WWW.KNIGI.KONFLIB.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

 
<< HOME
Научная библиотека
CONTACTS

Pages:     | 1 | 2 || 4 | 5 |   ...   | 9 |

«...»

-- [ Страница 3 ] --

В рассмотренных выше разновидностях процессов воспламенения и горения предполагалось, что горючая смесь вполне однородна (гомогенна) и состоит из заранее тщательно перемешанных между собой горючего и окислителя. Горение таких смесей называют гомогенным. В технике гомогенное горение в основном осуществляется в газовых горелках и поршневых двигателях с предварительным смесеобразованием (карбюраторных или в двигателях с впрыском легкого топлива в процессе всасывания). В подавляющем большинстве других устройств для технического использования горения газообразная горючая смесь заранее не приготовляется. Возможны различные сочетания агрегатных состояний горючего и окислителя перед началом собственно горения, приводящие к существенным отличиям в протекании процесса в целом. Однако необходимо подчеркнуть, что сам процесс горения во всех без исключения случаях протекает в газовой фазе, так как реакции между горючим и окислителем идут с высокими скоростями лишь при достаточно совершенном взаимном смешении компонентов в определенных соотношениях, не очень сильно отличающихся от стехиометрического.

В зависимости от состояния горючего и окислителя перед началом горения (кроме гомогенного горения) различают:

1. Диффузионное горение не смешанных предварительно газов, например горение струи или ряда струй газообразного топлива, вдуваемых в поток воздуха. Здесь на процессы теплопередачи и диффузии в самом пламени накладывается предшествующий горению процесс смешения, т. е. взаимной диффузии (молекулярной или турбулентной) горючего и окислителя. Скорость процесса в целом в большей мере определяется быстротой этого смешения, чем скоростью самого горения.

2. Горение капель жидкого топлива, впрыскиваемого в нагретый воздух. В этом случае началу горения предшествует испарение топлива с поверхности капель, за которым следует диффузионное смешение образующихся паров горючего с воздухом, т. е. происходит диффузионное горение, которому предшествует процесс испарения. Значение чисто физических процессов в этом случае еще больше, чем при диффузионном горении газовых систем.

Чем меньше размеры капель и равномернее их распределение в воздухе, тем быстрее происходит испарение и диффузионное смешение образующихся паров с воздухом и скорость горения капельной взвеси приближается к скорости горения однородной газовой смеси. Равным образом процессы воспламенения взвесей мелких капель жидкого топлива, распыленного в горячем воздухе, оказываются в достаточной мере сходными с процессами самовоспламенения гомогенных газовых смесей.

Горение твердого топлива, например угля, в принципе аналогично горению жидкого топлива с той лишь разницей, что испарение в этом случае заменяется возгонкой (газификацией) твердой фазы, после чего происходит диффузионное смешение образовавшихся горючих газов и паров с воздухом и горение в газовой фазе.

Возможен еще ряд разновидностей горения, имеющих свои особенности. Например, в ракетных двигателях и горючее, и окислитель впрыскивают в камеру сгорания в жидком виде;

реакция начинается в жидкой фазе и уже затем продолжается в газовой. В тех же двигателях иногда применяют так называемые однокомпонентные топлива, содержащие в своем составе и горючее, и окислитель в виде нестойкого химического соединения.

Горению таких топлив предшествуют их разложение и газификация. Так как указанные разновидности горения не находят применения в поршневых двигателях, ниже будут рассматриваться только процессы горения газовых систем и распыленных жидких топлив.

Процессы горения могут различаться также и по ряду других признаков. Если процесс организован таким образом, что зона пламени занимает неизменное место в пространстве, а свежая смесь непрерывно поступает в нее, то горение называют стационарным. Простейшим случаем стационарного горения является пламя газовой горелки; стационарное горение происходит также во всевозможных топках, камерах сгорания реактивных двигателей и т. п. Если же фронт пламени распространяется по горючей смеси, заполняющей какой-либо объем, то такой процесс горения называется нестационарным. Нестационарное горение происходит в поршневых двигателях внутреннего сгорания, а также при всевозможных взрывных процессах.

