بيت - تثبيت 
ويسمى احتراق الانتشار. انتشار احتراق الغازات

الاحتراق الحركي هو احتراق خليط مختلط مسبقًا من الوقود والمؤكسد.

في هذه الحالة، سوف ينتشر اللهب من خلال الخليط القابل للاحتراق في كل الاتجاهات. سيزداد الحجم المشتعل بالنيران. ينتشر اللهب دائمًا نحو الخليط غير المحترق.

أرز. 7.1. مخطط انتشار اللهب من خلال خليط متجانس مخلوط مسبقًا: 1 ​​– خليط أولي قابل للاحتراق؛ 2 - جبهة اللهب. 3 - منتجات الاحتراق. د ف. - سمك واجهة اللهب

الشريط الضيق بين الخليط الأولي (1) ونواتج الاحتراق (PG) (3) هو اللهب (2). بالنسبة لمعظم مخاليط الهيدروكربون مع الهواء، يبلغ سمك هذا الشريط 0.1-1.0 ملم. هذه هي منطقة الاحتراق أو جبهة اللهب. يحدث تفاعل كيميائي فيه ويتم إطلاق كل الحرارة. التوهج هو نتيجة وجود جذور CH و HCO و C2 وما إلى ذلك فيه.

وبالتالي، فإن واجهة اللهب عبارة عن منطقة مضيئة ضيقة تفصل بين غازات الدفيئة والخليط الأصلي القابل للاحتراق.

في جبهة اللهب، نتيجة لتفاعل الاحتراق الكيميائي، ينخفض ​​تركيز المكونات الأولية بشكل حاد إلى الصفر، وتصل درجة الحرارة إلى قيمتها القصوى. بسبب التوصيل الحراري الجزيئي، تزيد درجة الحرارة أمام منطقة التفاعل بشكل رتيب من درجة الحرارة الأولية للخليط القابل للاحتراق إلى درجة حرارة قريبة من درجة حرارة الاحتراق، مما يشكل منطقة تسخين مادية.

نظرًا لأن سمك منطقة اللهب لا يتجاوز، كقاعدة عامة، أجزاء من المليمتر، فإن واجهة اللهب تعتبر تقليديًا مستوى.

إذا تحركت جبهة اللهب، فسيتم استدعاء اللهب غير ثابتة، إذا لم يتحرك - ثابتة.

الخصائص الرئيسية هي:

سرعة انتشار اللهب العادية هي السرعة التي تتحرك بها جبهة اللهب بالنسبة للغاز غير المحترق في اتجاه عمودي على سطحه. السرعة العادية هي دالة للسلسلة الخصائص الفيزيائية والكيميائيةالخليط ومعدل التفاعل الكيميائي عند درجة حرارة الاحتراق.

هذه هي إحدى خصائص خطر الحريق للمواد الغازية. وبما أنه يتم تحديده من خلال الخواص الفيزيائية والكيميائية للخليط القابل للاحتراق، فإنه يطلق عليه أيضًا اسم أساسي.

معدل الاحتراق الجماعي. هي كتلة المادة المحترقة في وحدة الزمن من وحدة مساحة واجهة اللهب.

هناك نظريتان تشرحان طبيعة انتشار اللهب من خلال خليط قابل للاحتراق.

وفقا لنظرية الانتشار، فإن حركة جبهة اللهب تحدث بسبب انتشار الجزيئات النشطة المتكونة في منطقة الاحتراق - الجذور - إلى خليط طازج، حيث تبدأ تفاعلا كيميائيا.

وفقا للنظرية الحرارية، فإن حركة واجهة اللهب تتم نتيجة لانتقال الحرارة عن طريق التوصيل الحراري إلى الخليط الطازج، والذي يتم من خلاله تسخين الأخير إلى درجة حرارة الاشتعال الذاتي، يليها تفاعل كيميائي.

في الواقع، هناك عناصر من كلتا النظريتين، لأن العملية معقدة للغاية.

العوامل المؤثرة السرعة العادية:

تركيز وتكوين الخليط القابل للاحتراق.

من الناحية النظرية، يجب أن يكون u n الحد الأقصى عند j st. يحدث الحد الأقصى تقريبًا في خليط يحتوي على وقود أكثر من النسبة المتكافئة (a in< 1 – богатая смесь). u н для различных газов составляет ~ 0,3 – 1,6 м/с. Она редко превышает значение 2,5 м/с, а для углеводородно-воздушных смесей находится в пределах 0,4 – 0,8 м/с. Смеси, имеющие u н < 0,04 м/с, не способны к распространению пламени.

وجود البلغمات (N 2 , CO 2 , H 2 O (البخار)، Ar، الخ).

ويلاحظ تأثير التخفيف، الأمر الذي يستلزم انخفاض في معدل التفاعل، وإطلاق الحرارة وu n. يتم تحديد فعالية الغازات البلغمية من خلال خصائصها الفيزيائية الحرارية.

درجة الحرارة (الاولية) للخليط القابل للاحتراق. مع زيادة T o، تزداد درجة حرارة الخليط القابل للاحتراق: T g = T o + Q n /(ås p i V PG i)

اسم المعلمة معنى
موضوع المقال: الانتشار والاحتراق الحركي.
الموضوع (الفئة الموضوعية) تعليم

الاحتراق المتجانس وغير المتجانس.

بناءً على الأمثلة التي تم النظر فيها، بناءً على حالة تجميع خليط الوقود والمؤكسد، ᴛ.ᴇ. اعتمادًا على عدد المراحل في الخليط، هناك:

1. الاحتراق المتجانسغازات وأبخرة المواد القابلة للاشتعال في بيئة غازية مؤكسدة. ومع ذلك، يحدث تفاعل الاحتراق في نظام يتكون من مرحلة واحدة (الحالة الإجمالية).

