Структура и параметры диффузионного пламени, его зависимость от различных факторов

На пожаре в основном встречается диффузионное горение, когда скорость лимитируется скоростью образования горючей смеси, т. е. смешением горючего с окислителем (кислородом воздуха) за счет диффузии.

Типичное диффузионное пламя образуется при сгорании горючего газа, вытекающего из трубки в атмосферу воздуха. Когда скорость струи невелика, граница пламени устойчивая, пламя на вид «гладкое», горение протекает спокойно.

Хотя в большинстве случаев на практике приходится иметь дело с диффузионными турбулентными пламенами, большая часть научных работ посвящена исследованию ламинарных диффузионных пламен, более доступных для лабораторных исследований и теоретического анализа.

Структура диффузионного пламени.

Рис 4. Схема горения газовой струи (неправильная). Выносится на слайд.

Рис 4^*. Схема горения газовой струи (правильная). Запечатывается в конверт.

Согласно общепринятым представлениям, при горении горючего газа, вытекающего в атмосферу, кислород воздуха диффундирует через слои продуктов горения, поступает к зоне горения, где вступает в химическую реакцию окисления с горючим.

Вследствие диффузии окислителя из окружающей среды концентрация горючего на некотором расстоянии от среза горелки х_В снизится с 100% до нижнего (верхнего) концентрационного предела распространения пламени j_В и с этого момента станет возможным протеканием химической реакции (Рис. 4). Из-за большого избытка горючего в этой области образуются в основном продукты полного (неполного) окисления (СО, СН₄, углерод и т. п.). Образование в этой области углерода обусловливает ярко-желтое свечение диффузионного пламени. По мере расходования горючего и повышения концентрации окислителя на расстоянии х_Н концентрация горючего снизится до верхнего (нижнего) КПР (j_Н) и химическая реакция завершится. В интервале от верхнего до нижнего КПР (j_В - j_Н) концентрация горючего в зоне реакции проходит через стехиометрический состав j_СТ, при котором скорость химической реакции окисления максимальная (Рис. 4). Экспериментальные данные показывают, что за счёт определяющего влияния диффузии на процесс горения ширина зоны реакции в диффузионных пламенах значительно больше, чем в кинетических, и составляет от нескольких мм до см. Соответственно, уменьшается скорость выделения тепла в единице объема зоны реакции. Так, для диффузионного пламени СН₄ - О₂ расход кислорода составляет 60 моль/(м^3. с), а скорость тепловыделения - 41,8×10³ кДж/(м³ • с); а в случае горения смеси в кинетическом режиме расход кислорода составляет 4×10⁶ моль/(м^3.с), а скорость тепловыделения 16,7×10⁸ кДж/(м^3.с). Таким образом, теплонапряжённость (скорость тепловыделения) единицы объёма зоны химической реакции кинетического пламени в » 4×10⁴ раза выше, чем диффузионного.

Высота диффузионного пламени

Рис. 5. Изменение высоты пламени в зависимости от скорости истечения газа

из горелки постоянного диаметра.

1-ламинарный режим горения; 2-переходный режим горения; 3-турбулентный режим.

С увеличением скорости истечения горючего газа высота пламени пропорционально возрастает (Рис. 5). Такое горение является ламинарным. Для диффузионных пламен в настоящее время ограничиваются определением лишь высоты факела пламени.

Н_ПЛ = V∙ r²/D, м

где

Н _пл - высота пламени, м;

V - скорость истечения газа, м/с;

r - радиус струи горючего газа (горелки), м;

D - коэффициент диффузии окислителя в продуктах реакции, м²/с.

При постоянном расходе газа высота диффузионного пламени не зависит от размеров (диаметра) горелки. Экспериментальные данные Вооля подтверждают этот вывод: при изменении расхода от 1 до 100 см³/с в горелках диаметром от 4 до 10 мм высота пламени остается неизменной.

При всех прочих равных условиях высота пламени обратно пропорциональна коэффициентам диффузии. Установлено, что отношение высоты пламени горения водорода в воздухе и СО в воздухе равно 2.5. Однако соотношение коэффициентов диффузии водорода и окиси углерода равно 4. Таким образом, имеется некоторое несоответствие теории данным эксперимента. Однако это может иметь место вследствие того, что в данном расчете коэффициенты диффузии взяты для температуры 273 К. Фактически же диффузионные процессы протекают в основном при температурах, близких к температурам горения.

Вывод по вопросу: изучена структура диффузионного пламени.

Вывод по лекции: в условиях пожара наиболее распространен механизм диффузионного горения газов, жидкостей и твердых веществ. Поэтому знание условий его возникновения и развития необходимо для успешной борьбы с пожарами, а также для их предотвращения. Возникнув в результате воздействия источника зажигания, пламя в дальнейшем самостоятельно перемещается по горючей смеси с некоторой скоростью. Выделяют видимую, нормальную и массовую скорости распространения пламени. Знание скоростей распространения пламени в газовых смесях позволяет определять взрывобезопасные скорости газо-воздушных потоков в трубопроводах, по которым транспортируются газо- и пылевоздушные смеси.

Дата добавления: 2014-07-30; просмотров: 1487; Нарушение авторских прав

Мы поможем в написании ваших работ!