 |
|
|
Архитектура Астрономия Аудит Биология Ботаника Бухгалтерский учёт Войное дело Генетика География Геология Дизайн Искусство История Кино Кулинария Культура Литература Математика Медицина Металлургия Мифология Музыка Психология Религия Спорт Строительство Техника Транспорт Туризм Усадьба Физика Фотография Химия Экология Электричество Электроника Энергетика |
ФИЗИКО-ХИМИЧЕСКИЕ ПРОЦЕССЫ ПРИ ГОРЕНИИ
Процессами горения занимались отечественные и зарубежные ученые и инженеры. Основоположник современной тепловой модели горения является В.А. Михельсон. Автор теории разветвленных цепных реакций, которая является основой положений о механизме горения – Н.Н. Семенов. Кинетика (скорость) химических реакций горения исследовалась – В.Н. Кондратьевым, Н.М. Эмануэль, Зельдович, Франк-Каменецким, Предводителевым, Беляевым, Андреевым, Лейпунским. Рассмотрим понятия, термины и определения в теории горения и взрыва, условия возникновения и развития процессов горения, основы теплового и цепного механизмов воспламенения и горения. Под горением понимают быстрый физико-химический окислительно-восстановительный процесс с выделением тепла, способный к самораспространению и часто сопровождающийся свечением и образованием пламени. Классические примеры горения – реакции окисления органических веществ или углерода кислородом воздуха: горение каменного угля, нефти, дров и т.д. Процесс горения является сложным и состоит из многих связанных между собой отдельных процессов, как физических, так и химических. Физика горения сводится к процессам тепломассообмена а переноса в реакционной зоне. Химия горения заключается в протекании о-в реакций, состоящих из ряда элементарных актов и связанных с переходом электронов от одних атомов в веществе к другим – от восстановителю к окислителю. Окислительно-восстановительные реакции горения могут быть межмолекулярными и внутримолекулярными: – межмолекулярные реакции протекают с изменением степени окисления атомов в разных молекулах; – внутримолекулярные реакции горения протекают с изменением степени окисления атомов в одной и той же молекуле (обычно это реакция термического разложения веществ). Горение – относительно быстрый процесс, поэтому к горению относя не все о-в реакции. Медленные реакции (низкотемпературное окисление, биохимическое) и слишком быстрые (взрывчатое превращение) не входят в понятие горения. Горение обусловливают реакции, время протекания которых обычно измеряется секундами или долями секунд. Горение сопровождается выделением тепла, поэтому к горению приводят экзотермические реакции. Горение – самоподдерживающийся за счет энергии процесс, поэтому горение обуславливают те экзотермические реакции, суммарная теплота которых достаточна для самораспространения. На практике используют реакции горения, теплота которых достаточна для получения полезного эффекта. Реакции, идущие с затратой тепла извне, не относятся к горению. В понятие горения включены самые разнообразные химические реакции между элементами и их соединениями и реакции распада соединений. Горение происходит не только за счет образования оксидов, но и фторидов, хлоридов, нитридов; кроме того – боридов, карбидов, силицидов ряда металлов. Выделение тепла и горение могут происходить при образовании сульфидов и фосфидов некоторых элементов. Энергия, выделяющаяся при горении в результате протекания химических реакций, расходуется на поддержание процесса горения, а часть ее рассеивается в окружающее пространство. Стационарное (устойчивое) горение наступает при равенстве теплоприхода и теплорасхода на подготовку к горению очередных порций вещества. В процессе горения обязательны 2 этапа: – создание молекулярного контакта между реагентами и – само взаимодействие молекул с образованием продуктов реакции. Скорость превращения исходных продуктов в конечные зависит от скоростисмешения реагентов и от скорости химической реакции. В предельном случае характеристики горения могут определяться только скоростью химического взаимодействия – кинетическими константами и факторами (кинетический режим горения), или только скоростью смешения – диффузии (диффузионный режим горения). Вещества, участвующие в горении, могут быть в газообразном, жидком и твердом состоянии, перемешаны между собой или не перемешаны. Если в системе отсутствуют поверхности раздела между реагентами, то такую систему называют гомогенной, если имеются поверхности раздела – гетерогенной. Горение часто сопровождается свечением продуктов сгорания и образованием пламени. Пламя – газообразная среда, включающая диспергированные конденсированные продукты, в которой происходит физико-химические превращения реагентов. Для газообразных систем весь процесс горения протекает в пламени. При горении конденсированных систем часть физико-химичсеких превращений (нагревание, плавление, испарение, начальное разложение и взаимодействие реагентов может происходить вне пламени. Известно беспламенное горение, когда процесс протекает только в конденсированной системе практически без газообразования и диспергирования (горение смеси металлов с неметаллами). Пламя характеризуется видимым излучением, но известны и прозрачные пламена. Наиболее высокотемпературную часть пламени называют основной реакционной зоной, фронтом пламени. После инициирования процесса горения, он распространяется по всему объему. В отличие от взрыва процесс горения распространяется со скоростью, не превышающей скорость звука. Если реагенты перед началом горения не были перемешаны, то горение и пламя называют диффузионным, т.к. смешение горючего с окислителем достигается путем диффузии. Простой пример – пламя свечи, здесь окислитель (кислород) и горючее – органическое вещество фитиля (лен, хлопок). Если реагенты предварительно перемешаны (гомогенная смесь), процесс горения называют гомогенным горением. Гетерогенное горение происходит на поверхности раздела фаз. Одно из реагирующих веществ находится в конденсированной фазе, другое (кислород) другое – в газовой фазе. Примерами гетерогенного горения – горение угля, нелетучих металлов. В технике при горении не всегда выполняется условие полного предварительного перемешивания реагентов и возможны переходные режимы горения. В зависимости от характера течения газового потока, образующего пламя, различают ламинарные и турбулентные пламена. В ламинарном пламени течение ламинарное, слоистое. Процессы массообмена и переноса осуществляются за счет молекулярной диффузии и конвекции.
Поиск по сайту: |