что показывает массовая скорость распространения пламени по газо воздушной смеси
Теория распространения пламени по газовоздушным смесям.
Одна из основных задач теории горении – установить связь между скоростью распространения пламени, скоростью химической реакции и теплофизическими свойствами горючей смеси.
Одним из фундаментальных свойств пламени является именно его способность к самопроизвольному распространению.
Возникнув в результате воздействия на горючее вещество, находящегося в среде окислителя, источника зажигания, пламя в дальнейшем самостоятельно перемещается по горючей смеси с некоторой скоростью.
Механизм распространения пламени по газопаровоздушной смеси можно изобразить следующей схемой:
 |
о- окислитель, х – горючая газовая смесь
При распространении горения по некоторой горючей системе исходную смесь от продуктов горения отделяет узкая светящаяся зона, называемая фронтом пламени.
Или другими словами, горение на границе элементарного объема со средой называется фронтом пламени.
Фронт пламени представляет собой трехмерную область (имеет вид сферы), в которой начинается и завершается химическая реакция взаимодействия горючего с окислителем.
Толщина фронта пламени достаточна для протекания реакции горения (окисления).
В зоне перед фронтом пламени концентрация исходных компонентов почти не меняется, поскольку химическое взаимодействие между ними не протекает и температура горючей смеси равна начальной.
Непосредственно перед фронтом пламени (зоной химической реакции) концентрация реагентов понижается, главным образом, вследствие разбавления ее продуктами реакции.
Во фронте пламени в результате химической реакции горения концентрация исходных компонентов резко снижается до нуля, а температура достигает максимального значения.
При перемещении фронта пламени происходят повышение температуры и давления смеси.
Вследствие молекулярной теплопроводности температура перед зоной горения монотонно повышается от начальной температуры горючей смеси до температуры, близкой к температуре горения, образуя зону физического прогрева.
Для большинства углеводородных смесей фронт пламени представляет собой яркую зону свечения, которую можно наблюдать визуально или зарегистрировать с помощью фотосъемки.
Скорость распространения пламени
Скорость распространения пламени – это расстояние, пройденное пламенем за единицу времени.
Распространение пламени в воздухе
Скорость распространения пламени характеризует свойство пламени к самопроизвольному распространению при горении смесей горючих газов или пылей с воздухом (окислителем), а также при горении горючих жидкостей и твердых материалов, находящихся в контакте с воздухом.
Для некоторых подвижных горючих смесей (газо-, паро- и пылевоздушных) с расширяющимися продуктами горения различают видимую скорость распространения пламени относительно неподвижного наблюдателя за пламенем, и скорость распространения пламени относительно горючей смеси. Из-за собственного движения смеси, в том числе вызванного расширением продуктов горения, значение видимой скорости пламени может существенно (в несколько раз) отличаться от скорости распространения пламени относительно горючей смеси.
Скорость распространения пламени плоской формы относительно горючей смеси именуют нормальной скоростью распространения пламени (см. Нормальная скорость распространения пламени ) и относят к фундаментальным характеристикам газо-, паро- и пылевоздушных смесей. При искривлении пламени его поверхность увеличивается, что приводит к росту скорости распространения пламени относительно горючей смеси. В частности, значительное увеличение поверхности пламени происходит с турбулизацией горючей смеси, при которой скорость распространения пламени по смеси может во много раз превосходить нормальную скорость распространения пламени. К скорости распространения пламени можно также отнести скорость изменения (снижения) уровня поверхности жидкости при диффузионном выгорании с поверхности. В нормативной литературе данная скорость распространения пламени именуется скоростью выгорания.
Характерные значения скорости распространения пламени для различных объектов приведены в нормативных документах.
Максимальная скорость распространения пламени наблюдается при наличии избытка горючего в смеси с окислителем.
Источник: ГОСТ 12.1.044-89. ССБТ. Пожарная опасность веществ и материалов. Номенклатура показателей и методов их определения.
Распространение пламени по газопаровоздушным смесям
Наиболее простая схема горения – горение газов и паров. Смешиваясь с окислителем (в большинстве случаев кислородом воздуха), они образуют горючую смесь. Как было сказано выше, горение может быть диффузионным и кинетическим.
