A kinetikus égés tüzelőanyag és oxidálószer előre összekevert keverékének elégetése.

Ebben az esetben a láng az éghető keveréken keresztül minden irányba szétterjed. A lángok által elnyelt térfogat megnő. A láng mindig az el nem égett keverék felé terjed.

Rizs. 7.1. Előkevert homogén keveréken keresztül a láng terjedésének sémája: 1 – kezdeti éghető keverék; 2 – lángfront; 3 - égéstermékek; d f.p. – lángfront vastagság

A keskeny sáv a kezdeti keverék (1) és az égéstermékek (PG) (3) között a láng (2). A legtöbb levegős szénhidrogén-keveréknél ennek a csíknak a vastagsága 0,1-1,0 mm. Ez az égési zóna vagy lángfront. Kémiai reakció játszódik le benne, és az összes hő felszabadul. A ragyogás a benne lévő CH, HCO, C2 stb. gyökök eredménye.

Így a lángfront egy keskeny világító zóna, amely elválasztja az ÜHG-t és az eredeti éghető keveréket.

A lángfrontban a kémiai égési reakció következtében a kiindulási komponensek koncentrációja hirtelen nullára csökken, a hőmérséklet eléri a maximális értéket. A molekuláris hővezető képesség miatt a reakciózóna előtti hőmérséklet az éghető keverék kezdeti hőmérsékletéről monoton módon az égési hőmérséklethez közeli hőmérsékletre emelkedik, fizikai fűtőzónát képezve.

Mivel a lángzóna vastagsága általában nem haladja meg a mm töredékeit, a lángfrontot hagyományosan síknak tekintik.

Ha a lángfront mozog, akkor a lángot hívják nem helyhez kötött, ha nem mozdul – helyhez kötött.

A fő jellemzők a következők:

A normál lángterjedési sebesség az a sebesség, amellyel a lángfront az el nem égett gázhoz képest a felületére merőleges irányban elmozdul. A normál sebesség a sorozat függvénye fizikai és kémiai tulajdonságok keveréket és a kémiai reakció sebességét égési hőmérsékleten.

Ez a gáznemű anyagok egyik tűzveszélyes jellemzője. Mivel az éghető keverék fizikai-kémiai tulajdonságai határozzák meg, alapvetőnek is nevezik.

Tömeges kiégési arány. Ez az egységnyi idő alatt elégetett anyag tömege a lángfront egységnyi felületéről.

Két elmélet létezik, amely megmagyarázza a lángok éghető keveréken keresztüli terjedésének természetét.

A diffúziós elmélet szerint a lángfront mozgása az égési zónában képződő aktív részecskék - gyökök - friss keverékbe való diffúziója következtében jön létre, ahol kémiai reakciót indítanak el.

A hőelmélet szerint a lángfront mozgása a hővezetéssel a friss keverékbe történő hőátadás révén valósul meg, aminek következtében az utóbbi öngyulladási hőmérsékletre melegszik, majd kémiai reakció következik be.

Valójában mindkét elméletnek vannak elemei, mert a folyamat nagyon összetett.

Befolyásoló tényezők normál sebesség:

Az éghető keverék koncentrációja és összetétele.

Elméletileg az u n-nek j st-nél kell a maximumnak lennie. Szinte a maximum a sztöchiometrikus aránynál (a hüvelyknél) több üzemanyagot tartalmazó keverékben fordul elő< 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.

Flegmatizálók (N 2, CO 2, H 2 O (gőz), Ar stb.) jelenléte.

Hígító hatás figyelhető meg, ami a reakciósebesség, a hőképződés és az u n csökkenésével jár. A flegmatizáló gázok hatékonyságát termofizikai tulajdonságaik határozzák meg.

Az éghető keverék hőmérséklete (kezdeti). A T o növekedésével az éghető keverék hőmérséklete nő: T g = T o + Q n /(ås p i V PG i)

Homogén és heterogén égés.

A vizsgált példák alapján az üzemanyag és az oxidálószer keverékének aggregációs állapota alapján ᴛ.ᴇ. a keverék fázisainak számától függően a következők vannak:

1. Homogén égés gyúlékony anyagok gázai és gőzei gáznemű oxidáló környezetben. Az égési reakció azonban egy fázisból (aggregált állapot) álló rendszerben megy végbe.

