Тема 5. 4. Скорость горения жидкостей. Учебные
tema__5.4.ppt
- Размер: 190.5 Кб
- Автор:
- Количество слайдов: 23
Описание презентации Тема 5. 4. Скорость горения жидкостей. Учебные по слайдам
Тема 5. 4. Скорость горения жидкостей. Учебные вопросы: 1. Скорость горения жидкостей. 2. Выгорание жидкостей со свободной поверхности. 3. Химический недожог.
Чтобы жидкое горючее загорелось необходимым условием является образованиегорючейпаровоздушной смесиоколоегоповерхности. Если в этом случае к поверхности жидкости поднести нагретый источ ник, то произойдет воспламенение паровоздушной смеси, содержащей пары горючей жидкости и воздух как окислитель.
Горениежидкогогорючего : • соднойстороны , есть горение его паров, т. е. в своей основе гомогенный химический процесс, • сдругойстороны , его скорость определяется скоростью испарения, которая зависит от скорости (количества) подводимого к жидкости тепла от горящего факела, т. е. от чисто физического процесса теплообмена.
Для жидкостей различают массовую G и линейную скорость горения V. • Под массовой скоростью понимается масса жидкости в кг, выго рающая в единицу времени (ч, мин) с единицы поверхности: , кг/мин 1000 V G
Линейная скорость характеризуется высотой слоя жидкости (мм, см), выгорающей в единицу времени: , мм/мин где h – высота слоя сгоревшей жидкости. Обе скорости взаимосвязаны. h V
Линейная скорость горения некоторых жидкостей : • керосин — 0, 93 мм/мин; • ацетон — 1, 40 мм/мин; • автобензин — 1, 75 мм/мин; • авиабензин — 2, 10 мм/мин; • толуол — 2, 68 мм/мин; • бензол — 3, 15 мм/мин.
Скорость горения жидкостей непостоянна и изменяется в зависимости от начальной температуры, диаметра резервуара, скорости ветра и других факторов. Сильный ветер способствует смешиванию паров с воздухом, повышению температуры пламени, в результате чего интенсивность го рения увеличивается.
Пригорениисосвободнойповерхности над зеркалом жидкости возникает язык факела пламени, а уровень жидкости начинает опус каться. • Общая схема горения с открытой поверх ности жидкости зона догорания поверхность воспламенения пары топлива конвективные токи зона подогрева жидкость
• Сгорание в факеле происходит за счет диффузного смешивания паров и воздуха, причем значительную роль, в этом случае, игра ет конвективное движение, аналогичное присосу воздуха при обыч ном факельном горении. • Подводтеплакжидкости , как это уже было показано выше, осуществляется , главным образом, засчетизлученияот факела.
Интенсивностьизлучениязоныгорения на зерка ло жидкости не зависит от его формы и величины, а определяетсятолько физико-химическимисвойствамигорючего и является опреде ленной константой горючей жидкости.
Уравнение теплового баланса на 1 кг зеркала испарения выглядит следующим образом: • — количество тепла, излучаемое факелом на зеркало жидкости, к. Вт/м 2 ; • W Г — скорость горения, отнесенная к единице поверхности испарения, кг/м 2 ·с; • С СР — средняя теплоемкость жидкости, к. Дж/кг· К; • t K — температура кипения жидкости, К; • t 0 — начальная температура жидкости, К; • λ П — теплота парообразования, к. Дж/кг. ПКСРГЛtt. СWg)(0 Лg
• Доля тепла, теряемого пламенем жидкости через излучение, по отношению к количеству тепла, выделяемого в пламени в результате химической реакции, можно проиллюстрировать на примере горения бензина: V= 6, 67· 10 -5 м/с (~ 4 мм/мин); Т ≈ 1400 К составляет 40 %. • Таким образом, пригорениибензинана излучениерасходуетсядополовины тепла, выделяемоговходехимической реакциигорения.
