Apoy sa harap. Ang apoy ay maaaring tiklop sa isang akordyon sa ilalim ng impluwensya ng sarili nitong alingawngaw Percolation ng harap ng apoy

Kapag ang isang gumagalaw na timpla ay nasusunog, ang nagreresultang bilis ng pagpapalaganap ng apoy ay ang kabuuan ng mga kabuuan
.

Ang kundisyon na ang harap ng apoy ay magiging nakatigil (i.e. hindi gumagalaw) ay
- ang nagresultang bilis ay zero,
.

Bilang isang modelo, isaalang-alang ang Buzin burner.

Kapag ang gas at hangin ay ibinibigay sa bibig ng tubo nang mabilis W, bubuo ang isang kono, habang ang pagtaas ng bilis ay hahantong sa pagtaas ng taas (ibabaw) ng kono, at pagbaba ng anggulo sa itaas. O ang kabaligtaran ay posible rin.

4.3. Mga proseso sa isang patag na harap ng apoy.

R
Tingnan natin ang harap ng apoy. Ito ay bubuo ng isang makitid na lugar kung saan h f ay ang kapal ng harap, at h X ay ang kapal ng chemical reaction zone. Kasabay nito, maaari itong nahahati sa 2 zone: ang heating zone at ang reaction zone.

Ang isang sariwang halo ng gas at hangin ay pumapasok sa zone 1, ang konsentrasyon ng gas sa hangin ay nananatiling pare-pareho dahil ang kemikal na reaksyon ay hindi pa nagsisimula, ngunit ang pag-init lamang ay isinasagawa dahil sa init na inilabas sa zone ng reaksyon. Nagsisimula ito kung saan ang init input ay nagiging katumbas ng init na output, o sa wika ng matematika
, na tumutugma sa temperatura ng pag-aapoy T B. Sa heating zone, ang supply ng init ay mas malaki kaysa sa pag-alis ng init
, at sa reaction zone
. Ang transportasyon ng init sa harap ng apoy ay isinasagawa sa pamamagitan ng thermal conduction. At ang pinakamataas na paglabas ng init ay nasa reaction zone, at bumababa sa 0 sa dulo ng harap.

Ang pagpapalaganap ng harap ng apoy ay apektado hindi lamang ng rate ng isang kemikal na reaksyon, kundi pati na rin ng transportasyon ng mga sangkap at mga produkto ng pagkasunog.

4.4 Pagpapatatag ng laminar flame front.

P
Kapag ang tunay na gas ay ibinibigay sa burner, ang bilis ng pagpapalaganap ay nagbabago mula sa pinakamataas sa gitna hanggang sa pinakamababang halaga nito sa periphery. Ang harap ng apoy ay kaya hubog mula sa isang korteng kono. At ang normal na bilis ng pagpapalaganap ng apoy ay maaari lamang mabayaran
, at ang iba pang bahagi
ay gibain ang punto sa tuktok ng tanglaw. Sa paligid dahil sa kapasidad ng paglamig ng mga dingding U n makabuluhang bumababa kumpara sa average na halaga nito, ang posibilidad ng direktang kabayaran ng bilis ng daloy ay nilikha W bilis U n. Dahil dito, ang harap ng apoy sa gilid ay nagiging isang pahalang na eroplano at nabuo ang isang matatag na zone ng pagkasunog - isang incendiary ring. Ang lugar na ito ay maaaring umiiral nang nakapag-iisa.

Ang harap ng apoy ay karaniwang tinutukoy ng batas ng cosine, at ang katatagan nito ay natutukoy sa pamamagitan ng pag-stabilize ng singsing ng ignisyon. Samakatuwid, tinutukoy namin ang mga pangunahing dependency ng isang matatag na apoy.

kasi gumagana ang lahat ng burner sa mga variable na mode, pagkatapos ay posible ang mga sitwasyon kapag lalampas ang daloy ng rate U n, o posible ang baligtad na sitwasyon.

Ang detatsment ng apoy ay nauugnay sa pagkakaroon ng incendiary ring at pagkasira nito. Ang paghihiwalay ay magaganap kung ang bilis ng daloy ay lumampas sa kritikal na bilis ng paghihiwalay (zone II sa Figure 8).

Maraming mga kadahilanan ang makakaapekto sa bilis ng pag-angat. Sa pagtaasdiameter burner ang kapasidad ng paglamig nito bumababa at limitasyon ng pagsira ng apoynadadagdagan(mga tuwid na linya 3,2,1). May lean mixture (nadagdagan ang pangunahing hangin) bumababa bilis ng breakaway. At sa isang pagbawas sa dami ng pangunahing hangin (diffusion flame), tataas ang limitasyon ng bilis.

Ang isang pambihirang tagumpay ay nangyayari kapag U n lumampas sa rate ng daloy ng apoy (zone 3 sa Fig. 8).