2. الاحتراق غير المتجانسالمواد الصلبة القابلة للاشتعال في بيئة مؤكسدة غازية. في هذه الحالة، يحدث التفاعل عند الواجهة، بينما يحدث التفاعل المتجانس في جميع أنحاء الحجم.

هذا هو احتراق المعادن، الجرافيت͵ ᴛ.ᴇ. عمليا مواد غير متطايرة. العديد من التفاعلات الغازية تكون ذات طبيعة متجانسة وغير متجانسة، عندما يكون احتمال حدوث تفاعل متجانس يرجع إلى أصل تفاعل غير متجانس في وقت واحد.

يحدث احتراق جميع المواد السائلة والعديد من المواد الصلبة، التي تنطلق منها الأبخرة أو الغازات (المواد المتطايرة)، في الطور الغازي. تلعب المراحل الصلبة والسائلة دور خزانات المنتجات المتفاعلة.

على سبيل المثال، يمر التفاعل غير المتجانس للاحتراق التلقائي للفحم إلى المرحلة المتجانسة لاحتراق المواد المتطايرة. تحترق بقايا فحم الكوك بشكل غير متجانس.

بناءً على درجة تحضير الخليط القابل للاحتراق، يتم تمييز الانتشار والاحتراق الحركي.

تتعلق أنواع الاحتراق التي تم النظر فيها (باستثناء المتفجرات) بالاحتراق الانتشاري. لهب، ᴛ.ᴇ. ويجب تغذية منطقة الاحتراق المكونة من خليط من الوقود والهواء بشكل مستمر بالوقود والأكسجين لضمان استقرارها. يعتمد إمداد الغاز القابل للاحتراق فقط على سرعة إمداده إلى منطقة الاحتراق. يعتمد معدل دخول السائل القابل للاشتعال على شدة تبخره. على ضغط البخار فوق سطح السائل، وبالتالي على درجة حرارة السائل. درجة حرارة الاشتعالمن المعتاد تسمية أدنى درجة حرارة للسائل حيث لا ينطفئ اللهب فوق سطحه.

يختلف احتراق المواد الصلبة عن احتراق الغازات بوجود مرحلة من التحلل والتغويز مع اشتعال لاحق لمنتجات الانحلال الحراري المتطايرة.

الانحلال الحراري- التدفئة مادة عضويةلدرجات حرارة عالية دون الوصول إلى الهواء. في هذه الحالة، يحدث تحلل أو تقسيم المركبات المعقدة إلى مركبات أبسط (فحم الكوك، تكسير الزيت، التقطير الجاف للخشب). ولهذا السبب، فإن احتراق مادة صلبة قابلة للاحتراق إلى منتج احتراق لا يتركز فقط في منطقة اللهب، بل له طابع متعدد المراحل.

يؤدي تسخين الطور الصلب إلى التحلل وانبعاث الغازات التي تشتعل وتحترق. تعمل حرارة الشعلة على تسخين الطور الصلب، مما يؤدي إلى تحوله إلى غاز وتكرار العملية، وبالتالي الحفاظ على الاحتراق.

يفترض نموذج الاحتراق الصلب وجود المراحل التالية (الشكل 17):

أرز. 17. نموذج الاحتراق

مادة صلبة.

الاحماء المرحلة الصلبة. بالنسبة للمواد الذائبة، يحدث الذوبان في هذه المنطقة. يعتمد سمك المنطقة على درجة حرارة توصيل المادة؛

الانحلال الحراري، أو منطقة التفاعل في المرحلة الصلبة، والتي تتشكل فيها مواد غازية قابلة للاشتعال؛

اللهب المسبق في المرحلة الغازية، حيث يتم تشكيل خليط مع أكسيد؛

اللهب، أو منطقة التفاعل في الطور الغازي، حيث يتم تحويل منتجات الانحلال الحراري إلى منتجات احتراق غازية؛

منتجات الاحتراق.

يعتمد معدل إمداد الأكسجين إلى منطقة الاحتراق على انتشاره عبر منتج الاحتراق.

وبشكل عام، حيث أن معدل التفاعل الكيميائي في منطقة الاحتراق في أنواع الاحتراق قيد النظر يعتمد على معدل دخول المكونات المتفاعلة وسطح اللهب من خلال الانتشار الجزيئي أو الحركي، هذا النوعيسمى الاحتراق انتشار.

يتكون هيكل لهب الاحتراق المنتشر من ثلاث مناطق (الشكل 18):

المنطقة 1 تحتوي على غازات أو أبخرة. لا يوجد احتراق في هذه المنطقة. لا تتجاوز درجة الحرارة 500 درجة مئوية. يحدث التحلل والانحلال الحراري للمواد المتطايرة والتسخين إلى درجة حرارة الاشتعال الذاتي.

أرز. 18. هيكل اللهب.

في المنطقة 2، يتكون خليط من الأبخرة (الغازات) مع الأكسجين الجوي ويحدث الاحتراق غير الكامل لثاني أكسيد الكربون مع اختزال جزئي للكربون (قليل من الأكسجين):

C n H m + O 2 → CO + CO 2 + H 2 O؛

في المنطقة الخارجية الثالثة، يحدث الاحتراق الكامل لمنتجات المنطقة الثانية ويتم ملاحظة أقصى درجة حرارة للهب:

2CO+O 2 =2CO 2 ;

يتناسب ارتفاع اللهب مع معامل الانتشار ومعدل تدفق الغاز ويتناسب عكسيا مع كثافة الغاز.

