Alevsiz bir şenlik ateşi Rüzgar esti, kar yağıyordu, yoldan geçenler adımlarını hızlandırdı. Ama altı ya da yedi çocuk, küçük bir taş evin yanındaki kaldırımda kalabalık, özverili bir şekilde çığlık attılar: "Bunun için ne kadar verdin?" "Üç ruble!" Alnının sesinde zevk ve şefkat vardı, kırmızı çocuk; o

İmparatorluğun manevi cephesi İmparatorluğun manevi cephesi Alexander Prokhanov'un "Yıldızın Adamı" adlı romanı hakkında Mikhail Kildyashov 25.07.2012

Kanatsız ön Kanatsız ön Yuri Kotenok 26.09.2012

Alevin şeklindeki bir değişiklik, ön yüzeydeki bir değişiklikle ilişkili olduğu için yanmanın doğasını önemli ölçüde etkiler. Alev yüzeyinin boyutu, belirli bir bileşimdeki bir sistemin yanma hızını belirleyen ana faktördür. Bu, alevin tüm bölümlerinin, alevin eğrilik yarıçapının önünün genişliğinden çok daha büyük olması koşuluyla, şekillerine bakılmaksızın eşdeğer olduğu gerçeğinden kaynaklanır, yani. tüm pratik olarak önemli durumlarda. Alev yüzeyinin artmasıyla yanma süreci yoğunlaşır ve birim zamanda yanan toplam madde miktarı artar. Alevin şeklindeki değişiklik genellikle gazın yanma bölgesine yakın hareketi, türbülansı ile ilişkilidir; bu durumda alev cephesi bir dizi küçük odaklara bölünür ve toplam yüzeyi artar. Bu özellik, örneğin, yanma gazının yapay türbülizasyonu ile yanma sürecini yoğunlaştırmak için kullanılır.

Alevin, üzerine etki eden dış kuvvetlerin yokluğunda sabit yanıcı bir ortamda yayıldığında kendiliğinden hangi formu aldığını düşünelim - rahatsızlıklar. Ortam homojen olduğundan, tüm yönler eşittir ve bunlar boyunca alevin hızı aynıdır. Bu durumda, bir nokta kaynaktan yayılan alev cephesi, sürekli artan yarıçaplı küresel bir yüzey şekline sahip olacaktır. Küresel bir alevin yayılmasıyla, gazın genişlemesi, orijinal yanmamış ortamın çevreye geri itilmesine neden olur. Ancak bu durumda gaz türbülize olmaz, hem gazın hem de alevin hareket hızı her yönde aynıdır, alevin şekli ve sabit basınçta hızı değişmez.

Bozulmamış bir alevin yayılmasının bir başka karakteristik modu, uzun bir borunun açık ucundaki benzer bir nokta darbesi ile yanıcı bir ortam tutuşturulduğunda ortaya çıkar. Ortaya çıkan alev başlangıçta boru duvarlarına değene kadar küresel olacaktır (Şekil 1.1).

Alevin yayılması duvarların yakınında durduğundan, alev, borunun enine kesiti ile sınırlanan küresel parçanın dış yüzeyinin şeklini alır. Alev tutuşma noktasından uzaklaştıkça ve eğrilik yarıçapı arttıkça, borunun enine kesiti ile sınırda çakışan daha düz hale gelir.

Pirinç. 1.1.

Yukarıdaki hususlar, alev, harici rahatsızlıkların yokluğunda yayıldığında, alevin iki formunun kararlı olduğunu belirlemeyi mümkün kılmıştır: sınırsız bir alan için küresel (üç boyutlu problem) ve sonsuz bir tüp için düz (tek boyutlu problem). ). Bu iki türe, başlangıçta ne olursa olsun, herhangi bir alevin şekli ile sınırda yaklaşılacaktır.

