WWW.KNIGI.KONFLIB.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

 
<< HOME
Научная библиотека
CONTACTS

Pages:     | 1 || 3 | 4 |   ...   | 9 |

«...»

-- [ Страница 2 ] --

В случае однородных горючих смесей, состоящих из заранее тщательно перемешанных газообразных компонентов — горючего и окислителя, теплота и активные промежуточные продукты химического превращения переносятся из зоны горения в свежую смесь, причем чаще приходится иметь дело не с молекулярной диффузией и теплопроводностью, а с процессами турбулентного обмена. Однако в большинстве технических процессов горения исходная смесь не бывает однородной — горение происходит в условиях одновременно идущих процессов испарения капель жидкого топлива и смешения его паров с воздухом, причем теплота, необходимая для испарения топлива, подводится из зоны химического превращения. В таких случаях процессы тепло- и массообмена приобретают еще большее значение и оказывают решающее влияние на скорость горения.

Нужно, однако, учитывать, что завершающим этапом во всех случаях остается химическое превращение, и его скорость всегда влияет на развитие процесса горения в целом. При высокой химической активности горючей смеси достаточно высокие скорости реакции достигаются при меньших температурах и концентрациях, т. е. при менее совершенном перемешивании свежей смеси с продуктами ее полного или частичного сгорания. Кроме того, сокращается зона самой химической реакции, что способствует увеличению скоростей теплопередачи и диффузии.

При высоких скоростях химического превращения в реагирующей смеси возникают местные градиенты давления, приводящие к образованию и распространению волн сжатия. При соответствующих условиях такие элементарные волны, накладываясь одна на другую, могут усиливаться и превращаться в ударные волны, в свою очередь, влияющие на развитие химических реакций.

Учесть в расчетах сложнейшую совокупность влияний на процесс горения всех указанных факторов не представляется возможным. Как правило, точный количественный расчет процесса горения или условий воспламенения выполнить не удается, однако многие положения, установленные теорией горения, основанной на ряде упрощающих допущений, позволяют делать выводы, важные для эксплуатации двигателей, доводки их рабочего процесса и борьбы с теми или иными нежелательными его отклонениями от нормы. В связи с этим знание основ современной теории горения необходимо инженерам, работающим как в области производства, так и в области эксплуатации двигателей внутреннего сгорания. Оно необходимо для дальнейшего совершенствования двигателей, устранения различных ненормальностей их работы и уменьшения токсичности отработавших газов.

Основы современной теории горения были заложены М. В. Ломоносовым, доказавшим экспериментально в 1756 г., что горение есть не что иное, как химическая реакция соединения горючих веществ с воздухом.

После Ломоносова исследованиями в области горения занимались многие ученые нашей страны и за рубежом: В. В. Петров (1761—1834 гг.), В. А. Михельсон (1860—1927 гг.), А. Н. Бах (1857—1946 гг.), Н. А. Шилов (1872—1930 гг.) и др.

Важным этапом в создании теории горения в ее современном состоянии явилась разработка в 1928—1930 гг. одним из крупнейших наших ученых, лауреатом Нобелевской премии, акад.

Н. Н. Семеновым основ теории цепных химических реакций и теории теплового взрыва. Идеи Н. Н. Семенова получили дальнейшее развитие в работах его сотрудников: В. Н. Кондратьева, Я- Б. Зельдовича, Д. А. Франк-Каменского, О. М. Тодеса, А. С. Соколика, К. И. Щелкина и др.

Большие работы по теории горения проведены А. С. Предводителевым, Л. Н. Хитриным, Е. С. Щетинковым и их учениками.

Процессы горения и детонации в двигателях изучали Д. Н. Вырубов, Н. В. Иноземцев, М. М. Масленников, Т. М. Мелькумов и многие другие.

В 70-е годы внимание к вопросам, связанным со сгоранием в двигателях, в частности автомобильных, резко возросло в связи с крайне обострившейся проблемой борьбы с загрязнением воздушного бассейна, особенно в больших городах, токсичными компонентами, содержащимися в отработавших газах двигателей.