Наконец, по условиям осуществления процесса различают горение при постоянном объеме и горение при постоянном давлении.

Правильно понять сущность процесса горения в том или ином конкретном случае и управлять этим процессом возможно лишь на основе четких представлений о взаимодействии химико-кинетических и физических факторов, характерных для данного процесса. Поэтому при рассмотрении общей теории горения необходимо обращать особое внимание на характер указанного взаимодействия. Это позволит наиболее правильно применять выводы теории к анализу сложного комплекса явлений, составляющих сущность процесса горения в двигателях того или иного типа, различающихся в основном особенностями физических условий, в которых развивается горение, и управлять этими процессами.

КРАТКИЕ СВЕДЕНИЯ ИЗ ХИМИЧЕСКОЙ КИНЕТИКИ

§ 1. Химическая кинетика — учение о скоростях и механизме химических превращений Учение о химических процессах, к которым относятся и процессы горения, подразделяется на два основных раздела — химическую статику и химическую динамику, или кинетику.

Химическая статика рассматривает вопросы о том, в каких соотношениях вступают в соединения те или иные исходные вещества, каков состав получающихся продуктов реакции, каков энергетический баланс химического превращения. Ответ на эти вопросы дают законы химической статики: закон сохранения массы, закон простых кратных соотношений, учение о химических равновесиях.

Всякое химическое превращение связано или с поглощением тепла (эндотермические реакции), или с его выделением (экзотермические реакции). В соответствии с этим химическое уравнение для реакции соединения, например, двух веществ Ар и Вр с образованием конечных продуктов реакции Мр и Np (так называемое стехиометрическое уравнение) может быть записано в следующем виде:

коэффициентами реакции, пропорциональны числам молей расходуемых в данной реакции и образующихся веществ. В газовых реакциях стехиометрические коэффициенты пропорциональны объемам реагирующих веществ и продуктов реакции или их парциальным давлениям.

Величина Q — тепловой эффект реакции; знак «+» означает, что реакция экзотермическая, знак «—» отвечает эндотермической реакции; знак означает, что химические реакции могут идти как в прямом, так и в обратном направлениях.

По истечении некоторого времени наступает равновесие, отвечающее определенным соотношениям между концентрациями исходных веществ, конечных продуктов реакции и промежуточных соединений.

Эти соотношения зависят от относительных скоростей прямых и обратных реакций и изменяются с изменением температуры и концентрации реагирующих веществ в объеме. При этом общий (конечный) тепловой эффект реакции, отвечающий достижению равновесия, представляет собой разность тепловых эффектов прямой и обратной реакций: Q = q' — q". При умеренных температурах значения q" обычно весьма малы и поэтому их можно не учитывать. Однако при высоких температурах, например, температурах конца горения (2000° С и выше), обратные реакции разложения (диссоциации) образующихся соединений и исходных веществ (до атомарного состояния) могут существенным образом влиять на общий тепловой эффект реакции, снижая температуру пламени.

Основанное на законах термодинамики учение о химических равновесиях позволяет точно рассчитать конечный состав продуктов горения и так называемую теоретическую температуру горения. Однако химическая статика совершенно не касается вопроса о том, с какими скоростями совершаются те или иные химические превращения и по прошествии какого времени наступает равновесие.

Вопрос о скоростях химических реакций — предмет химической кинетики. Химическая кинетика — относительно молодая наука; ее зарождение относится к работам Вант-Гоффа (1885 г.) и Сванте-Аррениуса (1889 г.). Первоначально вопрос сводился к установлению общих законов, управляющих скоростями образования конечных продуктов реакции или же расходования исходных веществ. Механизм химического превращения при этом рассматривался формально, как происходящий в результате прямого взаимодействия между собой молекул исходных веществ в соответствии со стехиометрическим уравнением реакции. Такое направление в химической кинетике принято называть формальной кинетикой.