Normal yanma

Yanma sürecinde herhangi bir bozulma olmaması durumunda, alev cephesinin yayılması sırasında aldığı şekil, aşağıdaki hususlar temelinde belirlenebilir. Alev yüzeyinin her noktası, etrafında yeni bir temel alev cephesinin oluşturulduğu bağımsız bir ateşleme darbesi olarak düşünülebilir. Belirli bir kısa zaman aralığından sonra, bu tür temel cephelerin üst üste binmesinin bir sonucu olarak, ilk cephe boyunca oluşturulan tüm temel küresel cephelerin zarfıyla çakışan yeni bir toplam alev cephesi oluşur.

Alevin dikkate alınan bölümünün düz olduğunu varsayacağız. AB(şekil 1.2); alevin keyfi bir şekli için, yeterince küçük herhangi bir kısmı da düz olarak kabul edilebilir. Tanımlanan yapı ilkesinin uygulanması, yeni alev konumunun bir "B" orijinaline paralel olacaktır. Aynı ilkeyi herhangi bir şekle sahip bir alev cephesinin hareketine genişleterek, müdahale edilmemiş bir alevin hareketinin, yüzeye normal boyunca cephenin her noktasında meydana geldiği sonucuna varıyoruz. Bu nedenle, bu tür yanmaya normal (veya parlama) denir. Alevin sabit yanıcı bir ortam boyunca yüzeyinin normali boyunca hareket etme hızına normal alev hızı denir. sen n.

Pirinç. 1.2.

Miktar sen n, yanıcı bir ortamın ana özelliğidir. Bu, bir alevin belirli bir ortamda yayılabileceği minimum hızdır; alevin düz şekline karşılık gelir. Miktar sen n, alev yüzeyinin birimi başına birim zaman başına reaksiyon ürünlerine dönüşen yanıcı ortamın hacmini belirleyen sadece doğrusal değil, aynı zamanda hacimsel yanma oranını da karakterize eder. Buna göre, boyut sen n, cm / s veya cm3 / (cm2-s) olarak temsil edilebilir.

Miktar sen n, büyük ölçüde yanıcı ortamın bileşimine bağlıdır. Reaksiyona giren bileşenlerin kimyasal özelliklerine ek olarak, alev hızı, yakıt ve oksitleyici içeriğinin oranından ve inert bileşenlerin konsantrasyonundan önemli ölçüde etkilenir. Yanıcı ortamın başlangıç ​​sıcaklığındaki ve toplam basınçtaki bir değişiklik daha zayıf bir etki yaratır. Aşağıda maksimum değerler verilmiştir sen Normal koşullar altında bazı yanıcı karışımların n'si (m / s cinsinden):

• C2H2 + 02 - 15.4;
• H2 + O2; - 13;
• H2 + C12 - 2.2;
• CO + O2 + %3.3 H2O- 1.1;
• H2 + hava - 2.7;
• CO + hava + %2,5 H2O - 0,45;
• doymuş hidrokarbonlar + hava - 0.32–0.40.

Yanma sırasında ısıtma sırasında gazın genleşmesi, başlangıçta sabit olsa bile, gaz hareketinin daima alev cephesinin yakınında meydana gelmesine neden olur. Aşağıdaki hususlar, ısının nasıl etkilediğini açıklar.

adyabatik yanma sırasında harici rahatsızlıklardan kaynaklanan gaz genleşmesi ve türbülizasyon. Gaz uzun açık bir borunun içinde yakıldığında, borunun enine kesitine denk gelen düz bir alev, eğer yanıcı madde boruya eşit bir sabit kesit hızıyla üflenirse durağan olacaktır. sen n. Yanma ürünleri borunun diğer ucundan dışarı akar.

Gazın yoğunluğunu, 0 indeksini - ilk yanıcı ortamı karakterize eden miktarları ve indeksi p ile gösterelim. B- yanma ürünleri. Gaz yanma sırasında genişlediğinden, alevden çıkan reaksiyon ürünlerinin hızı sen B ,> U n. Alev yüzeyinin her 1 cm2'si için akış her saniye sen kütlesi olan yanıcı bir ortamın n cm3'ü sen n rÖ. Alevin aynı bölümünden uzaklaşan reaksiyon ürünlerinin hacmi Ub'dir ve kütlesi Ubrb'dir. Başlangıç ​​gazının ve reaksiyon ürünlerinin kütleleri eşittir, bundan şu sonuç çıkar:

Unro = Ubrb. (1 * 1)

Denklem (1.1), yanma işlemi için maddenin korunumu yasasını ifade eder.