Ang flashback ay nauugnay sa kapasidad ng paglamig ng mga dingding ng burner. Walang slip condition
. Sa isang pagtaas sa diameter, ang normal na pagtaas ng rate ng pagkasunog, mas maraming ceteris paribus ang posibilidad ng pagtaas ng tagumpay, mas malaki ang dapat na daloy ng rate na pumipigil sa pagbagsak ng apoy (curves 1,2,3 sa Fig. 8) 1 . Ang pinakamataas na walang-slip na tulin ay makikita sa labis na mga halaga ng hangin na bahagyang mas mababa kaysa sa stoichiometric. Ang torch mouth cooling ay ginagamit upang mabawasan ang posibilidad ng flashover.

Mayroon ding mga pamamaraan para sa pag-stabilize ng apoy.

fig. 9. Pagpapatatag sa tulong ng fig. 10. Pagpapatatag ng apoy

incendiary ring na may hugis V na katawan.

H
at fig. Ang 9 ay nagpapakita ng isang aparato na nagpapatatag dahil sa katotohanan na ang gas sa pamamagitan ng mga channel 2 ay pumapasok sa annular gap 3. Ito ay lumilikha ng isang matatag na singsing sa pag-aapoy na pumipigil sa apoy na masira. Sa fig. Ipinapakita ng 10 ang pagpapapanatag ng daloy ng isang hugis-V na katawan. Dahil sa kaguluhan, ang isang pagkakatulad ng isang incendiary ring ay nalikha, at ang posibilidad ng paghihiwalay ng apoy ay bumababa (ang pinakamataas na bilis ay tumataas).

Ang tunnel stabilizer ay ipinapakita sa fig. 11. Ang pinaghalong gas-air ay lumalabas sa burner 1 sa tunnel 3, kung saan nabuo ang apoy 2. Ang mga produkto ng pagkasunog ay sinipsip sa ugat ng apoy, isang zone ng kanilang paggalaw sa pagbabalik ay nilikha, na bumubuo ng isang matatag na singsing sa pag-aapoy. kasi kung ang malamig na hangin ay sinipsip, kung gayon ito ay makabuluhang magpapalala sa mga kondisyon ng pag-aapoy.

Ang istraktura ng isang diffusion flame ay mahalagang nakasalalay sa cross section ng daloy ng mga nasusunog na singaw at gas at ang bilis nito. Ayon sa likas na katangian ng daloy, ang laminar at magulong diffusion flames ay nakikilala.

magulong ay tinatawag na hindi mapakali, umiikot na apoy ng patuloy na nagbabagong anyo.

habang tumataas ang daloy, nagbabago ang anyo ng apoy at nagiging hindi mapakali, umiikot sa mga puyo ng tubig, patuloy na nagbabago ng hugis, ito ay isang magulong apoy.

Ang pag-uugali ng apoy sa magulong rehimen ay ipinaliwanag sa pamamagitan ng ang katunayan na ang isang mas malaking halaga ng nasusunog na gas ay nagsisimulang pumasok sa combustion zone, iyon ay, higit pa at mas maraming gasolina ang dapat na oxidized sa isang pagkakataon, na humahantong sa isang pagtaas sa laki ng apoy at ang karagdagang kaguluhan nito.

harap ng apoy- isang manipis na layer sa ibabaw na naglilimita sa apoy, kung saan nangyayari ang mga redox na reaksyon.

Ang kapal ng harap ng apoy ay maliit, depende ito sa mga parameter ng gas-dynamic at mekanismo ng pagpapalaganap ng apoy (deflagration o pagsabog) at maaaring mula sa ikasampu ng isang milimetro hanggang ilang sentimetro. Sa loob ng apoy, halos ang buong volume ay inookupahan ng mga nasusunog na gas (GH) at mga singaw. Ang mga produktong combustion (PG) ay nasa harapan ng apoy. Mayroong isang oxidizing agent sa kapaligiran.

Ang isang diagram ng diffusion flame ng isang gas burner at isang pagbabago sa mga konsentrasyon ng mga nasusunog na sangkap, isang oxidizing agent, at mga produkto ng combustion sa kahabaan ng flame cross section ay ipinapakita sa fig. 1.2.

Ang kapal ng harap ng apoy ng iba't ibang mga halo ng gas sa rehimeng laminar ay 0.5 - 10 -3 cm Ang average na oras para sa kumpletong conversion ng gasolina sa mga produkto ng pagkasunog sa makitid na zone na ito ay 10 -3 -10 -6 s.

Pinakamataas na temperatura zone matatagpuan 5-10 mm sa itaas ng maliwanag na apoy na kono at para sa isang propane-air mixture ay humigit-kumulang 1600 K.

Ang diffusion flame ay nangyayari sa panahon ng combustion, kapag ang mga proseso ng combustion at mixing ay nagpapatuloy nang sabay-sabay.

Tulad ng nabanggit kanina, ang pangunahing pagkakaiba sa pagitan ng diffusion combustion at ang combustion ng pre-mixed combustible mixtures ay ang rate ng chemical transformation sa panahon ng diffusion combustion ay limitado sa pamamagitan ng paghahalo ng oxidizer at fuel, kahit na ang chemical reaction rate ay napakataas, ang intensity ng pagkasunog ay limitado sa pamamagitan ng mga kondisyon ng paghahalo.