جميع أنواع الاحتراق الانتشاري متأصلة في الحرائق.

الحركيةيُطلق على الاحتراق عادةً اسم احتراق الغاز القابل للاشتعال أو البخار أو الغبار المختلط مسبقًا مع مادة مؤكسدة. في هذه الحالة، يعتمد معدل الاحتراق فقط على الخواص الفيزيائية والكيميائية للخليط القابل للاحتراق (الموصلية الحرارية، والقدرة الحرارية، والاضطراب، وتركيز المواد، والضغط، وما إلى ذلك). ولهذا السبب يزداد معدل الحرق بشكل حاد. هذا النوع من الاحتراق متأصل في الانفجارات.

في هذه الحالة، عند إشعال الخليط القابل للاحتراق في أي نقطة، تتحرك جبهة اللهب من منتجات الاحتراق إلى الخليط الطازج. وبالتالي، فإن اللهب أثناء الاحتراق الحركي يكون في أغلب الأحيان غير مستقر (الشكل 19).

أرز. 19. مخطط انتشار اللهب في خليط قابل للاحتراق: - مصدر الاشتعال. - اتجاه حركة جبهة اللهب .

على الرغم من أنه إذا قمت بخلط الغاز القابل للاشتعال مع الهواء مسبقًا وإدخاله في الموقد، فعند الاشتعال، سيتشكل لهب ثابت، بشرط أن يكون معدل تدفق الخليط مساويًا لسرعة انتشار اللهب.

في حالة زيادة سرعة إمداد الغاز، ينفصل اللهب عن الموقد وقد ينطفئ. وإذا انخفضت السرعة، فسيتم سحب اللهب إلى الموقد مع احتمال حدوث انفجار.

حسب درجة الاحتراق, ᴛ.ᴇ. اكتمال رد فعل الاحتراق على المنتجات النهائية، ويحدث الاحتراق كاملة وغير كاملة.

لذلك في المنطقة 2 (الشكل 18) يكون الاحتراق غير كامل، لأن لا يوجد ما يكفي من إمدادات الأكسجين، والتي يتم استهلاكها جزئيا في المنطقة 3، وتتشكل المنتجات الوسيطة. يحترق الأخير في المنطقة 3، حيث يوجد المزيد من الأكسجين، حتى الاحتراق الكامل. يشير وجود السخام في الدخان إلى احتراق غير كامل.

مثال آخر: عند نقص الأكسجين يحترق الكربون ويتحول إلى أول أكسيد الكربون:

إذا أضفت O، فإن التفاعل سيكتمل:

2СО+O 2 =2СО 2.

ويعتمد معدل الاحتراق على طبيعة حركة الغازات. لهذا السبب، يتم التمييز بين الاحتراق الصفحي والمضطرب.

وهكذا، مثال على الاحتراق الصفحي هو لهب الشمعة في الهواء الساكن. في الاحتراق الصفحيطبقات من الغازات تتدفق بشكل متوازٍ دون حدوث دوامات.

الاحتراق المضطرب- الحركة الدوامية للغازات، حيث تختلط غازات الاحتراق بشكل مكثف وتكون جبهة اللهب غير واضحة. والحد الفاصل بين هذه الأنواع هو معيار رينولدز الذي يميز العلاقة بين قوى القصور الذاتي وقوى الاحتكاك في التدفق:

أين: ش- سرعة تدفق الغاز.

ن- اللزوجة الحركية.

ل- الحجم الخطي المميز.

رقم رينولدز الذي يحدث عنده انتقال الطبقة الحدودية الصفائحية إلى الطبقة المضطربة يُسمى عادةً Re cr، Re cr ~ 2320.

يزيد الاضطراب من معدل الاحتراق بسبب زيادة كثافة انتقال الحرارة من منتجات الاحتراق إلى الخليط الطازج.

الانتشار والاحتراق الحركي. - المفهوم والأنواع. تصنيف وخصائص فئة "الانتشار والاحتراق الحركي". 2017، 2018.

تحتوي جميع المواد القابلة للاشتعال (القابلة للاشتعال) على الكربون والهيدروجين - وهما المكونان الرئيسيان لخليط الغاز والهواء المشارك في تفاعل الاحتراق. تختلف درجة حرارة اشتعال المواد والمواد القابلة للاشتعال ولا تتجاوز 300 درجة مئوية في معظمها.

يكمن الأساس الفيزيائي الكيميائي للاحتراق في التحلل الحراري لمادة أو مادة إلى أبخرة وغازات هيدروكربونية، والتي، تحت تأثير درجات الحرارة المرتفعة، تدخل في تفاعل كيميائي مع عامل مؤكسد (أكسجين الهواء)، وتتحول أثناء الاحتراق عملية تحويل إلى ثاني أكسيد الكربون (ثاني أكسيد الكربون)، وأول أكسيد الكربون (أول أكسيد الكربون)، والسخام (الكربون) والماء، وهذا ينتج الحرارة والإشعاع الضوئي.

الاشتعال هو عملية انتشار اللهب من خلال خليط الهواء والبخار والغاز. عندما يكون معدل تدفق الأبخرة والغازات القابلة للاشتعال من سطح المادة مساوياً لسرعة انتشار اللهب على طولها، يتم ملاحظة احتراق مشتعل مستقر. إذا كانت سرعة اللهب أكبر من معدل تدفق الأبخرة والغازات، فإن خليط بخار الهواء والغاز يحترق وينطفئ اللهب ذاتيا، أي. فلاش.