2. Heterogén égés szilárd gyúlékony anyagok gáz halmazállapotú oxidáló környezetben. Ebben az esetben a reakció a határfelületen megy végbe, míg a homogén reakció az egész térfogatban megy végbe.

Ez a fémek, a grafit elégetése​ ᴛ.ᴇ. gyakorlatilag nem illékony anyagok. Sok gázreakció homogén-heterogén jellegű, amikor a homogén reakció bekövetkezésének lehetősége egy egyidejűleg heterogén reakció eredetéből adódik.

Minden folyékony és sok szilárd anyag égése, amelyből gőzök vagy gázok (illékony anyagok) szabadulnak fel, gázfázisban megy végbe. A szilárd és folyékony fázisok a reagáló termékek tartályaiként játszanak szerepet.

Például a szén spontán égésének heterogén reakciója az illékony anyagok égésének homogén fázisába megy át. A kokszmaradék heterogénen ég.

Az éghető keverék elkészítési foka alapján diffúziót és kinetikus égést különböztetünk meg.

A figyelembe vett égési módok (a robbanóanyagok kivételével) a diffúziós égéshez kapcsolódnak. Láng, ᴛ.ᴇ. A tüzelőanyag-levegő keverék égési zónáját folyamatosan táplálni kell üzemanyaggal és oxigénnel a stabilitás biztosítása érdekében. Az éghető gáz ellátása csak az égési zónába való betáplálás sebességétől függ. A gyúlékony folyadék bejutásának sebessége a párolgás intenzitásától függ, ᴛ.ᴇ. a folyadék felszíne feletti gőznyomásra, és ennek következtében a folyadék hőmérsékletére. Gyulladási hőmérséklet A folyadék legalacsonyabb hőmérsékletét szokás nevezni, amelynél a felület feletti láng nem alszik ki.

A szilárd anyagok égése különbözik a gázok égésétől a bomlás és az elgázosítás szakaszában, amelyet az illékony pirolízistermékek meggyulladása követ.

Pirolízis- fűtés szerves anyag magas hőmérsékletre levegő hozzáférés nélkül. Ebben az esetben az összetett vegyületek egyszerűbbekre bomlanak, vagy hasadnak (szén kokszolása, olaj megrepedése, fa száraz desztillációja). Emiatt a szilárd éghető anyag égéstermékké való égése nem csak a lángzónában koncentrálódik, hanem többlépcsős jellegű.

A szilárd fázis melegítése bomlást és gázok felszabadulását okozza, amelyek meggyulladnak és égnek. A fáklyából származó hő felmelegíti a szilárd fázist, ami elgázosítja, és a folyamat megismétlődik, fenntartva ezzel az égést.

A szilárd égésmodell a következő fázisok jelenlétét feltételezi (17. ábra):

Rizs. 17. Égési modell

szilárd anyag.

A szilárd fázis felmelegítése. Az olvadó anyagoknál az olvadás ebben a zónában történik. A zóna vastagsága az anyag vezetőképességi hőmérsékletétől függ;

Pirolízis, vagy szilárd fázisú reakciózóna, amelyben gáz halmazállapotú gyúlékony anyagok képződnek;

Előláng a gázfázisban, amelyben oxiddal keverék képződik;

Láng, vagy gázfázisú reakciózóna, amelyben a pirolízis termékei gáznemű égéstermékekké alakulnak;

Égési termékek.

Az égési zóna oxigénellátásának sebessége az égésterméken keresztüli diffúziójától függ.

Általánosságban elmondható, hogy mivel az égési zónában a kémiai reakció sebessége a szóban forgó égéstípusokban a reagáló komponensek és a lángfelület molekuláris vagy kinetikus diffúzió útján történő bejutásának sebességétől függ, ez a típuségést hívják diffúzió.

A diffúziós égésláng szerkezete három zónából áll (18. ábra):

Az 1. zóna gázokat vagy gőzöket tartalmaz. Ebben a zónában nincs égés. A hőmérséklet nem haladja meg az 500 0 C-ot. Lebomlik, az illékony anyagok pirolízise és öngyulladási hőmérsékletre melegszik.

Rizs. 18. Lángszerkezet.

A 2. zónában gőzök (gázok) keveréke képződik a légköri oxigénnel, és tökéletlen égés megy végbe CO-vá, részleges szénné redukálva (kevés oxigén):

C n H m + O 2 → CO + CO 2 + H 2 O;

A 3. külső zónában a második zóna termékeinek teljes égése megtörténik, és megfigyelhető a maximális lánghőmérséklet:

2CO+O2=2CO2;

A láng magassága arányos a diffúziós együtthatóval és a gáz áramlási sebességével, és fordítottan arányos a gáz sűrűségével.