КЛАССИФИКАЦИЯ РАЗНОВИДНОСТЕЙ ГОРЕНИЯ

Процессы горения можно классифицировать по различным признакам. Прежде, всего необходимо четко разграничить процессы распространения пламени от процессов воспламенения, т.е. инициирования горения.

Распространение пламени осуществляется без внешнего воздействия на систему. Очередные слои или объемы горючей смеси воспламеняются за счет энергии, выделяющейся при сгорании предшествующих слоев или некоторых объемов той же смеси.

В отличие от этого для воспламенения необходим подвод энергии извне, например нагревание горючей смеси от стенок сосуда, адиабатическим или ударным сжатием, электрической искрой 1.

Следует отличать явления самовоспламенения от явлений зажигания.

При самовоспламенении система «горючее—окислитель» находится в таких условиях, при которых во всей массе смеси или в некоторых ее частях относительно большого объема начинается развитие прогрессивно самоускоряющихся химических реакций, завершающихся возникновением пламени. Причинами самоускорения предпламенных реакций могут быть: разветвление цепей (так называемый цепной взрыв) и прогрессивный саморазогрев реагирующей смеси (тепловой взрыв). Обычно оба фактора действуют совместно — в начальных стадиях процесса преобладает цепное самоускорение реакции, в последующих — тепловое, что дает так называемый цепочечно-тепловой взрыв.

Зажигание представляет собой интенсивное местное нагревание небольшой части горючей смеси до высокой температуры.

Чаще всего процесс зажигания осуществляется электрической искрой, при этом смесь в зоне разряда нагревается практически мгновенно до температур, намного превышающих температуру ее горения. Скорости химических реакций в зоне искрового разряда достигают огромных значений, и какой-либо саморазгон реакций полностью отсутствует. Наоборот, после прекращения разряда скорость реакций уменьшается до значений, отвечающих условиям горения данной смеси во фронте пламени.

Воспламенение возможно не только от электрической искры, но и при контакте горючей смеси с теми или иными накаленными телами. В условиях двигателей это могут быть перегретые электроды свечей, тарелки выпускных клапанов, раскаленные частички нагара. Температура этих источников зажигания бывает --------------В некоторых особых случаях весьма активных систем (например, специальные топлива и окислители, применяемые в ракетных двигателях) воспламенение наступает при смешении горючего с окислителем без дополнительного подвода тепла, но эти процессы, не имеющие отношения к проблемам горения в поршневых двигателях, рассматриваться в данной монографии не будут.

значительно меньше температуры во фронте пламени (обычно воспламенение наступает при температурах раскаленных поверхностей, не превышающих 1000° С, в то время как температуры во фронте пламени составляют 2000° С и более).

Поджигание накаленными поверхностями является как бы промежуточным между самовоспламенением и зажиганием. Если нагрета поверхность больших размеров, то процессы, развивающиеся вблизи от нее, близки к процессам, протекающим при самовоспламенении, т. е. воспламенению предшествует самоускорение реакции от начальной скорости, определяемой температурой поверхности, до скоростей, отвечающих условиям во фронте пламени. Если накалена поверхность малого размера, то ее температура, вызывающая воспламенение, возрастает, а влияние самоускорения реакций соответственно уменьшается.

Как для самовоспламенения, так и для зажигания необходим подвод теплоты извне в количествах, достаточных для того, чтобы обеспечить в некотором объеме смеси такие начальные скорости химических реакций, при которых тепловыделение начинало бы превышать скорость отвода теплоты от реагирующей смеси в стенки или в окружающую более холодную смесь.

В отличие от этого при распространении пламени подвода энергии извне не требуется. Воспламенение очередных слоев или микрообъемов исходной горючей смеси осуществляется вследствие передачи энергии, выделяющейся в смежных с ними слоях или объемах уже горячей смеси.

Различают диффузионно-цепное и тепловое распространение пламени. В диффузионно-цепном распространении пламени основное значение имеет диффузия из зоны горения в свежую смесь активных центров, вызывающих развитие разветвленных цепных реакций в последовательно горящих слоях. Такой механизм распространения имеет место в случае так называемых холодных пламен, характеризуемых малой глубиной химических превращений н соответственно невысокими повышениями температуры (в пределах нескольких сотен градусов).

