Вопрос 1. Общие закономерности кинетического режима горения.

Если с помощью оптического прибора рассмотреть кинетическое пламя в неподвижной горючей смеси, то можно увидеть следующую картину (рис. 6.1).

Справа находятся нагретые до высокой температуры Т_пг продукты горения, слева - холодная с температурой Т₀ исходная горючая смесь, а между ними - ярко светящаяся полоска - фронт пламени с толщиной 5. Горючий компонент во фронте пламени сгорает, и в продуктах горения его концентрация практически равна нулю. Естественно, температура продуктов горения Т_пг= Т_г» Т₀ - температуры исходной смеси. Поскольку теплота распространяется от горячего к холодному, в сторону исходной смеси будет идти тепловой поток q, нагревая прилегающий к ней слой, так называемую зону подогрева. Передача теплоты от нее осуществляется теплопроводностью. Смесь в этом слое воспламенится при достижении температуры самовоспламенения. Зона горения переместится туда, затем в следующий слой, следующий и т.д. Фронт пламени будет непрерывно перемещаться до самой границы горючей смеси. Такое распространение пламени называют нормальным или дефлаграционным горением .

Рис. 6.1. Схема фронта (а) и изменение температуры и концентрации

Толщина фронта пламени, как правило, не превышает десятых долей миллиметра.

горючего (б) в кинетическом пламени Поэтому его обычно принимают за поверхность, отделяющую исходную смесь от продуктов горения. Как показали исследования, своим свечением фронт пламени обязан многоатомным радикалам :С=С:, :СН-, -НСО и др. Есть в пламени и ионы, концентрация которых достигает 1016- 1017м~3. Возникновение ионов в пламени имеет химическую и термическую природу. Нормальная скорость распространения пламени и„ - 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.

Нормальное или дефлаграциоиное горение - это распространение пламени по однородной горючей среде, при котором фронт пламени движется вследствие ее послойного разогрева по механизму теплопроводности от продуктов горения.

(химическая реакция). В зависимости от соотношения скоростей этих двух этапов выделяют диффузионный и кинетический режимы горения.

Кинетическое горение - процесс, при котором общая скорость горения и все его характеристики определяются только скоростью химического взаимодействия молекул окислителя и горючего вещества.

Диффузионное горение - процесс, при котором общая скорость горения и все его характеристики определяются только скоростью диффузии молекул. На практике реализуются случаи, когда скорости двух вышеупомянутых процессов соизмеримы. Тогда говорят о смешанном или промежуточном режиме горения.

По газодинамическим параметрам, в зависимости от характера течения газового потока, различают ламинарное и турбулентное горение.

Ламинарное (от лат. lamina - слой, пластина) горение - процесс, при котором массообмен и перенос происходят путем молекулярной диффузии. При этом наблюдается спокойное, безвихревое пламя устойчивой геометрической формы.

Турбулентное (от лат. turbulenze - вихрь) горение - процесс, при котором массообмен и перенос осуществляются не только за счет молекулярной, но и турбулентной диффузии, в результате макроскопического вихревого движения газовых слоев горючей смеси. Пламя при этом неустойчиво, постоянно меняет свою форму.

Газодинамический режим горения зависит от линейной скорости горючего вещества или смеси и характеризуется критерием Рейнольдса (мера отношения сил инерции и внутреннего трения в потоке):