Новейшая кинетика стремится детально рассмотреть самую сущность химических процессов — элементарные акты реакции.

Основой современной химической кинетики является теория цепных реакций.

Однако основные законы формальной кинетики не утратили своего значения и во многих случаях оказываются вполне применимыми. Это объясняется тем, что отдельные элементарные акты сложной цепной реакции, включающей в себя ряд последовательных стадий, а нередко и несколько параллельных процессов, с достаточной точностью подчиняются простейшим формальнокинетическим зависимостям. При этом, как правило, скорость сложной реакции лимитируется наиболее медленной скоростью одной из стадий, в связи с чем вся реакция в целом следует кинетической зависимости, отвечающей лимитирующей стадии. Но такое положение сохраняется лишь до тех пор, пока значение отдельных стадий в общем течении реакции остается неизменным.

Если их относительное значение изменится, например, вследствие перехода реагирующей системы в другую область температур в результате выделяющейся в ходе реакции теплоты или же вследствие образования активных промежуточных продуктов, и лимитирующей оказывается другая элементарная стадия, то кинетическая зависимость для реакции в целом может резко измениться.

Наличие подобных, нередко очень сложных зависимостей скоростей химических реакций от температуры типично для предпламенных окислительных процессов углеводородовоздушных смесей, т. е. для реакций, предшествующих самовоспламенению и возникновению детонации. Реакции в пламенах, в основном идущие при высоких температурах, близких к конечным температурам горения, несмотря на их сложный цепной характер, как правило, достаточно хорошо подчиняются классическим законам формальной кинетики. При изучении сгорания в двигателях, включающего в себя как процессы воспламенения, так и процессы собственно горения (распространения пламени), в равной мере необходимо знание как законов формальной кинетики, так и основных закономерностей, относящихся к развитию цепных и автокаталитических реакций.

Скорость химической реакции определяется изменением во времени концентрации реагирующих веществ или образующихся продуктов реакции. Концентрация как правило измеряется либо числом молей данного вещества v в единице объема газа V, т. е, либо числом молекул в единице объема Число Авогадро NA — 6,02 • 10 23 молекул в моле или 2,69 • молекул в 1 см3 газа при температуре 0° С и давлении 760 мм рт. ст.

Иногда концентрацию измеряют количеством данного вещества в единице объема в граммах, т. е. его плотностью или парциальным давлением Скорость реакции может быть выражена через изменение во времени концентрации любого из исходных веществ или продуктов реакции. Если измеряется уменьшение концентрации какоголибо из исходных веществ, то скорость реакции в рассматриваемый момент времени Знак «—» означает, что концентрация С убывает; скорость же реакции — всегда величина положительная.

Если измеряется концентрация какого-либо из образующихся При изучении процессов горения скорость реакции обычно выражают через скорость расходования горючего, принимая ее пропорциональной скорости тепловыделения, т. е. предполагая полное завершение сгорания доли израсходованного топлива.



Pages:     | 1 | 2 || 4 | 5 |   ...   | 9 |
 


Похожие работы:

«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...»

«Утверждаю: Ректор _И.А. Носков 2011_ г. Основная образовательная программа высшего профессионального образования Направление подготовки 020100.68 Химия Магистерская программа Физическая химия Квалификация Магистр Форма обучения (очная) Самара 2011 г. Содержание Стр. 1 Общие положения.. 2. Компетентностно-квалификационная характеристика выпускника магистратуры по направлению 020100.68 Химия (магистерская программа Физическая химия.. 2.1 Характеристика ООП подготовки магистров. 2.2 Компетенции...»