Düz bir cephede bile alevin farklı hızlara sahip olabileceğini belirledik: Un veya sen b hangi ortamın durağan olduğuna bağlı olarak. Yanan gazdaki hızların oranı, Şekil 2'de gösterilen diyagramda gösterilmiştir. 1.3.

Pirinç. 13.

sen n, normal alev hızıdır; sen b alevden çıkan reaksiyon ürünlerinin hızıdır; T 0 - ilk ortamın ilk sıcaklığı; T b reaksiyon ürünlerinin sıcaklığıdır; r0, rb, ilk gaz ve reaksiyon ürünlerinin yoğunluklarıdır

bir durumda 1 alev hareketsizdir; boruya akan yanıcı ortam bir hızla sağa doğru hareket eder sen n ; aynı yönde ama hızla sen b yanma ürünleri hareket ediyor. Bir ucunda kapalı bir boruda yanma sırasında meydana gelen yanıcı ortam sabit ise (durum 2), alev bunun boyunca bir hızla hareket eder. sen n ve reaksiyon ürünleri bir oranda ters yönde akar sen B - sen n. bir durumda 3 borunun kapalı ucunda ateşlendiğinde, yanma ürünleri sabittir. Bu durumda alev bir hızla hareket eder. sen b boru duvarları (ve yanmış gaz) ile ilgili olarak; hız ile aynı yönde sen B -U n Yanma gazı hareket eder, genişleyen reaksiyon ürünleri ile borudan yer değiştirir. Yanma ürünlerine göre alev hızı, ilk gaza göre çok daha yüksektir - r0 / rb faktörü ile.

Miktar G = U Kütle yanma hızı olarak adlandırılan r, alev yüzeyinin birimi başına birim zaman başına yanan maddenin kütlesini belirler. Doğal olarak, hem başlangıç ​​hem de son ortam için olduğu kadar tüm ara bölgelerde de aynıdır.

Yanma gazı akışında (bir boruda) hareketsiz bulunan, keyfi şekle sahip bir alev cephesindeki yanma koşullarını ele alalım.

Yanan gaz miktarı, gelen gaz miktarı ile tam olarak dengelendiğinde alev durağandır. Alevin yüzeyi ise F, o zaman birim zaman başına toplam gaz yakma hacmi eşittir sen T F. Aynı hacimsel hız başka bir şekilde tanımlanabilir: ürün olarak WS, nerede W - ortalama (akış bölümü üzerinden) doğrusal gaz hızı; S- akışın kesiti. Her iki büyüklüğün eşitliğinden şu sonuç çıkar:

Bu sonuç, sabit yanıcı bir ortam için de geçerlidir, daha sonra w- kavisli alevin hareket hızı. Bu hız, alevin yüzeyi akışın kesitinden daha büyük olduğu için, alevin normal hızının çok katıdır. Düz alevin eğriliği ve yüzeyindeki artış ile alev hızı da buna bağlı olarak artar. Denklem (1.2), genellikle denir alan kanunu, yanma işleminin temel bir özelliğini ifade eder: alevin yüzeyindeki bir artışla yanma yoğunlaşır ve bu yoğunlaşmanın sınırı sadece aşağıda açıklanan gaz-dinamik özelliklerden kaynaklanır.

Alev yüzeyinin eğriliği, kendiliğinden veya zorlanmış yanma gazının türbülansının bir sonucudur.

Yanma gazı oldukça türbülanslıysa ve soğuk yanıcı ortamın küçük temel bölümleri büyük ölçüde sıcak yanma ürünleriyle karışıyorsa, alev artık iki ortamı ayıran bir yüzey olarak kabul edilemez. Alevin aşırı gelişmiş yüzeyinden dolayı toplam kimyasal dönüşüm oranının da yüksek olduğu dağınık bir türbülanslı bölge ortaya çıkar.

