Горение газов (тема 4.1)

1.

Презентация курса:
«ТЕОРИЯ ГОРЕНИЯ И ВЗРЫВА»
Тема: ГОРЕНИЕ ГАЗОВ

2.

4.1 Горение газов
1
Виды и режимы горения
Различают:
1.
В зависимости от порядка смесообразования горючего и окислителя:
Горение однородной газовой смеси (предварительно перемешанной
смеси) – происходит за счет непрерывно поступающей горючей
смеси в зону горения
Горение предварительно не перемешанной газовой смеси – горючее
и окислитель поступают поочередно
2. В зависимости от характера движения горючей смеси:
Ламинарный режим горения:
Турбулентный режим горения:

3.

2
4.1 Горение газов
Виды горения
1. Кинетическое горение- горючее и окислитель подаются
одновременно
2. Диффузионное горение – горючее и окислитель подаются
раздельно (предварительно не перемешанные смеси)
Режимы диффузионного горения:
Ламинарный
Турбулентный

4.

3
4.1 Горение газов
Кинетическое горение газов
Кинетическое горение представляет собой горение предварительно
перемешанных смесей горючего и окислителя
Схема распространения пламени по
предварительно перемешанной гомогенной
смеси:
1 — исходная горючая смесь;
2 — фронт пламени;
3 — продукты горения;
δ ф.п.— толщина фронта пламени
Фронт пламени – это трехмерная область, в которой начинается и
завершается химическая реакция между горючим и окислителем.
В зоне δпл температура повышается до максимального значения –
температуры горения

5.

4
4.1 Горение газов
Фронт пламени
Изменение температуры (Т) и концентрации
исходных компонентов (φ, %) во фронте пламени
C,T,W
Tr
C0
Свежая
смесь
T0
W
Продукты
сгорания
Зона реакции
Х
Перед фронтом пламени:
Во фронте пламени:
С0 – начинает снижаться;
С0 – снижается до 0;
Т0 – медленно поднимается;
Т0 – достигает Тг;

6.

5
4.1.Горение газов
Нестационарное пламя газов
(ламинарное)
Нестационарное пламя предварительно перемешанной горючей смеси
имеет движущийся фронт пламени
Схема распространения пламени по гомогенной горючей смеси
Продукты
горения
Un
Фронт
пламени
Ub
п
l
Исходна
я смесь
Трубка Коварда-Джонса
Un = Ub · cosφ

7.

5
4.1.Горение газов
Нестационарное пламя газов
(ламинарное)
Un
п
Ub
Воздух
Горючий
газ
Горелка Бунзена

8.

4.1 Горение газов
Тепловая теория
распространения пламени
Сущность тепловой теории:
От поверхности фронта пламени, где достигается максимальная
температура, к свежей смеси за счет теплопроводности передается
поток тепла;
Происходит разогрев смеси до температуры воспламенения, в
результате происходит самопроизвольная химическая реакция;
Тепловой поток передается непрерывно, происходит
последовательное воспламенение горючей смеси, т.е. перемещение
фронта пламени по свежей горючей смеси.
6

9.

7
4.1 Горение газов
Тепловая теория
Скорость распространения фронта пламени
Un = ω1/2 eE/2RT
где ω – скорость химической реакции
Толщина фронта пламени определяется как сумма толщины
зоны химической реакции
Толщина зоны пламени (фронта пламени) уменьшается с
увеличением скорости горения
Горючая смесь
Нормальная
скорость, м/с
Толщина зоны
пламени, мм
Ацетилен —
кислород
8,0
0,021
Ацетилен —
воздух
1,5
0,061
Бутан — воздух
0,4
0,2

10.

8
4.1 Горение газов
Влияние факторов
на нормальную скорость горения газов:
• влияние состава горючей смеси
Горючий
газ
Стехиометрическая
концентрация,
%
Нормальная
скорость,
м/с
Максимальн
ая
нормальная
скорость,
м/с
Концентрация
горючего при
максимальной
скорости, %
Водород
29,5
1,6
2,67
42,0
Окись
углерода
29,5
0,3
0,41
43,0
Ацетилен
7,7
1,0
1,35
10,0
Этилен
6,5
0,6
0,63
7,0

11.

