Лекция 14.1: Физико-химические основы процессов горения

Горение – сложный физико-химический процесс взаимодействия химических, тепловых и гидродинамических факторов, сопровождающийся выделением значительного  количества  теплоты. Основой процесса горения является химическая реакция между окисляемым горючим веществом и окислителем. Для протекания  процесса горения необходимы:

–     наличие горючего и окислителя;

–     контакт между ними на молекулярном уровне;

–     тепловые условия, обеспечивающие протекание химических  реакций  с высокими скоростями.

От родственных процессов  окисления горение отличают:

–     высокая температура;

–     быстротечность во времени;

–     неизотермичность;

–     переменность концентраций компонентов по мере их взаимодействия;

–     изменение  структуры и формы поверхности реагирования во времени.

 

Горение топлива – совокупность химических реакций окисления горючих элементов  топлива кислородом воздуха.

В основе  процесса горения органического топлива лежат химические  реакции  взаимодействия чистого  углерода  и  водорода  с кислородом, протекающие как  с  выделением (экзотермические), так   и  с  поглощением (эндотермические) теплоты в МДж/кг:

а) первичные  экзотермические реакции полного горения:

\"\"
                                                (6)

 

\"\"
                                           (7)

 

 

 

\"\"                     (8)

 

 

б) первичные эндотермические реакции  полного горения:

\"\"
                                                         (9)

в) первичные  экзотермические  реакции неполного горения:

\"\"
                                                          (10)

 

 

\"\"
                                 (11)

 

 

г) первичные  эндотермические  реакции неполного горения:

\"\"
                                       (12)

д) вторичные реакции полного  и  неполного горения:

\"\"
                                          (13)

 

 

\"\"
                                              (14)

\"\"
                                                (15)

Принципиальной особенностью всех реакций горения является их обратимость. Ни одна из этих реакций  не идет до конца,  а лишь до состояния химического равновесия, при котором имеют  место  все  компоненты реакции. Состояние химического  равновесия  зависит от температуры давления и соотношения концентраций реагирующих веществ.

 

Энергия активации – энергия (Е) необходимая для разрушения первоначальных связей в молекуле.

Превращение исходных веществ в  конечные продукты в  результате  протекания реакции горения происходит  вследствие  соударения молекул. При  этом нормальная составляющая кинетической энергии соударяющихся молекул переходит в  потенциальную  и  может  быть затрачена на   разрушение   первоначальных связей в молекуле.  Но не все столкновения молекул, при которых энергия  столкновения превышает энергию активации приводят к химической реакции. Необходимо, чтобы соударяющиеся молекулы были сориентированы так, чтобы удар одной молекулы о другую был в наиболее слабом месте её структуры.

 

Цепная реакция – реакция с разветвленными цепями протекающая не непосредственно между молекулами исходных веществ, а через промежуточные стадии. Это позволяет обойти большой  энергетический барьер,  который необходимо преодолеть для осуществления  прямой  реакции   между компонентами.

 

Гомогенное горение – горение, протекающее в объёме между компонентами находящимися в одной, как правило, газообразной фазе. Например, горение хорошо перемешанных газообразных  компонентов; горение быстро испаряющихся мелкодисперсных капелек жидкого топлива.

 

Гетерогенное горение – горение, протекающее на поверхности раздела фаз – твердой или жидкой и газообразной. Например, горение твердых топлив или горение тяжелых жидких топлив при установлении фронта горения на  границе  раздела  паров топлива и окислителя.

 

Кинетическое горение – горение, при котором суммарная скорость реакции определяется скоростью химического реагирования компонентов и зависит от факторов влияющих на кинетику химической  реакции: концентраций горючего и окислителя, давления, температуры и  др.  Наблюдается, например, при горении предварительно хорошо перемешанных потоков газа и окислителя.

 

Диффузионное горение – горение,  при котором  суммарная  скорость реакции определяется интенсивностью массопереноса реагирующих  компонентов  в  зону реакции.

Имеет  место при недостаточно эффективном перемешивании потоков топлива и окислителя. Как правило, в реальных процессах горение протекает в промежуточном режиме.

 

Поточный процесс горения – процесс, протекающий при непрерывном подводе горючего и окислителя в зону реакции и непрерывном отводе продуктов сгорания.

 

Ламинарное горение – горение, протекающее в ламинарном потоке окислителя.

 

Турбулентное горение – горение, протекающее в турбулентном потоке окислителя.

Читайте также:

Добавить комментарий

Ваш e-mail не будет опубликован. Обязательные поля помечены *