Лекция ЗАКОНОМЕРНОСТИ ГОРЕНИЯ ЖИДКИХ ТОПЛИВ

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 химической реакции 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 h
·, где h – сonst Планка,
· – 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 реак
·ций.
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. .
Теории распространения пламен
Существуют различные теории механизма распространения пламени. Одной из первых была теория, предложенная Маллара и Ле-Шателье в 1883 г. Согласно этой теории предполагали, что в предпламенной зоне не протекают химические реакции, а происходит лишь передача тепла теплопроводностью из светящейся зоны (зоны реакций), а скорость распространения пламени определяется только физическими закономерностями (скоростью передачи тепла свежей смеси или ее теплопроводностью). Такие теории, основанные на скорости теплопередачи, назвали тепловыми, но в дальнейшем, по мере развития представлений о механизме распространения пламени, появились диффузионные теории. В основе этих теорий лежит предположение, что скорость распространения пламени является функцией скорости диффузии активных центров из зоны горения в свежую горючую смесь. При этом считали, что по аналогии с самовоспламенением горение является цепным процессом, скорость которого должна существенно зависеть от концентрации активных центров, и на скорость горения так же, как и в тепловых теориях, влияют физические свойства горючей смеси. Однако эти теории имеют ограниченную применимость, так как в их основу положен ряд допущений, поэтому в последние годы уделяется бульшее внимание теоретическим расчетам, направленным на выяснение отдельных особенностей механизма горения, определение констант скорости отдельных элементарных химических реакций в процессе горения.




Воспламенение (зажигание) горючей смеси
Для начала горения смеси ее надо воспламенить или зажечь с помощью внешних источников энергии, то есть необходимо создать в ней начальный, локальный очаг химической реакции. В качестве инициаторов энергии могут быть: электрическая искра, небольшое «дежурное» пламя, специальное пиротехническое устройство, раскаленное тело, световой поток, лазерный пробой и другие, с помощью которых создается интенсивный поток световой или тепловой энергии, достаточный для воспроизведения процесса распространения пламени. В автотранспортной технике широко применяют воспламенение горючей смеси электрической искрой,
Самовоспламенение (взрывное горение) горючей смеси
Самовоспламенение, или взрывное горение, является одним из способов сжигания горючей смеси, принципиально отличающимся от воспламенения электрической искрой, и в последнее время довольно часто применяется во всех типах тепловых двигателей. Явление самовоспламенения происходит в условиях, инициирующих протекание самоускоряющихся экзотермических реакций, при которых, после определенного индукционного периода, происходит взрыв, сопровождающийся мгновенным нарастанием давления и появлением пламени. Существует два подхода к теоретическому рассмотрению процесса самовоспламенения первый связывает этот процесс с превышением скорости выделения тепла за счет химических реакций над скоростью отвода тепла из смеси, второй- при экспоненциальной зависимости скорости химических реакций от температуры происходит их самоускорение, проявляющееся в виде взрыва, которое принято называть тепловым взрывом.
В зависимости от того, какие причины вызывают прогрессивное самоускорение различают тепловое и цепное воспламенение. Тепловое воспламенение- причиной является накопление тепла. Цепное воспламенение- причиной является накопление активных центров реакции, обусловленное цепным механизмом, приводящим к быстрому нарастанию скорости реакции Когда окисление горючей смеси, являясь цепным процессом, самоускоряется при превышении скорости разветвления цепей над скоростью их обрыва, тогда такое самовоспламенение называют цепным взрывом.
Различают диффузионное и кинетическое горение.
Диффузионное горение- скорость смешения горючего и окислителя ниже, химических превращений топлива. Скорость процесса определяется гидродинамическими факторами
Кинетическое горение- скорость процесса определяется химическими превращениями топлива. Гидродинамические факторы играют небольшую роль.
По механизму распространения зоны реакции различают нормальное, цепное, детанационное распрастранение пламени.
Механизм нормального распространения пламени обусловлен передачей теплоты и активных промежуточных продуктов реакции из зоны горения в свежую горючую смесь.
Цепной механизм распространения пламени путем умножения очагов самовоспламенения осуществляется в результате диффузии активных продуктов из зоны реакции в свежую смесь.
Детанационное распространение пламени происходит при воспламенении горючей смеси вследствие сжатия ее в ударной волне.


















13PAGE 15


13PAGE 14615




15

Приложенные файлы

  • doc 4104592
    Размер файла: 51 kB Загрузок: 0

Добавить комментарий