Fbp+О'к
Сущность процесса зажигания заключается в нагревании высокотемпературным источником только очень маленькой части объема холодной горючей смеси, буквально в одной ее точке. Основная часть смеси при этом остается в холодном состоянии.
Вопрос 1. Основные понятия и механизм зажигания
Лекция 8. Зажигание нагретой поверхностью Вопросы
Тема 5. ВЫНУЖДЕННОЕ ВОСПЛАМЕНЕНИЕ (ЗАЖИГАНИЕ) ПАРОГАЗОВЫХ ГОРЮЧИХ СИСТЕМ
1. Основные понятия и механизм зажигания.
2. Элементы тепловой теории зажигания.
3. Особенности зажигания газопаровоздушных смесей нагретой поверхностью.
Зажигание - это процесс инициирования начального очага горения в горючей смеси. Зажигание горючих газовых смесей может происходить при контакте их с накаленными поверхностями, при появлении внутри смесей искр различного происхождения или пламени.
Пусть имеется некая система с газовой смесью (рис.1). Температура газа во всем его объеме одинаковая и равна Т, поэтому конвекция, т.е. перемешивание газа, отсутствует. Поместим в эту систему накаленное тело (источник зажигания ИЗ) с бесконечно малой поверхностью и температурой стенки Тст выше температуры газа Т0.
* ' . . _
7~ L—--------------------- 1—F
• - ; -
. ■ ■ dx • * ' •
Рис.1. Схема тепловых потоков в системе «газ - источник зажигания»
В этом случае газ начнет нагреваться, и возникнет тепловой поток q от поверхности тела к периферии смеси. Передача теплоты будет осуществляться теплопроводностью. В газовой смеси возникнет температурное поле, градиент которого будет направлен в сторону теплового потока от источника зажигания. Распределение температуры по объему газовой смеси будет зависеть от Тст нагретого тела и от того, какая смесь находится в системе: горючая или негорючая (рис. 2).
Рис.2. Критические условия зажигания горючей смеси
|
Графически зависимость распределения температуры по негорючему газу будет представлять собой прямую линию, поскольку из закона Фурье следует, что
TTdT ~То
|
| (1) |
z dx х
и для температуры газа Т]СТ получаем прямую линию (рис.2):
Т = Тст-qx/A,,
| (2) |
где q - тепловой поток, Вт/м2;
X - коэффициент теплопроводности, Вт/м2-К;
х - расстояние от поверхности источника зажигания, м. Если же в системе находится горючая смесь, то характер зависимости изменится за счет выделения теплоты окислительно-восстановительных реакций. Они будут протекать только в очень узком, приповерхностном слое 8 горючей смеси. Далее теплота будет отводиться из этого слоя в объем холодной горючей смеси. Если поднять температуру стенки выше Ть то в этом случае в негорючем газе будет увеличиваться только наклон температурной прямой. В среде же горючей смеси скорость реакции окисления будет, естественно, увеличиваться с повышением температуры, а значит, больше будет и тепловыделение. И может найтись такая температура стенки Т2ст , при которой в приповерхностном слое температура горючей смеси понижаться не будет, и кривая температуры на этом участке пойдет параллельно оси абсцисс. То есть в этом слое установится равенство, баланс теплоотвода и тепловыделения. Малейшее увеличение температуры выше Т2ст приведет к тому, что скорость реакции в пограничном слое начнет прогрессивно возрастать, как при самовоспламенении. Смесь воспламенится. Температуру стенки Т2ст называют критической или температурой зажигания Тз. Она аналогична по смыслу, но не равна по величине температуре самовоспламенения горючей смеси.