«ПЕСТИЦИДЫ в Республике Беларусь: ИНВЕНТАРИЗАЦИЯ, МОНИТОРИНГ, ОЦЕНКА ВОЗДЕЙСТВИЯ НА ОКРУЖАЮЩУЮ СРЕДУ Минск, Бел НИЦ Экология 2011   УДК 502/504.5 (476) (041) Кузьмин,С.И., Савастенко, А.А. Пестициды в Республике Беларусь: инвентаризация, мониторинг, оценка воздействия на окружающую среду / С.И. Кузьмин, А.А. Савастенко. Под общей редакцией В.М. Федени. – Минск, Бел НИЦ Экология. – 2011. – 84 с. ISBN 978-985-6542-71-1 В брошюре сделан анализ группы пестицидов, относящихся к стойким органическим...»

«Mental Chemistry by Charles F. Haanel Copyright © 2006 by Anthony R. Michalski/Kallisti Publishing Original edition was published in English by Kallisti Publishing, USA This Russian edition was published by arrangement with Kallisti Publishing, US. Все права зарезервированы, включая право на полное или частичное воспроизведение в какой бы то ни было форме. © София, 2009 ISBN 978-5-91250-992-6 © ООО Издательство София, 2009 Предисловие издателя......................... 7...»

«Б.Б. Намсараев, В.В. Хахинов, Е.Ж. Гармаев, Д.Д. Бархутова, З.Б. Намсараев, А.М. Плюснин ВОДНЫЕ СИСТЕМЫ БАРГУЗИНСКОЙ КОТЛОВИНЫ Ответственный редактор д-р. геогр. наук, проф. К.Ш. Шагжиев Улан-Удэ Издательство Бурятского госуниверситета 2007 УДК 553.7 (571.54) ББК 26.22 (2 Р 54) В Утверждено к печати Ученым Советом научно-образовательного центра Байкал, редакционно-издательским советом Бурятского государственного университета Рецензенты Д.М. Могнонов доктор химических наук, профессор А.Б....»

«Высшее образование, как и вся наша жизнь, стремительно меняется, оно уже стало многоуровневым, более фундаментальным, гуманитарным многопрофильным и одновременно специализированным. Появились ранее неизвестные бакалавры, магистры, лицеи, колледжи, частные вузы и многое другое. Меняется не только структура, но и внутреннее содержание образования. Все это требует создание новых учебников и учебных пособий для студентов. Применительно к гидрогеологии это особенно актуально по нескольким причинам....»

«Предисловие Глава I: Знакомство с основами аквариумной химии Глава II: От Амазонки до Амура Глава III: Химическая лаборатория аквариумиста Глава IV: Декоративный аквариум в интерьере Современный аквариум и химия И. Г. Хомченко, А. В. Трифонов, Б. Н. Разуваев. ПРЕДИСЛОВИЕ Аквариумистика в настоящее время приобрела большую популярность во всем мире. Значительно увеличилось число растений, рыб и других животных, которых содержат любители в своих домашних водоемах. Заметно возросли требования к...»

«ПОЕЗДКА ДЕЛЕГАЦИИ АН СССР В США НА ГОРДОНОВСКУЮ КОНФЕРЕНЦИЮ ПО ЯДЕРНОЙ ХИМИИ Гордоновские конференции называются по имени ученого, более двадцати лет назад предложившего собирать каждое лето ученых, преимущественно молодых, для неофициального обмена мнениями, новыми результатами и планами исследований в различных областях знаний. Эти конференции организуются Американской ассоциацией содействия развитию науки (AAAS) и проводятся каждое лето в трех небольших поселках в штате Нью-Гемпшир. Этим...»

«АГРОХИМИЯ Курс лекций Владивосток 2006 1 Министерство образования и науки Российской Федерации Федеральное агентство по образованию Дальневосточный государственный университет Академия экологии, морской биологии и биотехнологии Кафедра почвоведения и экологии почв АГРОХИМИЯ Курс лекций Составитель Дербенцева А.М., профессор кафедры почвоведения и экологии почв Владивосток Издательство Дальневосточного университета 2006 2 ББК 40.3 С 80 Научный редактор В.И. Голов, д.б.н., профессор Рецензенты:...»






 
© 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.