9
4.1 Горение газов
Влияние флегматизаторов
Флегматизаторы: азот, диоксид углерода, инертные газы и др. разбавляют
горючую смесь, снижают число активных соударений. В результате
скорость химической реакции уменьшается.
Влияние флегматизаторов и ингибиторов на
нормальную скорость распространения пламени в
пропано-воздушной смеси (α =1,15)
1 - азот;
2 - аргон;
3 - двуокись углерода;
4 - фреон 114В2

12.

10
4.1 Горение газов
Температура
• влияние начальной температуры горючей смести
Qн
Тг Т
0 С V
pi п г i
Итак, с увеличением начальной температуры Т0,
увеличивается температура горения смеси Тг

13.

11
4.1 Горение газов
Диффузионное горение газов
Диффузионное горение – это горение предварительно не
перемешанных горючих смесей.
Смешение горючего и окислителя происходит за счет диффузии
Режимы диффузионного горения:
Ламинарное горение – горение
граница пламени устойчивая;
спокойное,
Турбулентное горение – горение бурное, граница
пламени размыта, сильные завихрения

14.

12
4.1 Горение газов
Диффузионное пламя
Структура диффузионного ламинарного пламени
i%
r(100%)
1
в
2
ст
н
0
Xв
Xст
a
Xн
X
б
а – (1) изменение концентрации горючего и (2) скорости химической
реакции во фронте пламени;
б - схема горения газового фонтана.
Скорость химической реакции максимальна при Хст
(стехиометрической концентрации)

15.

13
4.1 Горение газов
Высота диффузионного
пламени
где Нпл - высота пламени, м;
υ - скорость истечения газа, м/с;
r - радиус струи горючего газа (горелки), м;
D - коэффициент диффузии окислителя в продуктах реакции, м2/с.

16.

14
4.1 Горение газов
Переход диффузионного
пламени в турбулентное пламя
Изменение высоты пламени от скорости
истечения газа из горелки постоянного диаметра
1 - ламинарный режим горения;
2 - переходный режим горения;
3 - турбулентный режим горения

17.

15
4.1 Горение газов
Турбулентное пламя
Турбулентное пламя – это беспорядочное изменение величины
и вектора скорости в каждой точке потока.
Характеристики турбулентного потока
Δυ - пульсационная скорость, м/с;
υi - мгновенная скорость, м/с;
υср — средняя скорость, м/с
среднеквадратичная пульсационная скорость, υск, м/с;

18.

16
4.1Горение газов
Турбулентное пламя
Масштаб турбулентности – это длина пути
смешения e, на
протяжении которого не изменяется
скорость, температура,
состав перемещающейся
горючей смеси
Степень турбулентности (интенсивность) –
отношение
средней квадратичной пульсационной
скорости к средней скорости:
ck
ср
2
Число Кармана

19.

17
4.1 Горение газов
Интенсивность
турбулентного потока выше ламинарного на несколько
порядков:
Режим
горення
Ламинарный
Турбулентный
Расход газа,
м/с3
Высота пламени,
м
Величина
Нпл/Vr, с/м2
2.97·10-6
3.1·10-2
1,04·104
7.8610-6
11.3·10-2
1,44·104
12.910-6
18.4·10-2
1,43·104
17.910-6
25.1·10-2
1,40·104
5.0
16.0
3,2
10.0
22.0
2,2
20.0
28.0
1.4
30.0
35.0
1,17

20. Рекомендуемая литература

1.
Дроздова Т.И. Теория горения и взрыва. Процесс горения.
– Иркутск: Изд-во ИрГТУ. 2008. – 336 с.
2. Баратов А.Н. Горение – Пожар – Врыв – Безопасность. – М.:
ВНИИПО, 2003. - 367с.
3. Баратов А.Н. , Пчелинцев В.А. Пожарная безопасность. – М.:
ВНИИПО, 1997. - 329 с.