اعتمادًا على سرعة تدفق الغاز وسرعة انتشار اللهب من خلالها يمكن ملاحظة:

الاحتراق على سطح المادة، عندما يكون معدل إطلاق الخليط القابل للاشتعال من سطح المادة مساوياً لمعدل انتشار النار على طوله؛

الاحتراق مع الانفصال عن سطح المادة، عندما يكون معدل إطلاق الخليط القابل للاشتعال أكبر من سرعة انتشار اللهب على طوله.

ينقسم احتراق خليط الغاز والبخار والهواء إلى انتشار أو حركي.

الاحتراق الحركي هو احتراق الغازات القابلة للاحتراق الممزوجة مسبقًا والمؤكسد (أكسجين الهواء). هذا النوع من الاحتراق نادر للغاية في الحرائق. ومع ذلك، فإنه غالبا ما يوجد في العمليات التكنولوجية: اللحام بالغاز، والقطع، وما إلى ذلك.

أثناء الاحتراق الانتشاري، يدخل المؤكسد إلى منطقة الاحتراق من الخارج. ويأتي عادة من أسفل اللهب بسبب الفراغ الذي ينشأ عند قاعدته. في الجزء العلوي من اللهب، تخلق الحرارة المنبعثة أثناء عملية الاحتراق ضغطًا. يحدث تفاعل الاحتراق الرئيسي (الأكسدة) عند حدود اللهب، حيث أن مخاليط الغاز المتدفقة من سطح المادة تمنع المؤكسد من اختراق عمق اللهب (إزاحة الهواء). معظم الخليط القابل للاحتراق الموجود في وسط اللهب، والذي لم يدخل في تفاعل الأكسدة مع الأكسجين، هو منتجات الاحتراق غير الكامل (CO، CH4، الكربون، إلخ).

يمكن أن يكون الاحتراق المنتشر بدوره صفحيًا (هادئًا) ومضطربًا (غير متساوٍ في الزمان والمكان). يكون الاحتراق الصفحي مميزًا عندما تكون سرعة تدفق الخليط القابل للاحتراق من سطح المادة مساوية لسرعة انتشار اللهب على طوله. يحدث الاحتراق المضطرب عند سرعة العادم

الخليط القابل للاشتعال يتجاوز بشكل كبير سرعة انتشار اللهب. في هذه الحالة، تصبح حدود اللهب غير مستقرة بسبب الانتشار الكبير للهواء في منطقة الاحتراق. يحدث عدم الاستقرار أولاً في أعلى اللهب ثم ينتقل إلى القاعدة. يحدث هذا الاحتراق في الحرائق مع تطورها الحجمي (انظر أدناه).

لا يمكن احتراق المواد والمواد إلا بوجود كمية معينة من الأكسجين في الهواء. يتم تحديد محتوى الأكسجين، الذي يتم فيه استبعاد إمكانية احتراق المواد والمواد المختلفة، بشكل تجريبي. لذلك، بالنسبة للكرتون والقطن، يحدث الإطفاء الذاتي بنسبة 14٪ (حجم) أكسجين، وللصوف البوليستر - بنسبة 16٪ (حجم).

يعد التخلص من العامل المؤكسد (أكسجين الهواء) أحد إجراءات الوقاية من الحرائق. لذلك، يجب أن يتم تخزين السوائل القابلة للاشتعال والقابلة للاشتعال وكربيد الكالسيوم والمعادن القلوية والفوسفور في حاويات مغلقة بإحكام.

7.3.2. مصادر الاشتعال

الشرط الضروري لإشعال خليط قابل للاحتراق هو مصادر الاشتعال. تنقسم مصادر الاشتعال إلى نار مفتوحة وحرارة عناصر التدفئةوالأجهزة، والطاقة الكهربائية، وطاقة الشرر الميكانيكية، وتصريفات الكهرباء الساكنة والبرق، وطاقة عمليات التسخين الذاتي للمواد والمواد (الاحتراق التلقائي)، وما إلى ذلك. وينبغي إيلاء اهتمام خاص لتحديد مصادر الإشعال المتاحة في الإنتاج.

يتم أخذ المعلمات المميزة لمصادر الإشعال وفقًا لما يلي:

تبلغ درجة حرارة قناة البرق 30000 درجة مئوية مع شدة تيار تبلغ 200000 أمبير ووقت عمل يبلغ حوالي 100 ميكروثانية. تتجاوز طاقة تفريغ الشرارة الناتجة عن التأثير الثانوي للصاعقة 250 مللي جول وهي كافية لإشعال المواد القابلة للاحتراق بحد أدنى من طاقة الإشعال يصل إلى 0.25 جول. طاقة تفريغ الشرارة عند نقل إمكانات عالية إلى داخل المبنى من خلال الاتصالات المعدنية تصل بقيم 100 جول أو أكثر وهي كافية لإشعال جميع المواد القابلة للاحتراق.

العزل من مادة البولي فينيل كلورايد كابل كهربائي(الأسلاك) تشتعل عندما تكون نسبة تيار الدائرة القصيرة أكثر من 2.5.

تصل درجة حرارة جزيئات اللحام وجزيئات النيكل في المصابيح المتوهجة إلى 2100 درجة مئوية. درجة حرارة القطرة عند قطع المعدن هي 1500 درجة مئوية. تصل درجة حرارة القوس أثناء اللحام والقطع إلى 4000 درجة مئوية.