A diffúziós égés minden típusa a tüzek velejárója.

KinetikusÉgésnek szokták nevezni előre összekevert gyúlékony gáz, gőz vagy por oxidálószerrel való elégetését. Ebben az esetben az égési sebesség csak az éghető keverék fizikai-kémiai tulajdonságaitól (hővezetőképesség, hőkapacitás, turbulencia, anyagkoncentráció, nyomás stb.) függ. Emiatt az égési sebesség meredeken növekszik. Ez a fajta égés a robbanások velejárója.

Ebben az esetben, amikor az éghető keveréket bármely ponton meggyújtják, a lángfront az égéstermékekből a friss keverékbe kerül. Így a láng a kinetikus égés során legtöbbször ingatag (19. ábra).

Rizs. 19. A láng terjedésének sémája éghető keverékben: - gyújtóforrás; - a lángfront mozgásának iránya.

Bár ha a gyúlékony gázt levegővel előkeverjük és az égőbe tápláljuk, akkor meggyújtáskor álló láng keletkezik, feltéve, hogy a keverék áramlási sebessége megegyezik a láng terjedési sebességével.

A gázellátás sebességének növelése esetén a láng kiszakad az égőből, és kialudhat. És ha a sebességet csökkentik, a láng egy esetleges robbanással az égőbe kerül.

Égési fok szerint, ᴛ.ᴇ. a végtermékek égési reakciójának teljessége, az égés megtörténik teljes és hiányos.

Tehát a 2. zónában (18. ábra) az égés nem teljes, mert A 3. zónában nem elegendő az oxigénellátás, ami részben elfogy, és közbenső termékek keletkeznek. Ez utóbbiak a 3. zónában égnek ki, ahol több az oxigén, egészen a teljes égésig. A füstben lévő korom hiányos égést jelez.

Egy másik példa: oxigénhiány esetén a szén szén-monoxiddá ég:

Ha hozzáadunk O-t, a reakció befejeződik:

2СО+O 2 =2СО 2.

Az égési sebesség a gázok mozgásának természetétől függ. Emiatt különbséget tesznek lamináris és turbulens égés között.

Így a lamináris égés egyik példája a gyertyaláng csendes levegőben. Nál nél lamináris égés a gázrétegek párhuzamosan, örvénylés nélkül áramlanak.

Turbulens égés– gázok örvénymozgása, melyben az égési gázok intenzíven keverednek és a lángfront elmosódik. E típusok közötti határ a Reynolds-kritérium, amely az áramlási tehetetlenségi és súrlódási erők közötti kapcsolatot jellemzi:

Ahol: u- gázáramlási sebesség;

n- kinetikus viszkozitás;

l– jellegzetes lineáris méret.

Azt a Reynolds-számot, amelynél a lamináris határréteg turbulenssé alakul át, általában kritikus Re cr, Re cr ~ 2320-nak nevezik.

A turbulencia növeli az égési sebességet az égéstermékekből a friss keverékbe történő intenzívebb hőátadás miatt.

Diffúzió és kinetikus égés. - koncepció és típusok. A "Diffúziós és kinetikus égés" kategória osztályozása és jellemzői. 2017, 2018.

Minden gyúlékony (éghető) anyag tartalmaz szenet és hidrogént - az égési reakcióban részt vevő gáz-levegő keverék fő összetevőit. A gyúlékony anyagok és anyagok gyulladási hőmérséklete változó, és a legtöbb esetben nem haladja meg a 300°C-ot.

Az égés fizikai-kémiai alapja egy anyag vagy anyag hőbomlása szénhidrogén gőzökké és gázokká, amelyek magas hőmérséklet hatására oxidálószerrel (levegő oxigénjével) kémiai reakcióba lépnek, és az égés során átalakul szén-dioxid (szén-dioxid), szén-monoxid (szén-monoxid), korom (szén) és víz, és ez hő- és fénysugárzást termel.

