Free Student HQ / FSHQ / "Штаб-Квартира свободного Студента"

Концентрационные пределы распространения пламени

Несмотря на многолетний интерес многих специалистов к проблеме понимания сущности КПР, до недавнего времени не было окончательной ясности в этой проблеме. Это связано с недостаточной изученностью влияния на распространение пламени в медленногорящих околопредельных смесях свободной конвекции и избирательной диффузии недостающего компонента.

Еще в 40-х годах Я.Б. Зельдович обратил внимание на различие в КПР, определяемых в трубах, при зажигании снизу и сверху (разность концентраций между этими пределами была нами названа переходной областью). В частности, он отмечал, что лишь при зажигании сверху предел получается неискаженным. Различие в пределах при зажигании снизу и сверху Я.Б. Зельдович объяснил соотношением между коэффициентами диффузии D и температуропроводности а: при D/a > 1 температура горения превышает термодинамическую за счет обогащения зоны реакции недостающим компонентом, что ведет к увеличению z = (предел сверху/предел снизу) и появлению переходной области; при D/a < 1 процессы доставки недостающего компонента и теплоотвода равновелики и величина z = 1, т.е. переходная область отсутствует.

Анализ многочисленных данных о пределах, определявшихся в трубах, показывает, что при горении углеродсодержащих веществ переходная область свойственна богатым смесям (с недостатком окислителя), а при горении не содержащих углерод веществ (водород, аммиак и др.) - бедным (с недостатком горючего) смесям.

Одновременно с избирательной диффузией на распространение пламени влияет конвективное всплытие пламенного очага, обусловленное разностью температур продуктов горения внутри пламенного очага и свежей смеси. Этот эффект также ведет к появлению переходной области.

До недавнего времени влияние этого эффекта считалось незначительным.

В работах исследовалось горение околопредельных бедных смесей водорода и богатых смесей бутана с воздухом в сферической камере 25 м3. Было установлено, что в смесях, относящихся к переходной области, степень выгорания и развиваемое при сгорании этих смесей давление незначительны. И только при концентрациях, соответствующих пределам при распространении пламени вниз, достигалось давление, близкое к термодинамическому. Подобные результаты были получены в работе, в которой было показано, что степень выгорания точно соответствует расстоянию распространения пламени вниз. Авторы этой работы связали специфику горения околопредельных смесей с соотношением скоростей конвекции и распространения пламени, исходя из гасящего действия естественной конвекции, сопровождающей развитие пламенной сферы (называемой термиком) в свободном пространстве.

В работе было показано, что в трубах после затухания пламени продолжается подъем пузыря горячих продуктов горения. При этом был установлен парадоксальный и противоречащий общепринятым представлениям факт: с увеличением диаметра трубы пределы воспламенения сужаются.

Скорость конвективного пузыря по Лези с увеличением диаметра цилиндрического сосуда возрастает по закону
Wk = 0,328√g * d,
где g - ускорение силы тяжести; d - диаметр трубы.

Этот результат был подтвержден в нашей работе, в которой наряду с определением пределов воспламенения в трубах различного диаметра (рис. 1) измерялись предельные температуры горения.

На рис. 1. видно, что для смесей, относящихся к переходной области, область воспламенения с увеличением диаметра трубы сужается, что, очевидно, связано с уменьшением тормозящего действия стенок трубы на скорость конвективного подъема термика.

В случае же богатых смесей аммиака и бедных пропана, для которых переходная область не характерна, влияние диаметра трубы на предел воспламенения удовлетворительно согласуется с существующими представлениями, основанными на теплоотдаче от пламени в стенки трубы и заключающимися в расширении пределов с увеличением диаметра трубы.

Важно отметить, что расширение области воспламенения со стороны таких смесей наблюдается при увеличении диаметра трубы выше 5 см (значения, предусмотренного стандартом).

Таблица 1.5

Как следует из данных табл. 1.5, разность между рассчитанной термодинамической и измеренной температурами пламени для этих смесей при увеличении диаметра трубы уменьшалась, что связано со снижением теплопотерь в стенки, а для смесей переходной области эта разность оставалась постоянной. Эти результаты еще раз подтверждают вывод о том, что конвекция оказывает гасящее действие на пламя, препятствуя его распространению во все стороны. Естественно, гасящее действие конвекции становится ощутимым при соизмеримых скоростях пламени и конвекции, что достигается при распространении пламени в медленногорящих околопредельных смесях. Возникает вопрос: какие же смеси принимать за предельные и как их определять? Если исходить из феноменологических представлений, то за предельные следует принимать смеси, в которых пламя еще способно распространяться по всей смеси неограниченно.

В сосудах и больших камерах с примерно равновеликими размерами (что в наибольшей степени соответствует реальным условиям) медленногорящее пламя распространяется по характерной трехстадийной схеме - всплывание первоначального термика к потолку камеры, растекание пламени под потолком и распространение пламени вниз по всему сечению камеры после отражения от потолка.

Такая схема при горении смеси, состоящей из 21,1% (об.) аммиака и 78,9% (об.) воздуха, в кубической камере объемом 8 м3 показана на рис. 2. При этом было установлено, что в зависимости от состава смеси, места расположения источника зажигания и других факторов пламя может погаснуть на любой из этих стадий. В частности, на рис. 3 показано гашение всплывающего термика, содержащего 15,8% (об.) аммиака в воздухе.

вся статья целиком

Друзья! FSHQ довольно молодой ресурс, мы группа создателей сайта имеем общее увлечение всей нашей жизни в лице этого проекта, мы пытаемся нести пользу людям. Мы не хотим, и не будем заваливать весь проект огромным количеством рекламы для того чтобы была финансовая возможность строить этот ресурс, потому мы решили обратиться к нашим читателям с просьбой поддержать наш проект, всего 5 рублей, большего не просим. Надеемся, что данная сумма не станет большой потерей для бюджета наших посетителей, эта помощь будет просто неоценима, для проекта это жизнь, а вместе с ним живем и работаем мы. Это очень важно для нас. Спасибо! VISA - 4276020013209090; WebMoney - R256677704329; Z164891118384;

 

Сайт создан в 2012 г. © Все права на материалы сайта принадлежат его автору!
Копирование любых материалов сайта возможно только с разрешения автора и при указании ссылки на первоисточник.
Яндекс.Метрика