تتراوح منطقة تشتت الجزيئات أثناء ماس كهربائي على ارتفاع سلك 10 أمتار من 5 (احتمال التأثير 92٪) إلى 9 (احتمال التأثير 6٪) م؛ عندما يقع السلك على ارتفاع 3 م - من 4 (96٪) إلى 8 م (1٪)؛ عندما تكون على ارتفاع 1 م - من 3 (99٪) إلى 6 م (6٪).

تعتمد درجة الحرارة القصوى، درجة مئوية، على لمبة المصباح المتوهج على الطاقة، W: 25 وات - 100 درجة مئوية؛ 40 واط - 150 درجة مئوية؛ 75 واط - 250 درجة مئوية؛ 100 واط - 300 درجة مئوية؛ 150 واط - 340 درجة مئوية؛ 200 واط - 320 درجة مئوية؛ 750 واط - 370 درجة مئوية.

الشرر الكهرباء الساكنة، والتي تتشكل عندما يعمل الناس مع مواد عازلة متحركة، تصل إلى قيم من 2.5 إلى 7.5 مللي جول.

درجة حرارة اللهب (المشتعل) ووقت الاحتراق (المشتعل)، درجة مئوية (دقيقة)، لبعض مصادر الحرارة منخفضة السعرات الحرارية: السجائر المشتعلة - 320-410 (2-2.5)؛ سيجارة مشتعلة - 420-460 (26-30) ؛ مباراة مشتعلة - 620-640 (0.33).

للشرر مَداخِنوبيوت الغلايات وأنابيب قاطرات البخار والديزل وكذلك

الآلات الأخرى، الحرائق، ثبت أن الشرارة التي يبلغ قطرها 2 مم تكون خطرة على الحريق إذا كانت درجة حرارتها حوالي 1000 درجة مئوية، وقطرها من 3 مم - 800 درجة مئوية، وقطرها 5 مم - 600 درجة مئوية.

1.3.3. الاحتراق التلقائي

الاحتراق التلقائي متأصل في العديد من المواد والمواد القابلة للاشتعال. هذه هي السمة المميزة لهذه المجموعة من المواد.

يمكن أن يكون الاحتراق التلقائي من الأنواع التالية: الحراري والكيميائي والميكروبيولوجي.

يتم التعبير عن الاحتراق الحراري الذاتي في تراكم الحرارة بواسطة المادة، حيث يحدث التسخين الذاتي للمادة. تعتبر درجة حرارة التسخين الذاتي للمادة أو المادة مؤشراً على خطر الحريق. بالنسبة لمعظم المواد القابلة للاشتعال، يتراوح هذا المؤشر من 80 إلى 150 درجة مئوية: الورق - 100 درجة مئوية؛ لباد البناء - 80 درجة مئوية؛ جلدي - 40 درجة مئوية؛ الخشب: الصنوبر - 80، البلوط - 100، شجرة التنوب - 120 درجة مئوية؛ القطن الخام – 60 درجة مئوية.

يعد الاحتراق المطول قبل بداية الاحتراق المشتعل سمة مميزة لعمليات الاحتراق الحراري التلقائي. يتم الكشف عن هذه العمليات من خلال رائحة المواد المشتعلة الطويلة الأمد والمستمرة.

يتم ملاحظة مرحلتين في عملية الاحتراق: إنشاء اتصال جزيئي بين الوقود والمؤكسد (الفيزيائي) وتفاعل الجزيئات مع تكوين منتجات التفاعل (الكيميائية). تحدث المرحلة الثانية فقط عندما تصل الجزيئات إلى حالة (نشطة) نشطة أو نشطة كيميائيًا. يحدث الإثارة أو تنشيط الجزيئات أثناء الاحتراق بسبب تسخينها.

زمن الاحتراق الكامل لوحدة الكتلة من أي مادة ر زيتكون من الوقت اللازم لحدوث الاتصال الجسدي بين المادة القابلة للاشتعال والأكسجين الموجود في الهواء ر و(في حالة احتراق متجانسضخامة ر وويسمى وقت تكوين الخليط، وفي حالة غير متجانسة - وقت انتشار الأكسجين من الهواء إلى سطح الاحتراق الصلب) ووقت تفاعل الاحتراق الكيميائي نفسه ر س، إنه ر ز = ر و + ر س. اعتمادا على النسبة ر وو ر ستفرق انتشارو الحركيةالاحتراق.

أثناء احتراق الأنظمة القابلة للاحتراق غير المتجانسة كيميائيًا، ينتشر الأكسجين الجوي عبر منتجات الاحتراق إلى المادة القابلة للاحتراق ثم يدخل في تفاعل كيميائي معها. وقت ر وأكثر من ذلك بكثير ر سوعمليا ر ز @ ر و. ويسمى هذا النوع من الاحتراق بالاحتراق الانتشاري.

إذا كان الوقت ر و<، ثم يمكننا أن نقبل ر ز @ ر س. ويسمى هذا النوع من الاحتراق بالحركية.هذه هي الطريقة التي تحترق بها الأنظمة القابلة للاحتراق المتجانسة كيميائيًا، حيث يتم خلط جزيئات الأكسجين بالتساوي مع جزيئات المادة القابلة للاحتراق، ولا يتم قضاء أي وقت في تكوين الخليط.

إذا كانت مدة التفاعل الكيميائي والمرحلة الفيزيائية لعملية الاحتراق متناسبة، فإن الاحتراق يتم فيما يسمى المنطقة المتوسطة،حيث يتأثر معدل الحرق بالعوامل الكيميائية والفيزيائية.