Ang isang mahalagang kahihinatnan ng konseptong ito ay ang katotohanan na sa harap ng apoy, ang gasolina at oxidizer ay nasa stoichiometric ratio. Anuman ang mga ratio ng magkahiwalay na ibinibigay na daloy ng oxidizer at gasolina, ang flame front ay palaging nakatakda sa posisyon na ang daloy ng mga reagents ay nangyayari sa stoichiometric ratios. Ito ay nakumpirma ng maraming mga eksperimento.

Ang puwersang nagtutulak ng pagsasabog ng oxygen sa combustion zone ay ang pagkakaiba sa pagitan ng mga konsentrasyon nito sa loob ng apoy (СО = 0) at sa ambient air (initial СО = 21%). Sa isang pagbawas sa pagkakaibang ito, bumababa ang rate ng pagsasabog ng oxygen, at sa ilang mga konsentrasyon ng oxygen sa nakapaligid na hangin - sa ibaba 14-16%, huminto ang pagkasunog. Ang ganitong kababalaghan ng kusang pagpapalambing (self-extinguishing) ay sinusunod sa panahon ng pagkasunog sa mga saradong volume.

Ang bawat apoy ay sumasakop sa isang tiyak na dami sa espasyo, ang mga panlabas na hangganan nito ay maaaring malinaw o hindi malinaw na limitado. Kapag nasusunog ang mga gas, ang hugis at sukat ng nagresultang apoy ay nakasalalay sa likas na katangian ng paunang pinaghalong, ang hugis ng burner at mga aparatong nagpapatatag. Ang impluwensya ng komposisyon ng gasolina sa hugis ng apoy ay tinutukoy ng impluwensya nito sa rate ng pagkasunog.

Ang taas ng apoy ay isa sa mga pangunahing katangian ng laki ng apoy. Ito ay lalong mahalaga kapag isinasaalang-alang ang pagkasunog at pagpatay ng mga fountain ng gas, ang pagkasunog ng mga produktong petrolyo sa mga bukas na tangke.

Ang taas ng apoy ay mas malaki, mas malaki ang diameter ng tubo at mas malaki ang bilis ng pag-agos, at mas maliit, mas malaki ang normal na bilis ng pagpapalaganap ng apoy.

Para sa isang pinaghalong gasolina at oxidizer, ang taas ng apoy ay proporsyonal sa bilis ng daloy at parisukat ng diameter ng jet:

nasaan ang rate ng daloy;

diameter ng jet;

diffusion coefficient.

Gayunpaman, ang hugis ng apoy ay nananatiling hindi alam at nakasalalay sa natural na kombeksyon at pamamahagi ng temperatura sa harap ng apoy.

Ang pag-asa na ito ay pinananatili hanggang sa isang tiyak na halaga ng rate ng daloy. Sa pagtaas ng bilis ng daloy, ang apoy ay turbulizes, pagkatapos ay huminto ang karagdagang pagtaas sa taas nito. Ang paglipat na ito ay nangyayari, tulad ng nabanggit na, para sa ilang mga halaga ng Reynolds criterion.

Para sa mga apoy, kapag mayroong isang makabuluhang paglabas ng hindi nasusunog na mga particle sa anyo ng usok, ang konsepto ng taas ng apoy ay nawawala ang katiyakan nito, dahil. mahirap matukoy ang hangganan ng pagkasunog ng mga produktong may gas sa tuktok ng apoy.

Bilang karagdagan, sa mga apoy na naglalaman ng mga solidong particle, kumpara sa mga apoy na naglalaman lamang ng mga gas ng pagkasunog, ang radiation ay tumataas nang malaki.

Paksa 7. PAGPAPAHABIGAY NG FLAME.

7.1. Thermal theory ng combustion.

Para sa adiabatic, i.e. pagkasunog, na hindi sinamahan ng mga pagkalugi ng thermal, ang buong supply ng enerhiya ng kemikal ng nasusunog na sistema ay na-convert sa thermal energy ng mga produkto ng reaksyon. Ang temperatura ng mga produkto ng adiabatic combustion ay hindi nakasalalay sa rate ng mga reaksyon na nagaganap sa apoy, ngunit sa kanilang kabuuang thermal effect at ang mga kapasidad ng init ng mga huling produkto. Ang halagang ito ay tinatawag na adiabatic combustion temperature Tg. Ito ay isang mahalagang katangian ng isang nasusunog na medium. Para sa karamihan ng mga nasusunog na mixtures, ang halaga ng Tg ay nasa hanay na 1500-3000 ° K. Malinaw na ang Tg ay ang pinakamataas na temperatura ng mga produkto ng reaksyon sa kawalan ng panlabas na pag-init. Ang aktwal na temperatura ng mga produkto ng pagkasunog ay maaari lamang mas mababa sa T g sa kaso ng pagkawala ng init.

Ayon sa thermal theory ng combustion na binuo ng mga siyentipikong Sobyet na si Ya.B. Zeldovich at D.A. Frank-Kamenetsky, ang pagpapalaganap ng apoy ay nangyayari sa pamamagitan ng paglilipat ng init mula sa mga produkto ng pagkasunog sa hindi nasusunog (sariwang) timpla. Ang pamamahagi ng temperatura sa pinaghalong gas, na isinasaalang-alang ang paglabas ng init mula sa kemikal na reaksyon at thermal conductivity, ay ipinapakita sa fig. 26.