В обычных, так называемых горячих пламенах, где повышение температуры во фронте пламени составляет тысячи градусов, основное значение приобретают процессы передачи теплоты из зоны горения в свежую смесь путем теплопроводности и диффузии.

Хотя и в этом случае одновременно с переносом теплоты имеет место диффузия из зоны горения активных центров, инициирующих развитие цепных реакций, однако главным фактором ускорения реакций обычно является повышение температуры. По этой причине такой процесс называют тепловым распространением пламени.

Основные различия в механизме распространения пламени связаны с физическими особенностями процессов переноса теплоты и активных центров из зоны горения в свежую смесь.

Если исходная смесь неподвижна или течет ламинарно, то при значениях критерия Рейнольдса ниже критических процессы переноса во фронте пламени осуществляются за счет молекулярной диффузии и теплопроводности. При этом горение развивается как-бы послойно, фронт пламени везде имеет примерно одинаковую структуру и толщину. Такое распространение пламени называют ламинарным.

Если горючая смесь находится в турбулентном движении, то молекулярная диффузия приобретает второстепенное значение.

Ведущее значение в распространении пламени приобретают процессы турбулентного смешения свежей смеси с продуктами ее полного или частичного сгорания. Такое горение называют турбулентным. Скорости процессов турбулентного смешения (турбулентной диффузии) во фронте пламени обычно оказываются намного большими, чем скорости процессов молекулярного переноса теплоты и вещества.

Процессы турбулентного переноса отличаются от ламинарного — имеют как-бы пульсирующий характер. В связи с этим и механизм турбулентного горения существенно отличается от механизма ламинарного распространения пламени.

Особый вид предельно быстрого (взрывного) распространения пламени называется детонацией. При детонации пламя распространяется по горючей смеси со сверхзвуковыми скоростями совместно с фронтом ударной волны, поддерживаемой от затухания энергией, выделяющейся в процессе горения. Ударная волна, во фронте которой развивается реакция горения, называется детонационной волной.

Воспламенение последовательных слоев свежей смеси осуществляется во фронте детонационной волны не путем передачи тепла из зоны горения диффузией и теплопроводностью, а в результате нагревания смеси ударным сжатием с последующим как бы послойным ее самовоспламенением.

В отличие от так называемой классической детонации, скорость распространения которой в основном определяется термодинамическими свойствами горючей смеси (теплота сгорания, теплоемкость), в двигателях наблюдаются явления взрывного самовоспламенения, имеющие много общего с детонацией и в то же время обладающие рядом специфических особенностей. Скорости распространения подобного взрывного самовоспламенения могут колебаться в широких пределах — от скорости, лишь не намного превышающей звуковую, до скоростей подлинной детонации.

Соответственно также очень значительно могут изменяться степени повышения давления в подобных взрывных волнах.



Pages:     | 1 || 3 | 4 |   ...   | 9 |
 


Похожие работы:

«ОРГАНИЧЕСКАЯ ХИМИЯ (краткий курс для студентов сельскохозяйственного факультета) Елец 2008 1 В пособии представлены основные разделы органической химии, приведены решения задач, которые охватывают обязательный минимум образования и расширяют базовые знания, полученные учащимися в средней школе. Пособие позволяет систематизировать знания и отработать навыки решения задач. Пособие предназначено для абитуриентов и студентов сельскохозяйственного факультета Елецкого государственного университета...»

«3 СИНТЕЗ И СВОЙСТВА 1-(-АЗИДОАЛКИЛ)-4,9-ДИОКСОНАФТО [2,3-d]-ТРИАЗОЛ-2-ОКСИДОВ М.Ю. Биче-оол, А.А. Мыжылай, А.С. Кузнецова, М.Н. Зверева Красноярский государственный педагогический университет им. В.П. Астафьева Научный руководитель: Л.М. Горностаев, д-р хим. наук, профессор Нафтотриазолоксиды (I) обладают биологической активностью, например, некоторые из них проявляют противовоспалительные свойства [1]. Как известно, разработанная в последние годы методология связывания биологически активных...»

