Краткая характеристика пламен

ЗАКОНОМЕРНОСТИ ГОРЕНИЯ ЖИДКИХ ТОПЛИВ

Понятие топливо обьединяет вещества, выделяющие в результате тех или иных преобразований энергию, которая может быть технически использована. В настоящее время известно 2 группы топлив :ядерное топливо, выделяющее энергию в результате ядерных преобразований и органическое топливо., которое выделяет энергию при окислении горючих элементов, входящих в это топливо

Топливо представляет вещество, умышленно сжигаемое для получения теплоты. Основным способом высвобождения химической энергии топлива является его сжигание, т.е осуществления в камере сгорания процесса горения,. представляющего комплекс быстро протекающих химических реакций сопровождающихся выделением теплоты.

Топливо состоит из горючей и негорючей части

Теплота сгорания

Горение химический процесс соединения вещества и окислителя. Горение представляет окисление топлива кислородом воздуха В результате этого процесса выделяется определенное количество тепловой энергии и резко повышается температура.

Горение может происходить как при избытке так и при недостатке топлива

Горение – сложный, быстропротекающий химический процесс взаимодействия горючего и окислителя, сопровождающийся появлением пламени, излучающего энергию в виде тепла и света. Этот процесс является основой превращения химической энергии топлива в механическую энергию тепловых двигателей. Горение сопровождается очень сложными окислительно-восстановительными процессами,1химические реакции изменяющие температур и концентраций реагирующих веществ процессы тепло- и массообмена, испарение капель и смешения паров топлива с воздухом .

Основы практической теории горения

1 Главный участник процесса горения топливо, которое является комплексом природных веществ сложного строения.

2 В процессе горения обязательны два этапа: создание межмолекулярного контакта между горючим и окислителем( физический этап) и взаимодействие молекул с образованием продуктов реакции ( химический этап)

Этот этап протекает только у молекул находящихся в возбужденном состоянии..

3. Горение не является равновесным процессом При горении возникают неоднородности состояния молекул, их концентрации, неравномерности полей температур и скоростей потоков. Поэтому вытекает задача одновременного решения задач массо и теплопереноса и химической кинетики в движущихся потоках.

В теории горения получила широкое распространение упрощенная модель, основанная на том, что скорость химическойреакции горения лимитируется медленно протекающими физическими процессами – испарения распыленного топлива, смесеобразования, теплообмена и другими («физическая» модель процесса горения), которая предполагает, что химические закономерности горения можно свести к физическим закономерностям.

Существуют два способа сжигания горючей смеси: первый основан на самопроизвольном распространении пламени по горючей смеси при создании элементарного очага пламени поджигающим устройством; второй – на подогреве объема испаренной горючей смеси до температуры, превышающей ее температуру самовоспламенения. Механизм химических реакций в первом случае обусловлен следствием взаимодействий молекул (активных частиц) горючей смеси, протекающих как во фронте пламени, так и в зоне непосредственного контакта свежей смеси с фронтом пламени. А пламя представляет собой «реактор», в котором происходят химические превращения компонентов горючей смеси в конечные продукты сгорания. Во втором случае пламя возникает на завершающей стадии процесса горения, но основные химические реакции протекают в большом объеме смеси до момента появления пламени, которое не оказывает влияния на протекающие в смеси предпламенные процессы.

В основе процесса горения топлива лежат химические реакции,

развивающиеся в условиях самоускорения, связанного с накоплением в системе тепла, и катализирующие процесс промежуточных продуктов окисления. Воспламеряемость и горючесть являются основными свойствами , оределяющими основное функциональное назначеник топлива=энергетическое обеспечение двигателя.

Воспламенение- возникновение очага пламени за счет окисления топливно-воздушной смеси под воздействием источника зажигания либо за счет самоускорения экзотермических химических реакций- самовоспламенения.

Горючесть- комплекс физико-химических превращений смеси топлива с воздухом, сопровождающийся интенсивным выдеоением тепла и излучением света.

Краткая характеристика пламен

В зависимости от условий сжигания топлив, начального физического состояния горючего и окислителя, аэродинамики их движения, пламена классифицируют: на светящиеся и прозрачные, на стационарные (непрерывные) и периодические (дискретные), на кинетические(с предварительно перемешанными горючим и окислителем) и диффузионные(горючее и окислитель поступают к фронту пламени раздельно, а на процесс горения влияет взаимная диффузия реагирующих молекул и частиц), на ламинарные и турбулентные (в зависимости от аэродинамики движения горючего и окислителя).

Характерным свойством пламени является его способность излучать энергию, а излучение является следствием перехода молекулы или атома из возбужденного состояния в основное, и при этом виде излучения выделяется квант энергии, равный hν, где h – сonst Планка, ν – частота электромагнитного колебания. Излучение пламени может иметь тепловую или хемилюминесцентную природу. В первом случае переход атомов (молекул) в возбужденное состояние обусловлен их тепловым движением, которое является следствием обмена энергией при соударениях. При хемилюминесцентной – переход атомов (молекул) в возбужденное состояние происходит вследствие протекающих в пламени экзотермических химических реакций.

Спектральными исследованиями показано, что излучение пламен имеет в основном хемилюминесцентную природу и основная часть излучаемой энергии приходится на ИК-область спектра, в то время как видимое и УФ-излучения составляют менее 1 % общей энергии излучения / В ИК-диапазоне частот молекула, накапливая энергию излучения за счет поглощения фотонов, приобретает энергию, достаточную для ее диссоциации на мелкие фрагменты в предпламенной зоне.В пламенах образуются также заряженные частицы: ионы, ион-радикалы, причем в отличие от водородных, оксида углерода, сероводорода и сероуглерода углеводородо-воздушные пламена сильно ионизированы и при давлениях 0,30–98 кПа их концентрация может достигать 10⁹–10¹² ион·см^-3, а напряженность магнитного поля 10–50 В/см. Источником отрицательного заряда в пламени являются свободные электроны, а наиболее вероятным путем образования ионов в пламени является хемиионизация. .