• Глубина проникновения тепловой волны вглубь жидкости огра ничивается величиной 30 — 40 мм. • Неизменность размера зоны прогре ва означает, что после того, как эта зона сформировалась, все подводимое тепло идет на испарение жидкости с поверхности, т. е. весь процесс полностью регулируется процессом испарения.
Рассматривая общую схему горения с открытой поверх ности жидкости, можно отметить следующее. • Устойчивоегорениепротекаетна поверхности, гдепаровоздушнаясмесь имеетстехиометрическийсостав. Химическая реакция, в этом случае, протекает в очень тонком слое фронта факела, не превышающего нескольких долей миллиметра.
• Объем , занимаемый факелом, зоной горенияделитсянадвечасти : внутри факела находятся пары горючей жидкости и продукты сгорания, а внезоны — смесь продуктов горения с воздухом. • Горениевосходящихвнутрьфакелапаров можно представить состоящимиздвух стадий : • диффузный подвод кислорода к зоне горения; • химическая реакция протекающая во фронте пламе ни.
• Скоростьэтихстадийнеодинакова : химическая реакция при высоких температурах протекает очень быстро, тогда как диффуз ный подвод кислорода является медленным процессом, ограничивающим общую скорость горения. • Следовательно горение про текает в диффузной области, а скорость горения определяется скоростью диффузии кислорода в зону горения.
• Данные о скорости горения, отнесенные к фронту пламени (к боковой поверхности факела), показывают, что массовая скоростьгорения для одного и того же горючего независитотвеличиныи формызеркалаиспарения , как об этом уже упомина лось, иявляетсяпостоянной величиной.
Для различных горючих жидкостей с увеличениемтеплотысгорания: • массовая скорость горения уменьшается; • скорость вы деления тепла, отнесенная к единице фронта пламени, т. е. теплонапряжение зоны горения, остается примерно одинаковой. Следовательно, теплонапряжение боковой поверхности факе ла, устанавливающегося над свободной поверхностью жидкого го рючего, практически не зависит от диаметра и рода горючего.
Форма и размеры пламени Форма и размеры факела пламени горящих жидкостей существенноменяютсяпри изменениидиаметра. • При малых диаметрах пламяимеетрезко очерченнуюконическуюформу , не меняющуюся со временем. • При увеличении диаметра пламя, оставаясь коническим, начинаетсовершать продольныепульсации, ивысотаего периодическименяется.
• Высота пламени растет с увеличением диаметра d , а относитель ная высота сначала быстро убывает, а в области больших значений d почти не меняется при увеличении диаметра, т. е. H/d ~ const. • При малых диаметрах пламяносит ламинарныйхарактер , при больших диаметрах — турбулентный.
Химический недожог. Специфической особенностью горения жидких горючих со сво бодной поверхности является большой химический недожог, как следствие значительного содержания в этих горючих (особенно углеводородах) углерода. Общую схему химического недожога можно представить в сле дующем виде: пары углеводородного горючего при движении внутри конусообразного факела до фронта пламени находятся в области высоких температур и в отсутствии кислорода подвергаются термическому разложению.
Свечениепламени , в этом случае, будет обусловленоналичием в нем частицсвободного углерода , которые сильно нагреты. Часть свободного углерода не успевает сгореть и в виде сажи уносится с продуктами сгорания, образуя коптящий факел. Процент недожога для некоторых горючих жидкостей : • спирт — 5, 3 %; • бензин — 12, 7 %; • керосин — 17, 7 %; • бензол — 18, 5 %.
Наличие углерода приводит к образованию СО : Высокая температура и пониженное парциальное давление СО и СО 2 в продуктах сгорания способствуют образованию СО. Присутствующие в продуктах сгорания углерод и СО обуславливают величину химического недожога. Чем больше содержание углерода в жидком горючем и чем меньше оно насыщено водородом, тем больше образование чистого углерода, ярче факел и больше химический недожог. COCO