يحدث احتراق أي مادة في مرحلة الغاز أو البخار. تتحول المواد السائلة والصلبة القابلة للاحتراق عند تسخينها إلى حالة أخرى - غاز أو بخار، وبعد ذلك تشتعل. أثناء الاحتراق المستمر، تعمل منطقة التفاعل كمصدر اشتعال لبقية المواد القابلة للاحتراق.

تسمى منطقة الوسط الغازي التي يحدث فيها تفاعل كيميائي مكثف يسبب التلألؤ والحرارة لهب. اللهب هو مظهر خارجي لتفاعلات الأكسدة المكثفة للمادة. عند حرق المواد الصلبة، ليس من الضروري وجود اللهب. أحد أنواع احتراق المواد الصلبة هو المشتعلة(الاحتراق عديم اللهب)، حيث تحدث تفاعلات كيميائية بسرعة منخفضة، ويسود توهج أحمر وتوليد حرارة ضعيف. من الممكن احتراق اللهب لجميع أنواع المواد والمواد القابلة للاشتعال في الهواء عندما يكون محتوى الأكسجين في منطقة الحريق 14% على الأقل من حيث الحجم، ويستمر احتراق المواد الصلبة القابلة للاشتعال حتى يصل محتوى الأكسجين إلى 6% تقريبًا.

وبالتالي، فإن الاحتراق هو عملية فيزيائية وكيميائية معقدة.

تعتمد نظرية الاحتراق الحديثة على المبادئ التالية. جوهر الاحتراق هو نقل إلكترونات التكافؤ إلى المادة المؤكسدة بواسطة المادة المؤكسدة. نتيجة لانتقال الإلكترونات، يتغير هيكل المستوى الإلكتروني الخارجي (التكافؤ) للذرة. ثم تنتقل كل ذرة إلى الحالة الأكثر استقرارًا في ظل الظروف المحددة. في العمليات الكيميائية، يمكن للإلكترونات أن تنتقل بالكامل من الغلاف الإلكتروني لذرات نوع ما إلى غلاف الذرات من نوع آخر. للحصول على فكرة عن هذه العملية، دعونا نلقي نظرة على بعض الأمثلة.

وهكذا، عندما يحترق الصوديوم في الكلور، تتخلى ذرات الصوديوم عن إلكترون واحد لذرات الكلور. وفي هذه الحالة يكون المستوى الإلكتروني الخارجي لذرة الصوديوم لديه ثمانية إلكترونات (بنية مستقرة)، والذرة التي فقدت إلكترونًا واحدًا تتحول إلى أيون موجب. فذرة الكلور التي تكتسب إلكترونًا واحدًا تملأ مستواها الخارجي بثمانية إلكترونات وتصبح الذرة أيونًا سالبًا. نتيجة لعمل القوى الكهروستاتيكية، تتجمع الأيونات ذات الشحنات المتعاكسة ويتكون جزيء كلوريد الصوديوم (الرابطة الأيونية).

نا + + C1 - → نا + C1 -

وفي عمليات أخرى، يبدو أن الإلكترونات الموجودة في الغلافين الخارجيين لذرتين مختلفتين تدخل في "الاستخدام المشترك"، وبالتالي تجمع الذرات معًا لتشكل جزيئات (رابطة تساهمية).

ح ∙ + · C1: → H: C1:

يمكن للذرات التبرع بإلكترون واحد أو أكثر من أجل "الاستخدام المشترك".

على سبيل المثال، يوضح الشكل 2 رسمًا تخطيطيًا لتكوين جزيء الميثان من ذرة كربون واحدة وأربع ذرات هيدروجين. تتم مشاركة أربعة إلكترونات من ذرات الهيدروجين وأربعة إلكترونات من مستوى الإلكترون الخارجي لذرة الكربون، ويتم "سحب" الذرات معًا لتكوين جزيء.

الشكل 2. مخطط تكوين جزيء الميثان

عقيدة الاحتراق لها تاريخها الخاص. من بين العلماء الذين درسوا عمليات الاحتراق، من الضروري ملاحظة أ.ن. باخ وك. إنجلر، الذي طور نظرية البيروكسيد للأكسدة، والتي بموجبها، عند تسخين نظام قابل للاحتراق، يتم تنشيط جزيء الأكسجين عن طريق كسر رابطة واحدة بين الذرات.

جزيء جزيء نشط

يتحد جزيء الأكسجين النشط بسهولة مع مادة قابلة للاشتعال ويشكل مركبًا من النوع R-O-O-R (بيروكسيد) وR-O-O-H (هيدروبيروكسيد)؛ هنا R هو الرمز الجذري. الجذور هي جسيمات (ذرات أو مجموعات ذرية) تحتوي على إلكترونات غير متزاوجة، على سبيل المثال، ، إلخ. مثال على هذا التفاعل:

CH 4 + -O-O- → -O-O-

هيدروبيروكسيد الميثيل

طاقة كسر الرابطة -О-О- في البيروكسيدات والبيروكسيدات المائية أقل بكثير من جزيء الأكسجين O2، لذا فهي شديدة التفاعل. عند تسخينها، فإنها تتحلل بسهولة لتشكل مواد أو جذور جديدة. هذا يولد الحرارة.

يرتبط التطوير الإضافي لنظرية الاحتراق بأعمال ن.ن. سيمينوف، الذي خلق نظرية التفاعلات المتسلسلة للاحتراقمما مكن من التعمق أكثر في فيزياء الظاهرة وشرح أنماط الاحتراق المختلفة، بما في ذلك الاشتعال الذاتي والاحتراق المؤدي إلى الانفجار. وبالإضافة إلى ذلك، فإن الفرق بين الفهم الحديث لآلية الاحتراق ونظرية البيروكسيد هو أن المرحلة الأولية من العملية ليست تفعيل جزيئات الأكسجين، ولكن تفعيل جزيئات المادة المؤكسدة.