Flame front, i.e. ang zone kung saan nagaganap ang reaksyon ng pagkasunog at matinding pag-init sa sarili ng nasusunog na gas ay nagsisimula sa temperatura ng self-ignition Tsv at nagtatapos sa temperatura na Tg.

Sa harap ng harap ng apoy na nagpapalaganap sa kanan, mayroong isang sariwang timpla, at sa likod - mga produkto ng pagkasunog. Ito ay pinaniniwalaan na sa heating zone ang reaksyon ay nagpapatuloy nang napakabagal na ang pagpapalabas ng init ay napapabayaan.

Ang proseso ng paglipat ng init sa panahon ng nakatigil na pagpapalaganap ng apoy ay hindi humahantong sa pagkawala ng init at pagbaba ng temperatura kumpara sa Tg na direkta sa likod ng harap ng apoy. Ang pag-alis ng init mula sa bawat nasusunog na layer ng gas sa panahon ng pag-aapoy ng katabi, hindi pa pinainit, na layer ay binabayaran ng isang katulad na halaga ng init na dating nakuha sa ignition layer sa panahon ng sarili nitong pag-aapoy. Ang karagdagang init ng paunang nag-aapoy na pulso ay hindi kapansin-pansing nakakasira sa nakatigil na rehimen ng pagkasunog, dahil ang papel nito ay bumababa nang higit pa habang ang dami ng nasusunog na gas ay tumataas.

Ang mga produkto ng pagkasunog ay nawawalan ng init bilang resulta lamang ng radiation at sa pakikipag-ugnay sa isang solidong ibabaw. Kung ang radiation ay bale-wala, ang naturang pagkasunog ay halos adiabatic. Ang mga makabuluhang pagkawala ng init ay posible lamang sa isang tiyak na distansya sa likod ng harap ng apoy.

Kaya, ang pagsisimula ng pagkasunog ng pinaghalong gas sa isang punto ay humahantong sa pag-init ng kalapit na layer, na pinainit sa pamamagitan ng pagpapadaloy ng init mula sa mga produkto ng reaksyon sa self-ignition. Ang pagkasunog ng layer na ito ay nangangailangan ng pag-aapoy ng susunod, at iba pa. hanggang sa kumpletong pagkasunog ng nasusunog na pinaghalong. Ang init na inalis mula sa zone ng reaksyon patungo sa sariwang timpla ay ganap na nabayaran ng paglabas ng init ng reaksyon at isang matatag na harap ng apoy ay lumitaw. Bilang resulta ng layered combustion, ang harap ng apoy ay gumagalaw sa pinaghalong, na nagbibigay ng pagpapalaganap ng apoy.

Kung ang sariwang timpla ay gumagalaw patungo sa harap ng apoy sa bilis na katumbas ng bilis ng pagpapalaganap ng apoy, kung gayon ang apoy ay magiging hindi gumagalaw (nakatigil).

Ang teoretikal na pagpapatibay ng mga kondisyon para sa pagpapalaganap ng isang apoy ay maaaring ibigay kapag isinasaalang-alang ang isang nakatigil na apoy, kapag ang bilis ng pagpapalaganap nito U pl ay katumbas ng rate ng supply ng pinaghalong gas υ g: U pl = υ g (Fig . 27). Sa kasong ito, ang ratio sa pagitan ng normal na burning rate U n at ang flame propagation speed U pl ay ipinahayag ng equation:

Un = Upl* kasalananφ. (7.1)

Ang dami ng init ay ibinibigay sa sariwang timpla mula sa isang yunit ng ibabaw ng apoy bawat yunit ng oras sa pamamagitan ng thermal conduction:

(7.2)

kung saan: - koepisyent ng thermal conductivity;

Lapad sa harap ng apoy.

Ang init na ito ay ginugugol sa pagpainit ng sariwang timpla mula sa unang temperatura T o hanggang sa temperatura ng pagkasunog T g:

saan: kasama ay ang tiyak na kapasidad ng init;

Ang density ng pinaghalong.

Isinasaalang-alang ang mga equation (7.2) at (7.3) na may U pl = υ g, ang bilis ng pagpapalaganap ng apoy ay tinutukoy ng kaugnayan:

(7.4)

kung saan: - koepisyent ng thermal diffusivity.

Dahil ang rate ng pagkasunog ay nakasalalay sa temperatura, ang pagkasunog ng bulk ng gas ay nangyayari sa isang zone na ang temperatura ay malapit sa Tg.

Ang rate ng isang kemikal na reaksyon, gaya ng tinalakay sa § 6.1., ay tinutukoy ng equation:

. (7.5)
Kung gayon ang bilis ng pagpapalaganap ng apoy ay:

saan: b ay isang tagapagpahiwatig na nakasalalay sa mga katangian ng pinaghalong, .