Belirli bir bileşimin ortamı için yanan yanma modları, yalnızca yüzeyinin farklı gelişme derecelerinde alev yayılma hızında farklılık gösterir. Bu durum, sık kullanılan terminolojinin uzlaşımlarını açıklığa kavuşturmak için gereklidir. Bir alevin yayılmasıyla ilgili olarak "patlama" kavramı, saniyede on ila yüz metrelik bir alev hızına sahip oldukça türbülize bir ortamda yeterince hızlı bir yanmadan başka türlü karakterize edilemez. "Yavaş" yanma, "patlama"dan yalnızca alev yüzeyinin gelişme derecesinde farklılık gösterir. Diğer alev yayılım türleri de, örneğin "flaş" ve "patlama" terimleriyle tanımlananlardan temelde ayırt edilemez. Yanıcı bir ortamda alevin hızı sesin hızına yaklaştığında yanma süreci yeni, niteliksel olarak özel bir karakter kazanır.

Düz veya küresel bir alevi büken rahatsızlıklar, zorunlu gaz hareketi olmadığında bile her zaman ortaya çıkar; yerçekimi ve sürtünmeden kaynaklanırlar. Birincisi, yanıcı ortam ve yanma ürünlerinin yoğunluklarındaki farktan kaynaklanan konvektif akışların ortaya çıkmasına neden olur, ikincisi ise boruda yanan gazın hareket etmesi ve duvarlar tarafından yavaşlatılmasıyla kendini gösterir. Bir ucu açık, dikey olarak yerleştirilmiş uzun bir boruda, bozulmaların yanma yasaları üzerindeki etkisini izlemek uygundur. Altta yanıcı bir ortam tutuşturursanız, borunun ucunu açın (Şek. 1.4, a), daha sonra yüksek yoğunluğa sahip yanmamış kaynak gaz hafif yanma ürünlerinin üzerinde bulunduğundan, konvektif akışların gelişimi için uygun koşullar yaratılır. Alev, boru ekseni boyunca uzama eğilimindedir. Borunun üst, kapalı ucunda ateşlendiğinde (Şekil 1.4, b), konvektif akışlar oluşmaz, ancak yanma bölgesi sürtünme kuvvetleri tarafından yoğun bir şekilde türbülize edilir. Yanıcı ve genleşen gaz borudan dışarı akar. Viskozitenin etkisi altındaki yanıcı ortamın akış hızı, borunun enine kesiti boyunca değişir, eksende maksimumdur ve duvarlarda sıfıra eşittir (Şekil 1.5).

Pirinç. 1.4.

Alev cephesi buna göre kavislidir. Üst açık uçta ateşlendiğinde, kaba (Şekil 1.4, v) yanma bölgesinin türbülans olasılığı minimumdur: yanma ürünleri yanma gazının üzerindedir ve soğuk gaz sabittir. Ancak alev borunun kenarından uzaklaştıkça sürtünme kuvveti artar ve yanma gazına türbülans yayılır.