الاحتراق المتجانس وغير المتجانس.

استنادا إلى الأمثلة التي تم النظر فيها، اعتمادا على حالة تجميع خليط الوقود والمؤكسد، أي. اعتمادًا على عدد المراحل في الخليط، هناك:

1. الاحتراق المتجانسغازات وأبخرة المواد القابلة للاشتعال في بيئة غازية مؤكسدة. وبالتالي، يحدث تفاعل الاحتراق في نظام يتكون من مرحلة واحدة (الحالة الإجمالية).

2. الاحتراق غير المتجانسالمواد الصلبة القابلة للاشتعال في بيئة مؤكسدة غازية. في هذه الحالة، يحدث التفاعل عند الواجهة، بينما يحدث تفاعل متجانس في جميع أنحاء الحجم.

هذا هو احتراق المعادن، الجرافيت، أي. عمليا مواد غير متطايرة. العديد من التفاعلات الغازية تكون ذات طبيعة متجانسة وغير متجانسة، عندما يكون احتمال حدوث تفاعل متجانس يرجع إلى أصل تفاعل غير متجانس في وقت واحد.

يحدث احتراق جميع المواد السائلة والعديد من المواد الصلبة، التي تنطلق منها الأبخرة أو الغازات (المواد المتطايرة)، في الطور الغازي. تلعب المراحل الصلبة والسائلة دور خزانات المنتجات المتفاعلة.

على سبيل المثال، يمر التفاعل غير المتجانس للاحتراق التلقائي للفحم إلى المرحلة المتجانسة لاحتراق المواد المتطايرة. تحترق بقايا فحم الكوك بشكل غير متجانس.

بناءً على درجة تحضير الخليط القابل للاحتراق، يتم تمييز الانتشار والاحتراق الحركي.

تتعلق أنواع الاحتراق التي تم النظر فيها (باستثناء المتفجرات) بالاحتراق الانتشاري. لهب، أي. ويجب تغذية منطقة الاحتراق المكونة من خليط من الوقود والهواء بشكل مستمر بالوقود والأكسجين لضمان استقرارها. يعتمد إمداد الغاز القابل للاحتراق فقط على سرعة إمداده إلى منطقة الاحتراق. ويعتمد معدل دخول السائل القابل للاشتعال على شدة تبخره، أي: على ضغط البخار فوق سطح السائل، وبالتالي على درجة حرارة السائل. درجة حرارة الاشتعالهي أدنى درجة حرارة للسائل لا ينطفئ عندها اللهب الموجود فوق سطحه.

يختلف احتراق المواد الصلبة عن احتراق الغازات بوجود مرحلة من التحلل والتغويز مع اشتعال لاحق لمنتجات الانحلال الحراري المتطايرة.

الانحلال الحراري- وهو تسخين المواد العضوية إلى درجات حرارة عالية دون وصول الهواء إليها. في هذه الحالة، يحدث تحلل أو تقسيم المركبات المعقدة إلى مركبات أبسط (فحم الكوك، تكسير الزيت، التقطير الجاف للخشب). ولذلك، فإن احتراق مادة صلبة قابلة للاحتراق إلى منتج احتراق لا يتركز فقط في منطقة اللهب، بل له طابع متعدد المراحل.

يؤدي تسخين الطور الصلب إلى التحلل وانبعاث الغازات التي تشتعل وتحترق. تعمل حرارة الشعلة على تسخين الطور الصلب، مما يؤدي إلى تحوله إلى غاز وتكرار العملية، وبالتالي الحفاظ على الاحتراق.


يفترض نموذج الاحتراق الصلب وجود المراحل التالية (الشكل 17):

أرز. 17. نموذج الاحتراق

مادة صلبة.

الاحماء المرحلة الصلبة. بالنسبة للمواد الذائبة، يحدث الذوبان في هذه المنطقة. يعتمد سمك المنطقة على درجة حرارة توصيل المادة؛

الانحلال الحراري، أو منطقة التفاعل في المرحلة الصلبة، والتي تتشكل فيها مواد غازية قابلة للاشتعال؛

اللهب المسبق في المرحلة الغازية، حيث يتم تشكيل خليط مع عامل مؤكسد؛

اللهب، أو منطقة التفاعل في الطور الغازي، حيث يتم تحويل منتجات الانحلال الحراري إلى منتجات احتراق غازية؛

منتجات الاحتراق.

يعتمد معدل إمداد الأكسجين إلى منطقة الاحتراق على انتشاره عبر منتج الاحتراق.

وبشكل عام بما أن معدل التفاعل الكيميائي في منطقة الاحتراق في أنواع الاحتراق قيد النظر يعتمد على معدل دخول المكونات المتفاعلة وسطح اللهب من خلال الانتشار الجزيئي أو الحركي، فإن هذا النوع من الاحتراق يسمى انتشار.

يتكون هيكل لهب الاحتراق المنتشر من ثلاث مناطق (الشكل 18):

المنطقة 1 تحتوي على غازات أو أبخرة. لا يوجد احتراق في هذه المنطقة. لا تتجاوز درجة الحرارة 500 درجة مئوية. يحدث التحلل والانحلال الحراري للمواد المتطايرة والتسخين إلى درجة حرارة الاشتعال الذاتي.

أرز. 18. هيكل اللهب.