Kaya, ang apoy ay hindi magagawang magpalaganap sa pamamagitan ng nasusunog na pinaghalong kung ang temperatura nito ay mas mababa kaysa sa teoretikal na temperatura ng pagkasunog sa pamamagitan ng isang halaga na mas malaki kaysa sa (tingnan ang § 9.3).

ay ang katangiang pagitan ng temperatura sa kinetika ng kemikal. Ang isang pagbabago sa temperatura sa pamamagitan ng halagang ito ay humahantong sa isang pagbabago sa rate ng reaksyon sa pamamagitan ng isang kadahilanan ng "e".

Ang limitasyon ng halaga ng bilis ng pagpapalaganap ng apoy U LIMIT ay tinutukoy ng ratio:

(7.7)

Sa kaibahan sa isinasaalang-alang na kaso ng normal na pagkasunog, sa ilalim ng mga tunay na kondisyon ng mga pagsabog sa isang nakakulong na espasyo, ang proseso ng deflagration combustion ay nagpapabilis sa sarili. Ito ay dahil sa pagpapalawak ng ibabaw ng pagkasunog, ang paglitaw ng paggalaw ng gas at pagtaas ng presyon sa panahon ng pagkasunog.

7.2. Pagkasunog sa isang saradong dami.

Sa panahon ng pagkasunog ng mga gas sa isang bukas na tubo at sa isang stream, ang mga produkto ng reaksyon ay malayang lumalawak, ang presyon ay nananatiling halos pare-pareho. Ang pagkasunog sa isang saradong sisidlan ay nauugnay sa pagtaas ng presyon. Ito ay napakahalaga para sa paglutas ng mga problema sa kaligtasan ng pagsabog. Ang pagtaas ng presyon sa panahon ng pagkasunog sa mga saradong kagamitan, pati na rin sa mga silid, ay maaaring humantong sa pagkawasak at aksidente.

Sa panahon ng pagkasunog na walang pagkawala ng init (adiabatic combustion) sa isang saradong volume, bilang resulta ng pagtaas ng temperatura mula sa T o hanggang sa temperatura ng pagkasunog T g at pagbabago sa bilang ng mga molekula ng gramo sa panahon ng reaksyon, ang presyon ay tumataas mula sa P o sa R g:

(7.8)

kung saan: m, n - ang bilang ng mga moles ng mga sangkap bago at pagkatapos ng pagsabog ng stoichiometric

komposisyon ng pinaghalong.

Gayunpaman, ang pinakamalaking presyon ay hindi bubuo para sa mga stoichiometric mixtures, bagaman mayroon silang pinakamataas na calorific value at lumikha ng maximum na Tg, ngunit ang mga mixture na pinayaman ng isang nasusunog na sangkap na may pinakamataas na rate ng pagkasunog. Sa panahon ng deflagration combustion, ang presyon ay umabot sa 7-10 atm., Sa panahon ng pagsabog, ito ay mas mataas.

Ang isang tampok na katangian ng proseso ng pagkasunog sa isang saradong dami ay ang hindi pantay na pamamahagi ng temperatura ng mga produkto ng reaksyon kaagad pagkatapos ng pagkasunog. Ang unang nasusunog na bahagi ng nasusunog na pinaghalong, na matatagpuan sa gitna ng sisidlan, ay tumutugon sa paunang presyon p o; ang huling layer na nasusunog malapit sa dingding ay tumutugon sa isang may hangganang presyon R.

Ang pag-init ng bawat layer ng gas ay nagpapatuloy sa dalawang yugto: sa panahon ng pagbabagong-anyo ng kemikal at adiabatic compression. Kahit na ang komposisyon ng mga produkto ng pagkasunog at ang presyon ay pareho sa lahat ng mga punto sa dami, ang huling temperatura ay mahalagang nakasalalay sa pagkakasunud-sunod ng parehong mga proseso ng pag-init. Sa ilalim ng adiabatic pressure compression p o hanggang sa pressure R Ang pagtaas ng temperatura mula T o hanggang T ay tinutukoy ng Poisson equation

, (7.9)

kung saan: g = s r / sv.

Ang huling temperatura ng mga produkto ng pagkasunog ay magiging mas mataas kung ang gas ay unang pinainit sa panahon ng pagbabagong-anyo ng kemikal, at pagkatapos ay tataas ang temperatura nito sa panahon ng compression ayon sa equation (7.9), kaysa sa kaso ng reverse sequence ng parehong mga proseso.

7.3. Ang paggalaw ng mga gas sa panahon ng pagkasunog.

Ang pagpapalawak ng mga gas sa isang apoy (ayon sa batas ng Gay-Lussac) ay humahantong sa katotohanan na ang pagkasunog ay palaging sinasamahan ng paggalaw ng mga gas. Tukuyin sa pamamagitan ng ρ g - ang density ng paunang daluyan, ρ pr - ang density ng mga produkto ng pagkasunog, ang kanilang bilis na may paggalang sa nakatigil na harap ng apoy ay u pr. Para sa bawat parisukat na sentimetro ng harap na ibabaw, ang daloy ay nagdadala ng bawat segundo u n cm 3 ng nasusunog na pinaghalong, ang masa nito ay u n * ρ g, ayon sa pagkakabanggit, mula sa seksyong ito ng apoy ay tinanggal sa 1 sec u pr cm 3 ng mga produkto ng reaksyon na may mass u pr * ρ pr. Dahil ang mga masa ng nasusunog na timpla at ang mga produkto ng reaksyon ay pantay, kung gayon

u н* ρ г = u pr* ρ pr (7.10)

Ang equation (7.10) ay nagpapahayag ng batas ng konserbasyon ng masa sa panahon ng pagkasunog.