Yanmaya ısı kayıpları eşlik etmiyorsa, yani. adyabatik olarak ilerler, daha sonra yanıcı sistemin kimyasal enerji stoğu, reaksiyon ürünlerinin termal enerjisine tamamen dönüştürülür. Alevin sıcaklığı yüksek olduğu için içinde meydana gelen reaksiyonların hızları yüksektir ve hızlı bir şekilde termodinamik denge durumu kurulabilir. Adyabatik yanma ürünlerinin sıcaklığı, alevdeki reaksiyon hızlarına bağlı değildir, sadece nihai ürünlerin toplam termal etkisine ve ısı kapasitelerine bağlıdır. Bu sıcaklığa termodinamik yanma sıcaklığı denir. T B. Miktar T b - yanıcı bir ortamın en önemli özelliği; yaygın yanıcı ortamlar için 1500–3000 K değerindedir. Aşağıda, yapılan varsayımların gerçeğe ne ölçüde karşılık geldiği ve patlama güvenliği teknolojisinin görevleri için termal yanma rejiminin ne önemi olduğu ayrıntılı olarak ele alınmaktadır. Adyabatik bir süreçte ve yanma ürünlerinin denge durumunda T B – alevde ulaşılan maksimum sıcaklık. Yanan gazdan ısı kayıpları meydana geldiğinde denge reaksiyon ürünlerinin gerçek sıcaklığı daha düşüktür. Aşağıdakilerden de anlaşılacağı gibi ısı kayıpları konusu, patlama güvenliğini sağlama sorunlarının çözümü için belirleyici bir öneme sahiptir. Sabit alev yayılımı durumunda, soğuk ilk yanıcı ortama iletim yoluyla yoğun ısı transferi meydana gelir. Bununla birlikte, bu işlem, yanma bölgesinden gelen ısı kayıpları ile ilişkili değildir. Her yanan gaz tabakasından bitişik, henüz reaksiyona girmemiş tabakaya ısının uzaklaştırılması, bir önceki aşamada, kendisi soğukken aynı tabakaya eşdeğer ısı beslemesi ile tam olarak telafi edilir. Kararsız, dengelenmemiş ısıtma, yanıcı ortamın ilk darbe ile ateşlendiği ilk anda meydana gelir. Ancak alev tutuşma noktasından uzaklaştıkça bu ek ısı miktarı artan yanma ürünleri arasında dağılır ve ek ısıtmadaki rolü sürekli olarak azalır.

Pirinç. 1.5.

Söylenenlerden, yanma sırasında, ısıtılmış bir gazın radyasyonunun bir sonucu olarak ve katı bir yüzeyle temas ettiğinde ısı kayıplarının mümkün olduğu anlaşılmaktadır. Radyasyonla ısı gidermenin rolü aşağıdaki sunumda ele alınmaktadır, ancak şimdilik bu tür kayıpların, termal rejimi alev hızını belirleyen bölge için ihmal edilebilir olduğunu varsayıyoruz. Yanma ürünlerinin, kapların ve aparatların duvarları ile temas ettiğinde iletim soğutması, duvarlar ve gaz arasındaki büyük sıcaklık farkından dolayı çok yoğun bir şekilde meydana gelir. Bu nedenle, ortak büyüklükteki kaplarda yanma tamamlandıktan sonra, içlerindeki yanma ürünlerinin önemli ölçüde soğuması 1 saniyeden daha kısa sürede tamamlanır.

Yanan gazın duvardan soğutulması da görevlerimiz için gereklidir. Duvarlara ısı transferi ancak alev onlara dokunduktan sonra başladığından, bu kayıplar reaksiyonun gerçekleştiği kabın şekline ve boyutuna ve tutuşma noktasının konumuna büyük ölçüde bağlıdır. Küresel bir kapta yanma ve merkezi ateşleme sırasında, iletimle ısı kayıpları ancak yanmanın tamamlanmasından sonra meydana gelir.

Yanma sıcaklığı, yanıcı ortamın kimyasal enerjisinin yanma ürünlerinin termal enerjisine adyabatik geçişi sırasında enerjinin korunumu yasası ile belirlenir. Yanıcı karışımın bileşenlerinin eşdeğer olmadığı açıktır. Kimyasal enerji stoğu, reaksiyon sırasında tamamen tüketilen, stokiyometrik oranlarda eksik olan bileşenin içeriği ile belirlenir. Diğer bileşenin bir kısmı, fazlalık, etkileşim sırasında reaksiyona girmeden kalır. Fazla bileşenin ilk içeriği ile eksik bileşenin tamamen bağlanması için gereken miktar arasındaki farka eşittir. Eksik bileşenin içeriği, reaksiyona katılmayan inert içeriği nedeniyle artarsa, yanıcı karışımın molar kimyasal enerjisi artacaktır. Fazla bileşen için bu ikame, kimyasal enerjiyi değişmeden bırakır.

