, а в состав негорючей – азот, двуокись углерода, кислород и пары воды. Негорючие газы (балласт) уменьшают теплоту сгорания и жаропроизводительность газа.

Скорость распространения пламени

Пусть смесь сжигается в трубке, которая запаяна с одного конца и имеет зажигательное устройство с другого конца. Смесь поджигается запальником и вблизи него образуется тонкий слой горящего газа, называемый фронтом пламени. Фронт пламени – это геометрическая поверхность, представляющая собой совокупность точек, в которых в данный момент происходит воспламенение. Эта поверхность отделяет реагирующий слой от свежей смеси. Фронт пламени постепенно перемещается вдоль трубки по направлению к её запаянному концу. Когда фронт пламени перейдёт к закрытому концу, вся смесь прореагирует, и распространение пламени завершается.

Для каждой газовоздушной смеси существует скорость равномерного распространения пламени. Эта скорость зависит от физико-химических свойств этой смеси (при заданной температуре и давлении). Скорость распространения смеси является физико-химической константой данной смеси. Скорость распространения пламени в газовоздушной смеси связана с содержанием в ней горючего газа. При изменении соотношения между компонентами она сильно изменяется. С уменьшением содержания горючего газа в смеси скорость распространения пламени снижается. При некотором составе смеси наступает такое положение, когда выделяющегося в зоне горения тепла не хватает для подогрева последующих слоёв до температуры воспламенения. Пламя перестаёт распространяться. При увеличении содержания горючего газа распространение пламени прекращается.

На величину скорости распространения пламени влияет давление смеси. Для окиси углерода СО и углеводородов с увеличением давления скорость снижается. Величина скорости распространения пламени сильно зависит от начальной температуры смеси.

Движение газового потока в каналах может иметь различный характер. Если движение спокойное и рассматривается как перемещение отдельных несмешивающихся струек по траекториям, то оно называется ламинарным. При установившемся режиме скорость газа в любой точке ламинарного потока постоянна во времени и направлена в сторону движения потока. В различных точках сечения она различна из-за трения газа о стенки канала. Скорость изменяется по параболическому закону: она максимальна в центре сечения и снижается до нуля у стенок трубы.

С увеличением скорости движения газа изменяется его характер. В потоке возникают завихрения. Газ совершает и поступательное, и поперечное перемещение. Скорость газа в какой-либо точке турбулентного потока не постоянна, а изменяется по величине и направлению. Скорость направлена в сторону движения газового потока и при установившемся режиме постоянна по величине. Почти по всему сечению средняя скорость близка к максимальному значению и вблизи стенок снижается до нуля.

Ламинарное пламя может быть получено в лабораторной горелке. При поджигании струи пламя распространяется в ней и перемещается навстречу струе газа. Пламя стремится приникнуть в выходное отверстие горелки. Этому препятствует встречное движение смеси. В результате горение, распространившись по всему сечению струи, стабилизируется на некотором расстоянии от выходного отверстия. Фронт пламени принимает форму поверхности конуса. Нормальные составляющие скоростей поступательного движения струи равны скорости распространения пламени в смеси данного состава.

При турбулентном горении пламя не имеет тонкого и резко очерченного голубого конуса. Горение происходит в пространстве. Фронт пламени имеет не чёткие, а размытые и пульсирующие очертания. Поверхность пламени становится неровной. Видимая толщина пламени возрастает. Волнение поверхности фронта горения становится больше и от него начинают отрываться отдельные объёмы горящей смеси. Затем весь фронт пламени возрастает и превращается в систему отдельных очагов горения.

Температуры воспламенения и горения

Температура воспламенения имеет смысл, когда имеется смесь горючего газа с воздухом или кислородом, но только не в отношении одного горючего газа. Газ не может воспламениться при отсутствии контакта с кислородом, до какой бы температуры его не нагревать. В реальных условиях всегда имеет место теплоотдача через стенки сосуда, который содержит газовоздушную смесь. Накопление тепла не происходит, и холодная газовоздушная смесь не взрывается.

Предельная температура, характеризующая для данной газовоздушной смеси и данного сосуда условие воспламенения системы и является температурой воспламенения (или температурой самовоспламенения) этой смеси Тв.

Температура стенок сосуда является той предельно высокой температурой, при которой ещё возможно поддержание стационарного теплового режима. Если стенки нагреты до более высокой температуры, то газовоздушная смесь взорвётся. Скорость реакции между горючим газом и воздухом мала до воспламенения. Следовательно, практическая разница между температурой стенок и температурой воспламенения слишком мала, то есть тепловой взрыв наступает лишь при нагревании стенок почти до Тв.

Температура воспламенения – та самая низкая температура стенок сосуда, при которой в данных условиях наступает тепловой взрыв газовоздушной смеси.

В зависимости от условий теплоотдачи стенкам сосуда для одной и той же газовоздушной смеси получают различные температуры самовоспламенения. На температуру самовоспламенения большое влияние оказывает её состав, то есть объёмное соотношение между горючим газом и окислителем. При повышении содержания водорода в смеси температура воспламенения увеличивается. С увеличением содержания горючего газа у всех углеводородов, за исключением метана температура воспламенения уменьшается. Чем тяжелее углеводород, тем ниже в среднем температура воспламенения.