0. 6.3. Цепное самовоспламенение (цепной взрыв).

Пример цепной разветвленной реакции является про­цесс окисления водорода (взрыв гремучего газа).

Реакция протекает по схеме:

Разветвление цепи проходит при следующих реакциях:

за один цикл превращений каждый вступающий в реакцию атом водорода вызывает образование двух молекул воды и трех новых атомов водорода.

Обрыв цепей проходит либо на стенке:

,

либо в объеме:

с образованием малоактивного радикала НО₂.

Причины обрыва цепи в объеме смеси является:

1) побочная реакция активного центра с примесями, содержащимися в смеси;

2) рассеивание активной частицей избыточной химической энергии при столкновениях с неактивными молекулами.

6.4. Зажигание.

Зажигание – это процесс инициирования начального очага горения в горючей смеси за счет ввода в смесь извне высокотемпературного источника тепловой энергии.

Происхождение источника зажигания:

• нагрев (накаленное тело),

• химическая реакция (пламя, тепловые жиры),

• электрический разряд (электрические и электростатические искры),

• механическое трение (зажигание спички, искры при заточке инструмента)

• соударения (кремень) твердых тел.

Схемы теплового воспламенения по Вант-Гоффу (рис. 25):

г Рис. 25. Распространение тепла от

источника поджигания:

а) В инертной среде: в данном случае

теплота просто отводится в холодную

инертную среду с температурой Т₀;

г

б) В среде, способной к экзотермической реакции, но Т₂ недостаточна для возникновения прогрессивного процесса разогрева и самоускорения реакции, т.е. принесенная энергия меньше энергии активации.

г

в) В горючей смеси, когда Т₃ достаточна для самоускорения реакции и воспламенения, т.е. внесенная энергия равна энергии активации. При этих условиях формируется очаг горения. Т₃=Т_{зажигания} – предел определяющий область воспламенения от медленно затухающей реакции.

г

г) В горючей смеси, когда Т₄>Т_{зажигания}. Скорость реакции крайне быстро возрастает, самоускоряется и приводит к взрыву.

Пламя появляется лишь в том случае, если энергия, выделяющаяся из источника превышает некоторую величину, называемую минимальной энергией зажигания.

Тема 7. Распространение пламени.

7.1. Тепловая теория горения.

Температура продуктов адиабатического сгорания не зависит от скорости реакций, протекающих в пламени, а лишь от их суммарного теплового эффекта и теплоемкостей конечных продуктов. Эта величина называется адиабатической температурой горения Т_г (Т_г – максимальная температура продуктов реакции в отсутствие внешнего подогрева). У большинства горючих смесей величина Т_г лежит в пределах 1500-3000° К.

Распределение температур в газовой смеси с учетом тепловыделения от химической реакции и теплопроводности показано на рис. 26.

Рис. 26.

Теоретическое обоснование условий распространения пламени (при рассмотрении стационарного пламени, когда ско­рость его распространения U_пл равна скорости подачи газовой смеси U_г: U_пл=U_г (рис. 27))

. В данном случае соотношение между нор­мальной скоростью горения U_н и скоростью распространения пла­мени U_пл выразится уравнением:

U_н = U_пл*sinφ. (7.1)

Л

Л

φ

фронт пламени

горелка

Рис. 27.

К свежей смеси от единицы поверхности пламени в единицу времени путем теплопроводности подводится количество тепла:

(7.2)

где: - коэффициент теплопроводности;

- ширина фронта пламени.

Это тепло расходуется на нагрев свежей смеси от начальной температуры Т_о до температуры горения Т_г:

(7.3)

где: с – удельная теплоемкость;

- плотность смеси.

С учетом уравнений (7.2) и (7.3) при U_пл=U_г скорость распространения пла­мени определяется соотношением:

(7.4)

где: - коэффициент температуропроводности.

Скорость химической реакции определяется уравнением:

. (7.5) Тогда скорость распространения пламени:

(7.6)

где: b – показатель, зависящий от свойств смеси, .

Пламя не сможет распространяться по горючей смеси, если его температура будет ниже теоретической температуры горения на величину превышающую .

- характеристический интервал температур в химической кинетике. Изменение температуры на эту величину приводит к изменению скорости реакции в “e” раз.

Предельное значение скорости распространения пламени U_ПРЕД определяется соотношением:

(7.7)