Диффузионное и кинетическое горение

Схема разбора:

1. Определить части ССЦ (зачин, середина, концовка);

2. Определить микротему ССЦ;

3. Указать связь между предложениями в ССЦ (цепная или параллельная);

4. Указать средства связи (лексические, морфологические и синтаксические);

5. Назвать количество предложений в ССЦ и охарактеризовать каждое из предложений.

зачин

Зимой в Вильно гремели балы. Паркеты дрожали от танцев, сияли под потолками тяжёлые люстры, звенели шпоры. Ветер от шёлковых шлейфов холодил ноги старикам, глядевшим на танцы из кресел. Крепостные музыканты надрывались на хорах, выдувая из флейт кларнетов бешеные темпы мазурки.

(К. Паустовский)

Образец разбора:

Данный текст представляет собой ССЦ. Зачин представлен первым предложением. Основная часть – описание балов. Концовка – последнее предложение. Микротема – «Балы». Связь между предложениями в ССЦ – параллельная: каждое предложение соотносится с другими как целое с целым. Связь между предложениями в составе ССЦ приближается к сочинительной. Лексическим средством связи является употребление слов (бал, танцы, музыканты, хоры, флейты, кларнеты, мазурка), раскрывающих микротему ССЦ.

…

Диффузионное и кинетическое горение

Цели и задачи занятия

Учебные.

В рамках формирования компетенции – знание основных закономерностей процессов возникновения горения и взрыва, распространения и прекращения горения на пожарах; особенностей динамики пожаров; механизмов действия, номенклатуры и способов применения огнетушащих составов, экологических характеристик горючих материалов и огнетушащих составов на разных стадиях развития пожара (ПСК-8):

1. Сформировать теоретические знания о фронте пламени и механизме его распространения по газо-воздушной смеси, поверхности жидкости и твердого вещества.

2. Изучить особенности кинетического и диффузионного режимов горения газов, жидкостей, твердых веществ и материалов.

3. Уяснить понятия нормальной, видимой и массовой скорости распространения фронта пламени, изучить их взаимосвязь и зависимость от различных факторов.

Развивающие. Стимулировать активную познавательную деятельность обучающихся, научить их формулировать ответы.

II. План проведения и расчет учебного времени

III. Литература

основная

1. Корольченко А.Я. Процессы горения и взрыва. – М.: Пожнаука, 2007. – 266 с., ил.

дополнительная

2. Корольченко А.Я., Корольченко Д.А. Пожаровзрывоопасность веществ и материалов и средства их тушения. Справочник: в 2-х ч. – 2-е изд., перераб. и доп. – М.: Асс. «Пожнаука», 2004.

IV. Учебно-материальное обеспечение

1. Технические средства обучения: мультимедийный проектор, компьютерная техника, презентация.

Лекция проводится в интерактивной форме - лекция с заранее запланированными ошибками.

Этот способ чтения лекции способствует активизации познавательной деятельности обучающихся на занятиях, позволяет повысить контролирующую функцию лекционных занятий.

Преподаватель во вступительной части объявляет тему занятия и сообщает о наличии ошибок в излагаемом материале (число ошибок не называется).

Ошибки следующих видов: логические, в определениях понятий, категорий и т. д. В тексте лекции ошибки подчеркнуты, а правильные формулировки даны в скобках рядом. Преподаватель заносит ошибки на отдельный лист, который запечатывает до начала лекции в конверт. При этом он объявляет обучающимся, что после окончания лекции у них будет возможность сравнить свои результаты с запланированными ошибками, отраженными на листе.

Обучающиеся по ходу проведения лекции должны будут выявить все запланированные ошибки и отметить их в конспекте. За 15 минут до окончания лекции осуществляется педагогическая диагностика выявленных курсантами и студентами ошибок с подробным их анализом и обоснованием.

В конце лекции уточняется правильное понимание материала, причем правильные ответы рекомендуется подчеркивать или обводить.

Механизм распространения пламени в горючих газовоздушных смесях. Структура фронта пламени.

Одним из фундаментальных свойств пламени, впервые установленным В.А. Михельсоном, является его способность к самопроизвольному распространению. Возникнув в результате воздействия источника зажигания, пламя в дальнейшем самостоятельно перемещается по горючей смеси с некоторой скоростью.

Так как пожар – это, прежде всего, система с распространяющимся горением, основные количественные параметры, характеризующие этот процесс - скорость распространения пламени и скорость выгорания в основном и определяют изменение площади и температурного режима пожара во времени. Поэтому знание законов распространения горения позволяет в принципе определять и прогнозировать динамику развития пожара, т.е. направление и скорость горения (развитие пожара).