Ang halaga ng u pr ay lumampas sa normal na bilis ng apoy ng ilang beses na mas malaki ang density ng paunang medium kaysa sa density ng mga produkto ng pagkasunog. Ang pagtaas sa rate ng daloy ng gas sa panahon ng pagkasunog ay bunga ng pagpapalawak ng mga gas.

Ang ganap na temperatura sa panahon ng pagkasunog ay tumataas ng 5-10 beses. Kung ang pagkasunog ay nangyayari sa pare-pareho ang presyon, ang gas ay lumalawak sa r o / r pr minsan. Isaalang-alang ang pagkasunog ng isang nakatigil na apoy sa harap ng isang bukas na tubo, na ipinapakita sa Figure 28.

kanin. 28. Scheme para sa pagpapaliwanag ng batas ng mga lugar: S - pipe section, F - flame front surface, ω - bilis ng paunang combustible mixture, T 0, - temperatura at density ng unang mixture, U H - normal burning rate, U PL - bilis ng pagpapalaganap ng apoy, U PR - bilis ng mga produkto ng pagkasunog, T PR, - temperatura at density ng mga produkto ng pagkasunog.

Dahil ang apoy ay nakatigil, ω = U PR. Pagkatapos, halimbawa, para sa 1 cm 2 ng ibabaw ng flame front F, ang daloy ay nagdadala ng ω cm 3 / s ng nasusunog na halo. Ang masa nito ay ω. Alinsunod dito, ang U PR cm 3 /s ng mga produkto ng pagkasunog na may masa ng U PR ay inalis mula sa site na ito. Pagkatapos, ayon sa batas ng konserbasyon ng masa (equation 7.10) sa ω = U PL:

(7.11)

Kaya, ang volumetric velocity ng mga produkto ng combustion ay lumampas sa combustion rate ng mas maraming beses na mas malaki ang density ng paunang medium kaysa sa density ng mga combustion products.

Sa kabilang banda, kung ang U H cm 3 / s ng pinaghalong nasusunog sa 1 cm 2 ng ibabaw ng apoy sa harap, kung gayon ang U H * F cm 3 / s ay nasusunog sa buong lugar F. Kasabay nito, ang dami ng nasusunog na gas ay katumbas ng volumetric velocity ng daloy ng gas ω * S cm 3 / s. Pagkatapos U H *F = ω*S, o ω = U H *F / S.

Gamit ang pagkakapantay-pantay ω \u003d U PL:

UPL= U H* F / S. (7.12)

Nakukuha namin batas ng lugar: ang bilis ng pagpapalaganap ng apoy sa pipe ay magiging mas maraming beses na mas malaki kaysa sa normal habang ang ibabaw ng apoy ay lumampas sa cross section ng pipe.

Kung isasaalang-alang natin ang isang nakatigil na nasusunog na halo, kung gayon kapag ang harap ng apoy ay lumaganap, ang mga gas na pinainit nang husto ay walang oras upang palawakin, at sa combustion zone ang presyon ay tumataas nang husto, na "pumuputok" at itinutulak ang mga gas sa magkabilang direksyon mula sa apoy. , at hindi lamang mga produkto ng pagkasunog ang itinutulak palabas, ngunit mayroon ding paggalaw ng paunang timpla sa unahan ng harap ng apoy, tulad ng sa Figure 29:

Ang bilis ng mga gas ay tumataas habang ang pagkasunog ng paunang pinaghalong at, nang naaayon, ang presyon ng mga gas. Kasabay nito, ang mga naka-compress na mainit na nasunog na gas ay inilalabas mula sa isang dulo ng pipe, at ang isang naka-compress na paunang timpla ay itinulak palabas mula sa kabilang dulo, na paputok na nag-aapoy mula sa ibinubuga na apoy sa kapaligiran ng silid, na sinusundan ng isang shock wave. , sunog at pagkasira.

7.4. Nasusunog na mga kadahilanan ng pagpabilis.

Ang iba't ibang mga mode ng deflagration combustion ay naiiba lamang sa bilis ng pagpapalaganap ng apoy dahil sa hindi pantay na pag-unlad ng ibabaw ng harap ng apoy. Ang pagkasunog ng isang hindi gumagalaw na gas sa simula ay palaging kumplikado ng mga panlabas na nakakagambalang impluwensya na pumipinsala sa hugis ng apoy. Ang pinakamahalaga sa kanila ay ang gravity, friction at turbulence ng nasusunog na timpla.