При диффузионном горении газов распространение пламени происходит по мере смешивания горючего с окислителем, это мы разбирали выше.
При кинетическом горении газов, распространение пламени может происходить по механизму дефлаграции (нормальное горение) и детонации.
Нормальное или дефлаграционное горение — это распространение пламени по однородной горючей среде, при котором фронт пламени движется вследствие ее послойного разогрева по механизму теплопроводности.
Дефлаграционное пламя распространяется с небольшой скоростью, порядка нескольких метров или десятков метров в секунду. Передача теплоты в этом случае осуществляется послойно по механизму теплопроводности.
При дефлаграционном горении пламя распространяется со скоростью, называемой нормальной скоростью распространения пламени.
Нормальная скорость распространения пламени uн — это минимальная скорость, с которой пламя может распространятся в горючей среде по нормали к своему фронту. Размерность ее [м/с]. Нормальная скорость является важной характеристикой горючей смеси.
Вектор нормальной скорости распространения пламени всегда направлен в строну горючей смеси.
В зависимости от направления и величины линейной скорости v потока газовой смеси фронт пламени может быть неподвижным (стационарным) или движущимся. Стационарное пламя возникает в тех случаях, когда горючая смесь движется навстречу фронту пламени с такой же скоростью, т.е. v = uв. Типичным примером стационарного пламени являются пламена факельных горелок в промышленных печах, лабораторных горелок Бунзена, Теклю и др. (рис.1.3).
| В |
| φ |
| А |
| С |
 |
 |
 |
| Гор.+Ок. |
Рис. 1.3 Схема распространения пламени в горелке Бунзена
В них видимая скорость пламени равна скорости горючей смеси:
Векторы нормальной и видимой скоростей пламени в горелке Бунзена составляют угол j, поэтому для скалярных величин из прямоугольного треугольника АВС следует:
Эта закономерность называется законом косинуса. Ее установил один из основателей теории горения, российский физик-метеоролог В.А. Михельсон.
Очень важной особенностью фронта пламени является то, что нормальная скорость его распространения представляет собой также объемную скорость горения газовой смеси:
т.е. показывает, сколько объемов смеси сгорает в единицу времени на единице площади фронта пламени. Это позволяет для любого газа определить массовую скорость горения um:
Последнее выражение широко используется в теории распространения пламени в паро- и газо-воздушных смесях при исследовании материального и теплового, балансов процессов горения.
Сущность механизма теплового распространения пламени, как было установлено выше, заключается в передаче теплоты из зоны горения теплопроводностью и разогрев прилегающего слоя свежей горючей смеси до температуры самовоспламенения.
Кроме тепловой существует также диффузионная теория распространения пламени. Согласно этой теории пламя распространяется вследствие диффузии активных центров из зоны горения в свежую смесь. Там они инициируют реакции окисления, которые приводят к разогреву смеси с последующим ее воспламенением. Диффузионная теория применяется, в основном, для процессов горения, протекающих по цепному механизму, т.е. для холодных пламен.
Безусловно, определенное участие активные центры принимают и при тепловом механизме распространения пламени. Наибольший интерес представляет та теория, которая позволяет достаточно просто и быстро вывести уравнение для вычисления нормальной скорости распространения пламени. С этой точки зрения более приемлема тепловая теория.
Теория распространения пламени по газовоздушным смесям
Одна из основных задач теории горении – установить связь между скоростью распространения пламени, скоростью химической реакции и теплофизическими свойствами горючей смеси.
Одним из фундаментальных свойств пламени является именно его способность к самопроизвольному распространению.
Возникнув в результате воздействия на горючее вещество, находящегося в среде окислителя, источника зажигания, пламя в дальнейшем самостоятельно перемещается по горючей смеси с некоторой скоростью.
Механизм распространения пламени по газопаровоздушной смеси можно изобразить следующей схемой:
 |
о- окислитель, х – горючая газовая смесь
При распространении горения по некоторой горючей системе исходную смесь от продуктов горения отделяет узкая светящаяся зона, называемая фронтом пламени.
Или другими словами, горение на границе элементарного объема со средой называется фронтом пламени.