Поджигание горючей среды. Рассмотрим явления, происходящие при поджигании холодной горючей смеси локальным тепловым импульсом (например, электрической искрой, небольшим открытым пламенем, накаленным телом и т.д.).

Объем газо-воздушной смеси, прилегающий непосредственно к источнику зажигания, быстро разогревается. Разогрев приводит к быстрому протеканию реакции окисления горючего газа кислородом воздуха. В результате реакции окисления выделяется тепло. Оно посредством теплопроводности передается соседнему слою газа, в котором также начинается интенсивная реакция окисления. Сгорание этого слоя влечет за собой поджигание следующего слоя и т.д. до сгорания горючей среды во всем заполненном ею пространстве.

При поджигании происходит послойное сгорание: зона горения перемещается в пространстве, и пламя распространяется. Скорость этого перемещения определяет интенсивность процесса горения и является его важнейшей характеристикой.

Фронт пламени и его перемещение. Для понимания механизма распространения пламени по смеси газообразного горючего и окислителя приведем следующую принципиальную схему, показанную на рис. 1.

При распространении горения по некоторой системе исходную смесь 1 от продуктов горения 3 отделяет узкая светящаяся зона 2, называемая фронтом пламени. Ширина фронта пламени составляет порядка 10^{-2 см. Однако, в этом тонком слое успевают протекать процессы реакции; выделяемое тепло в этом слое будет расходоваться на подогрев до высокой температуры свежего холодного газа, находящегося перед фронтом; вследствие же того, что по одну сторону этого слоя газ состоит из продуктов реакции, а по другую из исходных веществ, в этом же слое будут идти энергичные процессы диффузии.}

Фронт пламени – это узкая зона, в которой происходит подогрев горючей среды и протекает химическая реакция.

Фронт пламени имеет вид сферы. Толщина фронта пламени, по вычислениям Я. Б. Зельдовича, равна 1 – 100 мкм, поэтому условно фронт пламени считают поверхностью, разделяющей горючую среду и нагретые продукты реакции. В этой зоне в виде теплоты сгорания выделяется вся потенциальная энергия топлива, и температура повышается до максимального значения – температуры горения (Рис. 2).

Рис. 1. Схема распространения пламени по предварительно перемешанной гомогенной смеси. 1 – исходная горючая смесь; 2 – фронт пламени ( ф.п - толщина фронта пламени); 3 – продукты горения.	Рис. 2. Изменение температуры и концентрации исходных компонентов во фронте пламени.

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 горения. Во фронте пламени в результате химической реакции горения концентрация исходных компонентов резко снижается до нуля, а температура достигает максимального значения. Вследствие молекулярной теплопроводности температура перед зоной химической реакции монотонно повышается от начальной температуры горючей смеси до температуры, близкой к температуре горения, образуя зону физического прогрева.

Т.к. слой, в котором протекает горение, очень тонок то движение газа или искусственное завихрение будут лишь искривлять поверхность фронта, увеличивая его площадь, но не будут нарушать саму структуру слоя (например, его толщину) и процессы, в нем протекающие (например, не будут осложнять процессов диффузии и теплопроводности). Следовательно, на единице поверхности фронта пламени данной смеси будет всегда ежесекундно сгорать одно и то же количество горючего Общее же количество горючего, сгорающего ежесекундно во всем фронте, будет пропорционально общей площади фронта пламени (S) и равно v_м ∙ S. Таким образом, мы получаем постоянную для каждой смеси величину – массовую скорость сгорания (v_м), равную количеству граммов смеси, сгорающей ежесекундно на единице площади фронта пламени.

Вывод: Рассмотрен механизм распространения пламени в горючих газовоздушных смесях. Изучена структура фронта пламени.

Виды пламени и скорости его распространения.

Если поджечь искрой или накаленным телом в какой-либо точке горючую смесь, то процесс сгорания распространяется по всей массе газа. Так происходит и при взрывах метана в угольных шахтах и в бензиновом двигателе внутреннего сгорания. Если наблюдать это явление в стеклянной трубе, заполненной горючей смесью и подожженной искрой с одного конца, то можно легко видеть, как вдоль трубы распространяется узкий фронт пламени, отделяя уже сгоревший газ (позади фронта) от свежего, несгоревшего еще газа (впереди). В этих случаях пламя движется по первоначально неподвижному газу. В данном случае пламя будет движущимся стационарным (нестационарным)

Во многих случаях, наоборот, процесс сгорания осуществляется в потоке горючего газа, движущегося навстречу источнику зажигания. В этом случае получают неподвижное нестационарное (стационарное) пламя. Например, в бунзеновских горелках, воздушно-реактивных двигателях и пр.

