60. Что такое нормальная скорость распространения пламени, для каких веществ определяется, ее практическое применение?
Важнейшим вопросом теории горения является распространение пламени (зоны резкого возрастания температуры и интенсивной реакции). Различают следующие режимы распространения пламени (горения):
нормальный режим горения;
дефлаграционное горение;
детонация.
Нормальный режим горения наблюдается при спокойном гетерогенном двухфазном диффузионном горении. Скорость горения будет определяться скоростью диффузии кислорода к горючему веществу в зону горения. Распространение пламени происходит от каждой точки фронта пламени по нормали к его поверхности. Такое горение и скорость распространения пламени по неподвижной смеси вдоль нормали к его поверхности называют нормальным (ламинарным). Нормальные скорости горения невелики. В этом случае повышения давления и образования ударной волны не происходит.
Нормальной скоростью распространения пламени называется линейная скорость перемещения элемента фронта пламени относительно неподвижной среды в направлении нормали к поверхности фронта в данном месте.
Нормальная скорость горения является важной характеристикой горения газов. В частности, ее величина определяет возможность перехода горения в детонацию и является одним из основных критериев пожаровзрывоопасности горючей смеси. Значение Un может меняться в широких пределах - от нескольких см/сек до десятков м/сек в зависимости от состава горючей смеси. Для практических расчетов (например, горелок и котлов) используют массовую скорость горения – количество горючего, сгорающего на единице поверхности фронта в единицу времени:
,
г·м-2·сек-1,
(1)
где ρ0 - плотность исходной смеси, c0 – относительное содержание горючего в смеси.
Нормальную скорость Un необходимо отличать от фактической скорости распространения пламени V, которая, как говорилось выше, существенно зависит от гидродинамики потока. Наблюдаемая скорость распространения пламени во столько раз больше нормальной скорости, во сколько раз площадь фронта пламени больше сечения трубки.
Поскольку температура горения является главным фактором, определяющим скорость пламени – для данного состава горючей смеси, величина скорости зависит в первую очередь от соотношения концентраций горючего и окислителя и общего содержания инертных компонентов. Если при фиксированном соотношении содержаний горючего и окислителя к их смеси добавлять инертные компоненты, температура горения понижается, так как энергия химического превращения затрачивается на нагревание дополнительных компонентов смеси продуктов сгорания.
Скорость ламинарного пламени зависит от следующих факторов:
состав смеси. Если изменять концентрацию горючего, то Un увеличивается, начиная с нижнего предела воспламенения, и достигает максимума при значении коэффициента избытка окислителя чуть меньше единицы α ≤ 1, а затем снова снижается вплоть до верхней границы распространения;
температура. Повышение начальной температуры смеси приводит к существенному возрастанию скорости горения. Согласно экспериментальным данным
в
зависимости от состава горючей смеси;давление. Влияние давления на скорость горения неоднозначно. В случае медленно горящих смесей (Un ≤ 0.5 м/ сек ) скорость горения снижается с ростом давления, а для быстрогорящих смесей (Un≥ 1.2 м/ сек) – наоборот возрастает.Для приближенных расчетов пользуются следующей зависимостью:
;добавки инертного газа. Разбавление горючей смеси инертным газом приводят к снижению конечной температуры пламени и соответствующему снижению скорости горения.