Горіння
 
а б в г д е ж з и й к л м н о п р с т у ф х ц ч ш щ ъ ы ь э ю я
 

Горіння

вакансии в Киеве

Горіння, складне, швидко протікаюче хімічне перетворення, що супроводиться виділенням значної кількості тепла і зазвичай яскравим свіченням (полум'ям). В більшості випадків основу Р. складають екзотермічні окислювальні реакції речовини, здатного к Г. (пального), з окислювачем. Сучасна физико-хімічна теорія Р. відносить к Г. всі хімічні процеси, пов'язані з швидким перетворенням і тепловим або дифузійним їх прискоренням, в тому числі розкладання вибухових речовин, озону, і др.; з'єднання ряду речовин з хлором, фтором і т. д.; взаємодія багатьох металів з хлором, окислів натрію і барії з двоокисом вуглецю і так далі Хімічна реакція Р. в більшості випадків є складною, тобто складається з великого числа елементарних хімічних процесів. Крім того, хімічне перетворення при Р. тісно пов'язане з рядом фізичних процесів — перенесенням тепла і мас і характеризується відповідними гидро- і газодинамічними закономірностями. Через комплексну природу Р., сумарна швидкість Р. практично ніколи не тотожна швидкості чисто хімічної взаємодії реагентів системи. Більш того, для гетерогенних процесів швидкість Р. часто еквівалентна швидкості того або іншого лімітуючого чисто фізичного процесу (випари, дифузії і т. д.).

загрузка...

  Найбільш загальна властивість Р. — можливість за відомих умов прогресивного самоуськоренія хімічного перетворення — займання, пов'язаного з накопиченням в реагуючій системі тепла або активних продуктів ланцюгової реакції, Характерна межа явищ Р. — здібність до просторового поширення, унаслідок передачі тепла або дифузії активних часток; у першому випадку говорять про тепловий, в другому — про дифузійний механізм поширення полум'я. Інша характерна особливість Р. — наявність критичних умов, тобто визначених, характерних для даної горючої системи областей значень параметрів (склад суміші, тиск, вміст домішок, початкова температура суміші і т. д.), поза якими реакція горіння протікає стаціонарно, а усередині області — самоуськоряєтся. Дифузійний механізм Р. зазвичай спостерігається при низькому тиску. Р. широко застосовується в техніці для здобуття тепла в топках, печах і камерах згорання двигунів. При цьому дуже часто використовується так зване дифузійне Р., при якому поширення полум'ю визначається взаємною дифузією (кондуктівной або турбулентною) пального і окислювача.

  Для будь-якого вигляду Р. характерні дві типові стадії — займання і подальше згорання (догорання) речовини до продуктів повного Р. Час, що витрачається на обидві стадії, складає загальний час Г. Обеспеченіє мінімального сумарного часу Р. при максимальній повноті Р. (облиште тепловиділення) — основне завдання техніки спалювання. Для технічного Р. важливі також фізичні процеси підготовки суміші: випар, перемішування і так далі Основні термодинамічні характеристики горючої суміші — теплотворна здатність і теоретична (або адіабатична) температура Р., тобто та температура, яка могла б бути досягнута при повному згоранні без втрат тепла.

  По агрегатному стану пального і окислювача розрізняють: 1) гомогенне Р. — Р. газів і пароподібних пальних в середовищі газоподібного окислювача (переважно кисню повітря); 2) горіння вибухових речовин і порохов; 3) гетерогенне Р. — Р. рідких і твердих пальних в середовищі газоподібного окислювача; Р. в системі рідка горюча суміш — рідкий окислювач (наприклад, кислота).

  Гомогенне горіння. Найбільш простий випадок представляє Р. заздалегідь перемішаних сумішей. Переважно реакції є ланцюговими (див. Ланцюгові реакції ). У звичайних умовах Р. при їх розвитку (зародженні і розвитку ланцюгів) визначальне значення має попереднє нагрівання речовини (термічна активація).

  Для початку Р. необхідний початковий енергетичний імпульс, найчастіше нагрівання пального. Розрізняють 2 способи займання: самозаймання і вимушене займання, або запалення (розжареним тілом полум'ям, електричною іскрою і ін.).

  Найважливіше питання теорії Р. — поширення полум'я (зони різкого зростання температури і інтенсивної реакції). Розрізняють нормальне поширення Р., або дефлаграцію, де провідним процесом є передача тепла теплопровідністю, і детонацію, де підпал виробляється ударною хвилею. Нормальне Р., у свою чергу, підрозділяється на ламінарноє і турбулентне.

  полум'я Ламінарноє володіє сповна певною швидкістю переміщення відносно нерухомого газу, яка залежить від складу суміші, тиску і температури і визначається лише хімічною кінетикою і молекулярною теплопровідністю. Ета нормальна швидкість є физико-хімічною константою суміші.

  Швидкість поширення турбулентного полум'я залежить від швидкості потоку, а також міри і масштабу турбулентності. Горіння в потоці (факельний процес) — Р. струменя при її виділенні з труби (сопла) у відкритий простір або камеру — дуже поширений в техніці вигляд Г. Разлічают Р. при виділенні заздалегідь перемішаної суміші і Г. при роздільному виділенні пального і окислювача, коли процес визначається перемішуванням (дифузією) двох потоків.