Рис. 3. Схема распространения пламени по гомогенной горючей среде.

Стационарное пламя можно наблюдать на бунзеновской горелке, где пространственное расположение пламени фиксировано на выходном конце трубы и имеет форму близкую к конической (бунзеновский конус). В этом случае устанавливается динамическое равновесие между вытекающим из сопла горелки потоком свежей горючей смеси и встречным перемещением фронта пламени (Рис. 3б).

Нестационарное сферическое пламя образуется при распространении фронта пламени по однородной среде от точечного источника зажигания в большом объеме невозмущенной горючей смеси. В этом случае фронт пламени представляет собой сферическую поверхность, диаметр которой возрастает пропорционально скорости и времени горения, если все направления для перемещения зоны горения равнозначны.

Нестационарное пламя с плоским или искривленным фронтом пламени можно наблюдать в трубке Коварда-Джонсона, представляющей собой вертикально расположенный сосуд, заполненный горючей смесью (Рис. 3а).

Если представить, что пламя распространяется по неподвижной газовой смеси в стеклянной трубке Коварда-Джонса, а его фронт имеет форму, показанную на рис. 3, то наблюдаемой или видимой скоростью является скорость перемещения фронта пламени относительно стенок трубы.

где

u_в – видимая скорость перемещения пламени, м/с;

L - расстояние, пройденное фронтом пламени, м;

t - время, с.

Если горючую смесь направить навстречу пламени снизу вверх со скоростью u_см u_в, то можно получить неподвижный стационарный фронт пламени, то есть в этом случае скорость распространения пламени, согласно определению, будет равна скорости истечения свежей смеси.

u_в = u_см = V_см/S

где

u_см – скорость истечения горючей газовой смеси, м/с;

V_см - расход свежей смеси, м³/с;

S - площадь поперечного сечения трубы, м².

Под нормальной скоростью понимают скорость распространения фронта пламени относительно свежей смеси в направлении по нормали к его поверхности (Рис. 3а).

u_н = dn/dt,

где

u_н – нормальная скорость распространения пламени, м/с;

n - расстояние, пройденное фронтом пламени (м) по нормали к поверхности фронта за время t, с.

В случае стационарного пламени, когда его фронт неподвижен.

u_н = V_см/F,

где

V_см - расход свежей смеси, м³/с;

F – поверхность фронта пламени, м².

Из этого следует, что

u_н = u_в^.S/F,

т.е. нормальная скорость во столько раз меньше видимой, во сколько поверхность фронта пламени больше площади поперечного сечения трубы.

Если угол между векторами видимой и нормальной скорости обозначить через , тогда

u_н = u_в ^. соs

Приведенное уравнение называют законом косинуса.

Существуют также массовая скорость распространения пламени (массовая скорость горения). Она показывает массу вещества, сгорающую в единицу времени с единицы поверхности фронта пламени:

u_М = u_н ^.r_о, кг/ (м² с)

где

u_М - массовая скорость выгорания;

u_н – нормальная скорость распространения пламени, м/с;

r_о - плотность исходной горючей смеси, кг/м³.

Нормальная скорость распространения пламени сравнительно невелика - не более десятков метров в секунду.

Факторы, влияющие на скорость горения.

1. Концентрация горючего и окислителя.

При концентрации, близкой к НКПР скорость горения обычно составляет несколько сантиметров в секунду. При увеличении концентрации скорость горения возрастает. Максимальная скорость наблюдается не при стехиометрических концентраций, а в смеси с избытком горючего (при этом скорость составляет 0,2 - 10 м/с). Дальнейшее увеличение концентрации приводит к уменьшению скорости горения.

2. Примеси инертных газов.

При введении в горючую смесь инертных газов скорость распространения пламени снижается. Это объясняется снижением температуры горения смеси, так как часть тепла расходуется на нагрев не участвующих в реакции горения инертных примесей. Кроме того, чем больше теплоемкость инертного газа, тем больше он снижает температуру горения и тем сильнее уменьшает скорость распространения пламени.

3. Температура смеси.

С увеличением начальной температуры смеси нормальная скорость горения возрастает. Установлено, что скорость распространения пламени пропорциональна квадрату начальной температуры смеси.

Вывод по 2 вопросу: Дано определение нормальной скорости распространения пламени, и рассмотрены факторы на неё влияющие. Изучены методы определения скорости распространения пламени.

Дата добавления: 2014-07-30; просмотров: 1019; Нарушение авторских прав

Мы поможем в написании ваших работ!