A gyulladás a láng terjedésének folyamata gáz-gőz-levegő keveréken keresztül. Ha a gyúlékony gőzök és gázok áramlási sebessége az anyag felületéről megegyezik a láng terjedési sebességével, akkor stabil lángos égés figyelhető meg. Ha a láng sebessége nagyobb, mint a gőzök és gázok áramlási sebessége, akkor a gáz-gőz-levegő keverék kiég, és a láng magától kialszik, azaz. vaku.

A gázáramlás sebességétől és a rajtuk keresztül terjedő láng sebességétől függően megfigyelhető:

égés az anyag felületén, ha a gyúlékony keveréknek az anyag felületéről való felszabadulási sebessége megegyezik a tűz terjedésének sebességével;

égés az anyag felületétől való elválasztással, amikor a gyúlékony keverék felszabadulásának sebessége nagyobb, mint a láng terjedési sebessége.

A gáz-gőz-levegő keverék égetését diffúzióra vagy kinetikusra osztják.

A kinetikus égés előre összekevert éghető gázok és egy oxidálószer (levegő oxigén) elégetése. Ez a fajta égés rendkívül ritka tüzeknél. Gyakran előfordul azonban a technológiai folyamatokban: gázhegesztés, vágás stb.

A diffúziós égés során az oxidálószer kívülről kerül az égési zónába. Általában a láng alulról jön a vákuumnak köszönhetően, amely az alján keletkezik. A láng tetején az égési folyamat során felszabaduló hő nyomást hoz létre. A fő égési reakció (oxidáció) a láng határán megy végbe, mivel az anyag felületéről kiáramló gázelegyek megakadályozzák, hogy az oxidálószer mélyen a lángba hatoljon (kiszorítja a levegőt). Az oxigénnel oxidációs reakcióba nem lépő láng középpontjában lévő éghető keverék nagy része tökéletlen égés terméke (CO, CH4, szén stb.).

A diffúziós égés viszont lehet lamináris (nyugodt) és turbulens (időben és térben egyenetlen). A lamináris égés akkor jellemző, ha az éghető keverék áramlási sebessége az anyag felületéről megegyezik a láng azon haladási sebességével. Turbulens égés történik, amikor a kipufogó sebesség

gyúlékony keverék jelentősen meghaladja a láng terjedési sebességét. Ebben az esetben a láng határa instabillá válik a levegőnek az égési zónába való nagy diffúziója miatt. Az instabilitás először a láng tetején jelentkezik, majd az alapra költözik. Az ilyen égés a tüzek térfogati fejlődésével együtt történik (lásd alább).

Az anyagok és anyagok elégetése csak bizonyos mennyiségű oxigén mellett lehetséges. Az oxigéntartalom, amelynél kizárt a különféle anyagok és anyagok égésének lehetősége, kísérleti úton kerül megállapításra. Tehát a karton és a pamut esetében az önkioltás 14% (térf.) oxigénnél, a poliészter gyapjú esetében pedig 16% (térf.).

Az oxidálószer (levegő oxigén) eltávolítása az egyik tűzvédelmi intézkedés. Ezért a gyúlékony és éghető folyadékok, kalcium-karbid, alkálifémek, foszfor tárolását szorosan lezárt tartályokban kell végezni.

7.3.2. Gyújtóforrások

Az éghető keverék meggyulladásának szükséges feltétele a gyújtóforrás. A gyújtóforrásokat nyílt tűzre, hőre osztják fűtőelemekés eszközök, elektromos energia, mechanikai szikrák energiája, statikus elektromosság és villámkisülések, anyagok és anyagok önmelegedési folyamatainak energiája (spontán égés) stb. Különös figyelmet kell fordítani a gyártás során elérhető gyújtóforrások azonosítására.

A gyújtóforrások jellemző paramétereit a következők szerint veszik:

A villámcsatorna hőmérséklete 30 000°C, áramerőssége 200 000 A, működési ideje körülbelül 100 μs. A villámcsapás másodlagos becsapódásából származó szikrakisülés energiája meghaladja a 250 mJ-t, és elegendő az éghető anyagok meggyújtásához, legfeljebb 0,25 J gyújtási energiával. A szikrakisülések energiája, amikor fémkommunikáción keresztül nagy potenciált juttatnak az épületbe, eléri a következőt: 100 J vagy nagyobb érték, ami elegendő az összes éghető anyag meggyújtásához.

Polivinil-klorid szigetelés elektromos kábel(vezetékek) meggyullad, ha a rövidzárlati áramarány nagyobb, mint 2,5.