Kaya, kapag nag-aapoy sa gitna ng isang vertical na tubo, tulad ng ipinapakita sa Figure 30, ang mabigat na paunang timpla ay matatagpuan sa itaas ng mga produkto ng light combustion. Sa kasong ito, ang mga convective na daloy ng paunang timpla ay lumilipat pababa, at ang mga produkto ng pagkasunog ay lumilipat paitaas. Sa ilalim ng kanilang impluwensya, ang harap ng apoy ay umaabot at bumibilis ang pagkasunog.

Kapag ang apoy ay lumalaganap pababa, ang nasusunog na daluyan ay nakatigil at ang pagkagambala ng harap ng apoy ay hindi gaanong mahalaga. Sa mababang rate ng pagkasunog at haba ng tubo, ang hugis ng apoy ay malapit sa flat.

Gayunpaman, sa kasong ito, ang gas ay gumagalaw din pababa sa tubo dahil sa pagpapalawak sa panahon ng pagkasunog. Ang alitan ng gumagalaw na gas laban sa mga dingding ay humahantong sa pagbaba sa bilis nito sa paligid at pag-unat ng harap ng apoy, at ang profile ng bilis ng harap ng apoy ay tumatagal din ng anyo ng isang simboryo. Ang ibabaw ng apoy ay unti-unting tumataas at bumibilis ang pagkasunog.

Ang sapat na mabilis na pagkasunog, kung saan ang bilis ng apoy ay umabot sa daan-daang m/s, ay nangyayari sa panahon ng turbulisasyon ng pinaghalong gas at, nang naaayon, sa panahon ng kaguluhan ng harap ng apoy. Ang turbulization ay nagdudulot ng makabuluhang pagpapalawak ng harap ng apoy, pagpapabilis ng paglipat ng init sa pagitan ng mga produkto ng pagkasunog at ng paunang pinaghalong at, nang naaayon, pagkasunog. Ang ganitong pagkasunog ay madalas na tinatawag na pagsabog.

7.5. Mga kondisyon ng pagsabog.

Tulad ng nalaman natin kanina, ang pagsabog ay isang kemikal o pisikal na pagbabagong-anyo ng isang sangkap, na sinamahan ng isang napakabilis na paglipat ng enerhiya nito sa enerhiya ng compression at paggalaw ng mga paunang sangkap, ang mga produkto ng kanilang pagbabago at kapaligiran. Mula dito, ang pagsabog ng kemikal ay isang napakabilis na reaksyon ng pagkasunog, na sinamahan ng isang matalim na paglipat ng inilabas na thermal energy sa enerhiya ng compression at paggalaw ng mga panimulang sangkap, mga produkto ng pagkasunog at kapaligiran.

Ang pagsabog ay binubuo ng tatlong yugto:

1) ang conversion ng kemikal na enerhiya ng reaksyon sa thermal energy;

2) conversion ng thermal energy sa enerhiya ng isang highly compressed gas;

3) pagpapalaganap ng compressed gas sa anyo ng isang shock wave.

Ang mga pangunahing kondisyon para sa paglitaw ng isang kemikal na reaksyon sa anyo ng isang pagsabog ay:

1. exothermicity, na dahil sa ang katunayan na ang lakas ng mga bono sa pagitan ng mga atomo sa mga produkto ng reaksyon ay mas mataas kaysa sa mga panimulang sangkap, kaya ang "dagdag" na enerhiya ay pinakawalan. Sa mga endothermic na reaksyon, hindi nangyayari ang pagsabog.

2. pagbuo ng gas, dahil:

Una, ang paglipat sa isang gas na estado sa panahon ng kemikal na reaksyon ng anumang mga sangkap sa isang pare-pareho ang dami ay humahantong sa isang pagtaas sa presyon;

Pangalawa, ang mga gas ay may napakataas na koepisyent ng volumetric expansion kapag pinainit. Kung walang pagkakaroon ng mga gas, ang pag-init lamang ng sangkap ang magaganap.

3. Mataas na rate ng reaksyon at ang kakayahang mag-self-propagate at self-accelerate. Nangyayari ang self-propagation dahil sa alinman sa isang thermal "wave" na isinasagawa ng thermal conductivity (deflagration explosion), o isang shock wave ng mga compressed gas (detonation).

Ang thermal "wave" ay sinusuportahan ng init na inilabas sa panahon ng combustion, at ang shock wave ay sinusuportahan ng compressed gas mismo.

Ang autoacceleration ng reaksyon at ang paglitaw ng isang pagsabog ay nangyayari bilang isang resulta ng isang pagtaas sa temperatura ng mga reacting substance dahil sa init ng reaksyon, o isang pagtaas sa mga aktibong radical, o isang pagtaas sa presyon sa shock wave.

Ang pagkasunog ng isang halo ng gas sa mga saradong tubo ay bumubuo ng isang echo, na humahantong sa isang kumpletong muling pagsasaayos ng harap ng apoy. Ang mga detalye ng hindi pangkaraniwang bagay na ito ay muling ginawa sa unang pagkakataon sa mga numerical simulation.