«НАУЧНЫЙ ДИАЛОГ ВЫПУСК № 2 / 2012 БИОЛОГИЯ. ЭКОЛОГИЯ. ЕСТЕСТВОЗНАНИЕ. НАУКИ О ЗЕМЛЕ Екатеринбург 2012 ISSN 2225-756X НАУЧНЫЙ ДИАЛОГ 2012. № 2. БИОЛОГИЯ. ЭКОЛОГИЯ. ЕСТЕСТВОЗНАНИЕ. НАУКИ О ЗЕМЛЕ Учредитель: ООО Центр научных и образовательных проектов Основан в 2012 году. Выходит 12 раз в год ISSN 2225-756X (Print), ISSN 2227-1295 (Online) Зарегистрирован в Федеральной службе по надзору в сфере связи, информационных технологий и массовых коммуникаций (Роскомнадзоре) Свидетельство о регистрации ПИ...»

«ХИМИЯ Учебно-методический комплекс по дисциплине для студентов направления бакалавриата 250100 Лесное дело Самостоятельное учебное электронное издание СЫКТЫВКАР 2012 1 УДК 54 ББК 24 Х 46 Рекомендован к изданию в электронном виде кафедрой целлюлозно-бумажного производства, лесохимии и промышленной экологии Сыктывкарского лесного института Утвержден к изданию в электронном виде советом технологического факультета Сыктывкарского лесного института Составители: кандидат химических наук, доцент Н. К....»

«ГИДРО- И ПНЕВМОАВТОМАТИКА Учебно-методический комплекс по дисциплине для студентов направления бакалавриата 220200.62 Автоматизация и управление и специальности 220301.65 Автоматизация технологических процессов и производства всех форм обучения Самостоятельное учебное электронное издание Сыктывкар 2012 УДК 621.22 ББК 31.56 Г46 Рекомендован к изданию в электронном виде кафедрой теплотехники и гидравлики Сыктывкарского лесного института 11 мая 2012 г. Утвержден к изданию в электронном виде...»

«Электронная версия: Сергей Ольховик Serge Olkhowik (aka BaMba) hi@bamba.dp.ua, 2:464/227@fidonet г.Днепропетровск, 20 февраля 2005 г. ii Оглавление От автора 1 Нужно кое-что знать и уметь 2 Все очень просто............................ 2 Как это делают............................. 3 Кофеварки............................... 6 Растворимый кофе........................... 9 Как...»

«Книга издана при содействии специализированного фонда управления целевым капиталом для поддержки деятельности научно исследовательских работ в области биологии и медицины ФУНДАМЕНТАЛЬНЫЙ Савельев С.В. С12 Дагор: искусство фотографии / С.В. Савельев. — М.: ВЕДИ, 2009. — 100 с.: ил. ISBN 978 5 94624 021 5 В книге описаны история создания и художественные возможности известных фотографических объективов анастигматов Дагор производства фирмы К. Герца. Подробно рассмотрена конструкция объектива и...»

«СОВРЕМЕННЫЕ ПРОБЛЕМЫ ГЕОХИМИИ Материалы Всероссийского совещания (с участием иностранных ученых), посвященного 95-летию со дня рождения академика Л.В.Таусона 22-26 октября 2012 г. г. Иркутск ТОМ 3 ГЕОХИМИЯ И МИНЕРАГЕНИЯ РУДНО-МАГМАТИЧЕСКИХ СИСТЕМ, ГЕОХИМИЧЕСКИЕ МЕТОДЫ ПОИСКОВ. МОДЕЛИРОВАНИЕ И ГИС-ТЕХНОЛОГИИ ПРИ ИЗУЧЕНИИ И ОЦЕНКЕ РУДНЫХ РАЙОНОВ И МЕСТОРОЖДЕНИЙ. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЕ И ФИЗИКО-ХИМИЧЕСКОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ ГЕОХИМИЧЕСКИХ И ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ, ФИЗИЧЕСКОЕ МАТЕРИАЛОВЕДЕНИЕ. Иркутск 2012...»






 
© 2013 www.knigi.konflib.ru - «Бесплатная электронная библиотека»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.