Az izzólámpák hegesztési részecskéinek és nikkelrészecskéinek hőmérséklete eléri a 2100°C-ot. A cseppek hőmérséklete fémvágáskor 1500°C. Az ív hőmérséklete hegesztés és vágás közben eléri a 4000°C-ot.

A részecskék szóródási zónája rövidzárlat során 10 m vezetékmagasságnál 5-től (92% az ütközés valószínűsége) 9-ig (az ütközés valószínűsége 6%) m; ha a vezeték 3 m magasságban van - 4 (96%) és 8 m (1%) között; ha 1 m magasságban helyezkedik el - 3 (99%) és 6 m (6%) között.

Az izzólámpa izzóján a maximális hőmérséklet, °C, a teljesítménytől függ, W: 25 W - 100 °C; 40 W - 150 °C; 75 W - 250 °C; 100 W - 300 °C; 150 W - 340 °C; 200 W - 320 °C; 750 W - 370°C.

Sparks statikus elektromosság 2,5 és 7,5 mJ közötti értékeket ér el, amikor az emberek mozgó dielektromos anyagokkal dolgoznak.

Néhány alacsony kalóriatartalmú hőforrás lánghőmérséklete (parázslás) és égési ideje (parázslás), °C (perc): parázsló cigaretta - 320-410 (2-2,5); parázsló cigaretta - 420-460 (26-30); égő gyufa - 620-640 (0,33).

A szikrákért kémények, kazánházak, gőz- és dízelmozdonyok csövei, valamint

egyéb gépek, tüzek, megállapították, hogy a 2 mm átmérőjű szikra akkor tűzveszélyes, ha hőmérséklete kb. 1000°C, átmérője 3 mm - 800°C, átmérője pedig 5 mm -600°C.

1.3.3. Öngyulladás

A spontán égés számos gyúlékony anyag és anyag velejárója. Ez az anyagcsoport megkülönböztető jellemzője.

A spontán égés a következő típusú lehet: termikus, kémiai, mikrobiológiai.

A termikus spontán égés az anyag hőfelhalmozódásában fejeződik ki, amely során az anyag önmelegedése következik be. Egy anyag vagy anyag önmelegedési hőmérséklete jelzi annak tűzveszélyét. A legtöbb gyúlékony anyag esetében ez a mutató 80 és 150 °C között van: papír - 100 °C; építési filc - 80°C; műbőr - 40°C; fa: fenyő - 80, tölgy - 100, luc - 120°C; nyers pamut - 60°C.

A lángos égés kezdete előtti hosszan tartó parázslás a termikus spontán égési folyamatok jellegzetes jellemzője. Ezeket a folyamatokat a parázsló anyag hosszan tartó és tartós szaga érzékeli.

Az égési folyamatban két szakasz figyelhető meg: molekuláris érintkezés létrehozása az üzemanyag és az oxidálószer között (fizikai), valamint a molekulák kölcsönhatása reakciótermékek képződésével (kémiai). A második szakasz csak akkor következik be, amikor a molekulák energetikailag vagy kémiailag gerjesztett (aktív) állapotba kerülnek. A molekulák gerjesztése vagy aktiválása az égés során felmelegedésük miatt következik be.

Bármely anyag egységnyi tömegének teljes égésének ideje t g a gyúlékony anyag és a levegő oxigénje közötti fizikai érintkezéshez szükséges időből áll t f(amikor homogén égés nagyságrendű t f a keverék képződésének idejét, heterogén esetén pedig az oxigén levegőből a szilárd égési felületre történő diffúziós idejét) és magának a kémiai égési reakciónak az idejét. t x, vagyis t g =t f +t x. Az aránytól függően t fÉs t x megkülönböztetni diffúzióÉs kinetikuségés.

A kémiailag heterogén éghető rendszerek égése során a levegő oxigénje az égéstermékeken keresztül az éghető anyaghoz diffundál, majd kémiai reakcióba lép vele. Idő t f Sokkal nagyobb t xés gyakorlatilag t g @ t f. Ezt a fajta égést diffúziós égésnek nevezik.

Ha idő t f<, akkor elfogadhatjuk t g @ t x. Ezt a fajta égést kinetikusnak nevezik.Így égnek a kémiailag homogén éghető rendszerek, amelyekben az oxigénmolekulák egyenletesen keverednek az éghető anyag molekuláival, és nem fordítanak időt a keverékképzésre.