Фронт пламени представляет собой трехмерную область (имеет вид сферы), в которой начинается и завершается химическая реакция взаимодействия горючего с окислителем.
Толщина фронта пламени достаточна для протекания реакции горения (окисления).
В зоне перед фронтом пламени концентрация исходных компонентов почти не меняется, поскольку химическое взаимодействие между ними не протекает и температура горючей смеси равна начальной.
Непосредственно перед фронтом пламени (зоной химической реакции) концентрация реагентов понижается, главным образом, вследствие разбавления ее продуктами реакции.
Во фронте пламени в результате химической реакции горения концентрация исходных компонентов резко снижается до нуля, а температура достигает максимального значения.
При перемещении фронта пламени происходят повышение температуры и давления смеси.
Вследствие молекулярной теплопроводности температура перед зоной горения монотонно повышается от начальной температуры горючей смеси до температуры, близкой к температуре горения, образуя зону физического прогрева.
Для большинства углеводородных смесей фронт пламени представляет собой яркую зону свечения, которую можно наблюдать визуально или зарегистрировать с помощью фотосъемки.
Нам важно ваше мнение! Был ли полезен опубликованный материал? Да | Нет
Лекция № 9. Горение газопаровоздушных и пылевоздушных смесей
Цель лекции: Разъяснить студентам процессы, происходящие при горении газопаровоздушных и пылевоздушных смесей.
План лекции:
2. Кинетический режим горения газапаровоздушных смесей.
3. Тепловая теория распространения пламени.
4. Влияние различных факторов на скорость распространения пламени.
5. Зависимость КПР от химической природы горючего вещества.
В теме 2 мы познакомились с различными режимами горения газов: кинетическим и диффузионным, ламинарным и турбулентным. Кинетическое горение возможно только в предварительно перемешанных смесях горючего и окислителя. Во всех остальных случаях горение будет протекать в диффузионном режиме. Кинетический режим более простой в теоретическом плане, поэтому именно с него мы и начнем изучение процесса горения газов.
2.Кинетический режим горения газопаровоздушных смесей
Рис.1. Пламя в горючей смеси
Если с помощью оптического прибора рассмотреть кинетическое
пламя в неподвижной горючей смеси, то можно увидеть следующую
 |
Нормальное или дефлаграционное горение— это распространение пламени по однородной горючей среде, при котором фронт пламени движется вследствие ее послойного разогрева по механизму теплопроводности от продуктов горения.
Нормальная скорость распространения пламени uн— это минимальная скорость, с которой пламя может распространяться в горючей среде по нормали к своему фронту. Размерность ее [м/с]. Нормальная скорость является важной характеристикой горючей смеси.
В зависимости от направления и величины линейной скорости v потока газовой смеси фронт пламени может быть неподвижным (стационарным) или движущимся. Стационарное пламя возникает в тех случаях, когда горючая смесь движется навстречу фронту пламени с такой же скоростью, т.е. v = uв. Типичным примером стационарного пламени являются пламена факельных горелок в промышленных печах, лабораторных горелок Бунзена, Теклю и др. (рис.2).
Рис..2. Схема распространения пламени в горелке Бунзена
В них видимая скорость пламени равна скорости горючей смеси:
Аналогично для фронта пламени можно записать:
Подставляя в выражение (2) значение V0 из (1), получаем
т.е. нормальная скорость пламени во столько раз меньше видимой, во сколько площадь поперечного сечения трубы меньше поверхности пламени.
Векторы нормальной и видимой скоростей пламени в горелке Бунзена составляют угол j, поэтому для скалярных величин из прямоугольного треугольника АВС следует:
Эта закономерность называется законом косинуса. Ее установил один из основателей теории горения, российский физик-метеоролог В.А. Михельсон.
Очень важной особенностью фронта пламени является то, что нормальная скорость его распространения представляет собой также объемную скорость горения газовой смеси:
т.е. показывает, сколько объемов смеси сгорает в единицу времени на единице площади фронта пламени. Это позволяет для любого газа определить массовую скорость горения um:
Выражение (6) широко используется в теории распространения пламени в паро- и газо-воздушных смесях при исследовании материального и теплового, балансов процессов горения.