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.