  В умовах Р. в потоці велике практичне значення має питання утримання полум'я на пальнику або в камері. Завдання зазвичай вирішується або шляхом безперервного запалення суміші від спеціального запального пристрою, або за допомогою установки впоперек потоку погано обтічних тіл (стабілізуючих екранів), що забезпечують зворотну циркуляцію гарячих продуктів Р.

  Горіння вибухових речовин (ВВ) — самораспространеніє зони екзотермічної хімічної реакції розкладання вибухової речовини або взаємодії його компонентів за допомогою передачі від шару до шару енергії реакції у вигляді тепла. У тому випадку, коли газоподібні продукти Р. можуть вільно відтікати від гарячого заряду, Р. ВВ, на відміну від їх детонації, зазвичай не супроводиться значним підвищенням тиску і не приймає характеру вибуху. ВВ, що конденсують, аналогічно сумішам газоподібних пальних і окислювачів, не вимагають підведення кисню ззовні.

  Швидкість Р. залежить від природи ВВ, а також від тиску, температури щільність заряду і ін. чинників і при атмосферному тиску для різних ВВ змінюється від доль мм до декількох м-код в сік . Для ВВ, що ініціюють, вона, як правило, в десятки і сотні разів більше, ніж для вторинних.

  Гетерогенне горіння. Для Р. рідких речовин велике значення має процес їх випару. Р. пальних, що легко випаровуються, практично відноситься до гомогенного Р., оскільки такі пальні ще до займання повністю або майже повністю встигають випаруватися. Стосовно рідким пальним розрізняють 2 характеристики: температуру спалахи і температуру звичайного самозаймання.

  рідкою гетерогенною системою Широко Поширеною є високодисперсна краплинна система, для якої визначальне значення мають закони займання і Г. кожної окремої краплі. На відміну від гомогенного Р.,в цьому випадку стадія займання грає відносно меншу роль.

  Горіння твердих речовин в простому випадку не супроводиться розкладанням речовини з виділенням їх летких компонентів (наприклад, Р. металів). У техніці велике значення має Р. твердого палива, головним чином вугілля, що містить вуглець і деяку кількість органічних речовин, які при нагріванні палива розкладаються і виділяються у вигляді пари і газів. Термічно нестійку частину палива прийнято називаєть леткою, а гази — леткими. При швидкому нагріванні часток палива (що можливо для часток малого розміру) леткі компоненти можуть не встигнути виділитися і згорають разом з вуглецем. При повільному нагріванні спостерігається чітка стадійність початкового етапу Р. — спочатку вихід летких компонентів і їх займання, потім займання і Г. твердого, так званого коксівного, залишку, який окрім вуглецю містить мінеральну частину палива, — золу.

  Каталітичне, або, вірніше, поверхневе каталітичне, Р. газових сумішей відноситься до класу гомогенно-гетерогенних процесів Г.: хімічний процес може протікати як в об'ємі, так і на каталізуючій твердій поверхні (наприклад, на платині). Залежно від конкретних умов може виявлятися гомогенний або гетерогенний тип Г. Прі високих температурах, коли об'ємне Р. йде швидко, роль поверхнево-каталітичного Р., як правило, мала і може бути помітною лише у разі, коли суміш тече у вузьких каналах, пористих матеріалах або дрібнозернистих засипках з каталізатора. Вживаний в техніці термін «безполуменеве» Р. газових сумішей не завжди еквівалентний поняттю поверхнево-каталітичного Г. Ськорєє він є характеристикою Р. без полум'я, що світиться.

  Літ.: Семенов Н. Н., Про деякі проблеми хімічної кінетики і реакційної здатності, М. 1954; Кондратьев Ст Н., Кінетика хімічних газових реакцій, М-код.,1958; Хитрін Л. Н. Фізіка горіння і вибуху, М., 1957; 3ельдовіч Я. Б., Горіння вуглецю, М. — Л.,1949; Франк-Каменецкий Д. А., Дифузія і теплопередача в хімічній кінетиці, М. — Л., 1947: Люіс Би. і Ельбі Р. Горіння, полум'я і вибухи в газах, пер.(переведення) з англ.(англійський), M .,1948; Іост Ст, Вибухи і горіння в газах, пер.(переведення) з йому.(німецький), М., 1952; Щелкин До. І. і Трошин Я. До., Газодинаміка горіння, М., 1963; Гейдон А. Р. і Волфгард Х. Р., Полум'я, його структура, випромінювання і температура, пер.(переведення) з англ.(англійський). М., 1959; Беляєв А. Ф., Горіння, детонація і робота вибуху систем, що конденсують, М., 1968; Чугаєв Л. А., Відкриття кисню і теорія горіння у зв'язку з філософськими ученнями стародавнього світу. Ізбр. праці, т. 3, М., 1962, С.350—94; Gregory J. С., Combustion from Heracleitos to Lavoisier, L., 1934.