في المنطقة 2، يتكون خليط من الأبخرة (الغازات) مع الأكسجين الجوي ويحدث الاحتراق غير الكامل لثاني أكسيد الكربون مع اختزال جزئي للكربون (قليل من الأكسجين):

C n H m + O 2 → CO + CO 2 + H 2 O؛

في المنطقة الخارجية الثالثة، يحدث الاحتراق الكامل لمنتجات المنطقة الثانية ويتم ملاحظة أقصى درجة حرارة للهب:

2CO+O 2 =2CO 2 ;

يتناسب ارتفاع اللهب مع معامل الانتشار ومعدل تدفق الغاز ويتناسب عكسيا مع كثافة الغاز.

جميع أنواع الاحتراق الانتشاري متأصلة في الحرائق.

الحركيةالاحتراق هو احتراق الغاز القابل للاشتعال أو البخار أو الغبار الممزوج مسبقًا مع مادة مؤكسدة. في هذه الحالة، يعتمد معدل الاحتراق فقط على الخواص الفيزيائية والكيميائية للخليط القابل للاحتراق (الموصلية الحرارية، والقدرة الحرارية، والاضطراب، وتركيز المواد، والضغط، وما إلى ذلك). وبالتالي فإن معدل الحرق يزيد بشكل حاد. هذا النوع من الاحتراق متأصل في الانفجارات.

في هذه الحالة، عند إشعال الخليط القابل للاحتراق في أي نقطة، تتحرك جبهة اللهب من منتجات الاحتراق إلى الخليط الطازج. وبالتالي، فإن اللهب أثناء الاحتراق الحركي يكون في أغلب الأحيان غير مستقر (الشكل 19).

أرز. 19. مخطط انتشار اللهب في خليط قابل للاحتراق: - مصدر الاشتعال. - اتجاه حركة جبهة اللهب .

على الرغم من أنه إذا قمت أولاً بخلط الغاز القابل للاشتعال مع الهواء وإدخاله في الموقد، فعند الاشتعال، سيتشكل لهب ثابت، بشرط أن يكون معدل تدفق الخليط مساوياً لسرعة انتشار اللهب.

في حالة زيادة سرعة إمداد الغاز، ينفصل اللهب عن الموقد وقد ينطفئ. وإذا انخفضت السرعة، فسيتم سحب اللهب إلى الموقد مع احتمال حدوث انفجار.

حسب درجة الاحتراق، أي. اكتمال رد فعل الاحتراق على المنتجات النهائية، ويحدث الاحتراق كاملة وغير كاملة.

لذلك في المنطقة 2 (الشكل 18) يكون الاحتراق غير كامل، لأن لا يوجد ما يكفي من إمدادات الأكسجين، والتي يتم استهلاكها جزئيا في المنطقة 3، وتتشكل المنتجات الوسيطة. يحترق الأخير في المنطقة 3، حيث يوجد المزيد من الأكسجين، حتى الاحتراق الكامل. يشير وجود السخام في الدخان إلى احتراق غير كامل.

مثال آخر: عند نقص الأكسجين يحترق الكربون ويتحول إلى أول أكسيد الكربون:

إذا أضفت O، فسيكتمل التفاعل:

2СО+O 2 =2СО 2.

ويعتمد معدل الاحتراق على طبيعة حركة الغازات. ولذلك، يتم التمييز بين الاحتراق الصفحي والمضطرب.

وهكذا، مثال على الاحتراق الصفحي هو لهب الشمعة في الهواء الساكن. في الاحتراق الصفحيطبقات من الغازات تتدفق بشكل متوازٍ دون حدوث دوامات.

الاحتراق المضطرب- الحركة الدوامية للغازات، حيث تختلط غازات الاحتراق بشكل مكثف وتكون جبهة اللهب غير واضحة. الحد الفاصل بين هذه الأنواع هو معيار رينولدز، الذي يميز العلاقة بين قوى القصور الذاتي وقوى الاحتكاك في التدفق:

أين: ش- سرعة تدفق الغاز.

ن- اللزوجة الحركية.

ل- الحجم الخطي المميز.

رقم رينولدز الذي يحدث عنده انتقال الطبقة الحدودية الصفحية إلى الطبقة المضطربة يسمى Re cr، Re cr ~ 2320.

يزيد الاضطراب من معدل الاحتراق بسبب زيادة كثافة انتقال الحرارة من منتجات الاحتراق إلى الخليط الطازج.

 


يقرأ:



فوندو الجبن محلي الصنع

فوندو الجبن محلي الصنع

فوندو الجبن، الوصفة التي سننظر فيها بعد قليل، من الجيد تقديمها على طاولة الأعياد. لكن لسوء الحظ، ليس الجميع يعرف كيف يفعل...

سلطة مع الدجاج والجبن والخبز المحمص

سلطة مع الدجاج والجبن والخبز المحمص

تتكون السلطة من منتجات بسيطة وبأسعار معقولة. لكن كل منتج يتطلب تحضيرًا أوليًا، لذلك لا يتم طهي السلطة بسرعة كبيرة....

وصفة رم بابا - طريقة التحضير والنقع

وصفة رم بابا - طريقة التحضير والنقع

هذه حلوى يمكن أن تحول حتى الحياة اليومية إلى عطلة - عجينة خميرة خفيفة ورقيقة منقوعة في شراب، ورائحة الروم المذهلة في كل...

السندويشات الساخنة مع الإسبرط

السندويشات الساخنة مع الإسبرط

مرحبًا أصدقاء وضيوف مدونتي! أقترح عليك إلقاء نظرة على مجموعة كبيرة من هذا الطبق الرائع. موافق ، من الصعب أن نتخيل ...

صورة تغذية آر إس إس