Ang apoy na nakikipag-ugnayan sa isang malakas na sound wave ay maaaring makabuo ng mga kawili-wiling spatial na istruktura (tingnan, halimbawa, isang kahanga-hangang video na may "fire visualization" ng mga sound wave). Sa kasong ito, ang sound wave ay hindi kailangang maging panlabas: matinding pagkasunog ng isang gas mixture ng gasolina at oxidizer sa isang closed volume, halimbawa, sa mga pipe, ay bumubuo ng isang echo na maaaring masira ang harap ng apoy at baguhin ang combustion reaction mode .

Ang pagbaluktot ng hugis ng apoy sa panahon ng pagkasunog sa mga tubo ay kilala sa higit sa isang daang taon, ngunit sa mga klasikong eksperimento lamang ni Jeffrey Sirby (G. Searby) noong 1992 ay isang sistematikong pag-aaral ng prosesong ito na isinagawa. Sa partikular, napagmasdan ni Sirby ang kaguluhan ng apoy sa ilalim ng pagkilos ng kanyang sariling echo. Sa sarili nito, ang hindi pangkaraniwang bagay na ito ay tila hindi nakakagulat, ngunit ang isang teoretikal na paglalarawan ng prosesong ito ay hindi pa iminungkahi. Ang mga tanong na kailangang sagutin ay: "Paano eksaktong nangyayari ang paglipat sa kaguluhan?", "Anong uri ng mga oscillations ng apoy ang unang umuusad?" atbp. Ang lahat ng ito, sa turn, ay nakagapos sa mga kamay ng mga mananaliksik na naghahanap ng mga praktikal na aplikasyon ng epektong ito sa teknolohiya (sa pangkalahatan, ang flame turbulence ay napakahalaga para sa industriya ng rocket).

Isang kamakailang artikulo ng pangkat ng pananaliksik na Russian-Swedish na A. Petchenko et al., Physical Review Letters, 97, 164501 (19 Oktubre 2006) ang gumawa ng unang hakbang patungo sa pagbuo ng naturang teorya. Ang mga may-akda ng gawaing ito ay nagsagawa ng isang detalyadong numerical simulation ng proseso ng pagkasunog ng isang halo ng gas sa isang mahaba at napaka-makitid na tubo, sarado sa isang dulo (ang halo ay nag-apoy mula sa bukas na dulo, at ang apoy ay lumaganap nang malalim sa pipe. ). Para sa pagiging simple ng mga kalkulasyon, nalutas ang isang two-dimensional sa halip na isang three-dimensional na problema, ang pinaghalong gas ay itinuturing na isang perpektong gas, at ang proseso ng pagkasunog ay na-modelo ng isang hypothetical na isang yugto at hindi maibabalik na reaksyon ng kemikal na may ibinigay na paglabas at pag-activate ng init. enerhiya. Ngunit ang lahat ng gas at thermodynamics - compression at pagpapalawak, mga daloy ng gas, paglipat ng init, ang istraktura ng harap ng apoy - ay isinasaalang-alang nang buo.

Ang mga resulta ng simulation ay malinaw na pinatunayan na, habang ang saradong dulo ay nilapitan, ang harap ng apoy ay nagsimulang " manginig". Ang panginginig na ito ay nagbunga ng sound echo ng parehong frequency, na "nag-swing" ng apoy nang higit pa. Sa agarang paligid ng dulo ng tubo, ang mga oscillations ng apoy ay naging napakalakas na ang harap ng apoy ay literal na nakatiklop sa isang akurdyon. Sa bawat panahon ng mga oscillations na ito, ang harap ng apoy ay biglang na-destabilize, na naglalabas ng makitid at napakahabang jet ng malamig na gas sa rehiyon na inookupahan ng mga produktong hot combustion. Ang jet pagkatapos ay mabilis na nasunog, ang harap ng apoy ay naging isang ipoipo at pagkatapos ay muling tumama. Ang bilis ng mga agos na nabuo ng mga oscillation na ito ay sampung beses lumampas sa "normal" na bilis ng pagpapalaganap ng apoy sa bukas na espasyo.

Ang malalakas na oscillations at ang mga eddies na nabuo ng mga ito ay karaniwang ang unang yugto sa paglipat sa turbulence. Ang mga may-akda ng artikulo, gayunpaman, ay hindi nagmamadali na ipahayag ang pagkatuklas ng mekanismo ng pag-alab ng siga. Ang katotohanan ay ang kapangyarihan ng pag-compute na magagamit ngayon ay nagpapahintulot sa naturang detalyadong pagmomolde na maisagawa lamang sa napakakitid na mga tubo, o sa halip kahit na sa mga capillary. Paano magbabago ang prosesong ito sa malalawak na mga tubo, kung saan nakuha ang pang-eksperimentong data at kung saan ang epekto ng mga pader sa mga daloy ay mas mahina, ay nananatiling pag-aaralan. Kagiliw-giliw din na suriin kung ang mga pagbaluktot ng apoy na natagpuan sa simulation ay ang parehong "tulip flame" na naobserbahan sa mahabang panahon, ngunit nananatiling hindi maipaliwanag (tingnan ang C. Clanet at G. Searby. Sa "Tulip Flame" Phenomenon (PDF, 1 ,3 Mb) // Pagkasunog at Apoy, 1996. V. 105. P. 225-238).