Yanma sırasında enerjinin korunumu yasasının nasıl gerçekleştiğini yaklaşık olarak açıklayalım. Yanıcı sistemin kimyasal enerji stoğu π1Q'ya eşit olarak kabul edilecektir, burada π1 eksik bileşenin konsantrasyonudur; Q- yanmasının termal etkisi. Reaksiyon ısısı, karışımın tüm bileşenlerini ısıtmak için harcanır: sonuçta ortaya çıkan etkileşim ürünleri, fazla ve inert bileşenler. Eğer İLE BİRLİKTEİlk karışımın 1 molünden oluşan yanma ürünleri miktarının ortalama ısı kapasitesi, o zaman fiziksel ısı kaynağının artışı eşittir İLE BİRLİKTE(T B - T 0) nerede T 0 - yanıcı ortamın ilk sıcaklığı. Adyabatiklik koşuluna göre

Adyabatik yanma ürünlerinin durumunun tam olarak hesaplanması çok daha zordur.

Adyabatik yanmada, yanma sıcaklığı nihai ürünlerin yoğunluğunu ve dolayısıyla alev hızları arasındaki ilişkiyi belirler. sen n ve sen B. Reaksiyonun bir sonucu olarak, birim kütle başına molekül sayısının değiştiği akılda tutulmalıdır. NS bir Zamanlar. İdeal gaz yasalarına göre

Anlam NS yanma süreçlerinde çoğunlukla birliğe yakın. Bu nedenle, stokiyometrik bir karışım 2CO + O2'yi (yanma 2CO2'ye) dönüştürürken NS= 2/3, benzer bir СН4 + 2O2 karışımı için (СO2 + 2Н2O'ya yanma) n = 1, vb. Stokiyometrik olmayan bileşim karışımlarının ve inert bileşenler içeren karışımların yanması sırasında, toplam molekül sayısı (reaksiyona katılmayan bileşenlerin içeriği dikkate alınarak) daha da az değişir.

Adyabatik yanma sırasında, gaz sıcaklığı 5-10 kat artar. Yanma sırasında basınç sabit kalırsa ve gaz serbestçe genişlerse ve n = 1, o zaman yoğunluğu da aynı faktör ve aynı oranda değişir sen b normal alev hızına. Kapalı bir kapta gaz genleşmesi olmadan adyabatik yanma meydana gelirse, basınç yaklaşık olarak aynı ölçüde yükselir. Kapalı bir kapta hızlı yanmanın yıkıcı etkisini belirleyen şey budur.

"Yanma" kavramı açık bir şekilde formüle edilemez. Yanmayı, yoğun ısı salınımı ve ışık emisyonu ile birlikte kendiliğinden hızlanan hızlı kimyasal dönüşüm olarak adlandıracağız. Buna göre, bir alev (sıcak), yoğun bir kimyasal reaksiyonun lüminesansa, ısı salınımına ve önemli ölçüde kendi kendine ısınmaya yol açtığı gazlı bir ortamdır.

Bu tür tanımlar uygundur, ancak tamamen net ve evrensel değildir. Hangi reaksiyonun yanma olarak kabul edilecek kadar hızlı olduğunu tam olarak belirlemek zordur. Patlama kavramı daha da az açıktır. Gelecekte, kimyasal reaksiyona lüminesansın eşlik ettiği, ancak ılımlı bir hızda ve gözle görülür bir ısınma olmadan ilerleyen soğuk alevlerin varlığı hakkında bilgi sahibi olacağız.

DL Frank-Kamenetsky'ye göre, "yanma, sistemdeki ısı veya katalitik reaksiyon ürünlerinin birikmesiyle bağlantılı ilerleyici kendi kendine hızlanma koşulları altında bir kimyasal reaksiyonun seyridir." Burada, reaksiyonun hem termal hem de otokatalitik gelişimi fenomenini kapsama çabası açıktır. Ancak böyle bir genelleme, hiçbir şekilde yanma süreçleri olarak sınıflandırılamayacak olguların bu tanımın kapsamına girmesine neden olur. Bunlar, gaz ve sıvı fazlarında, sınırlı kendi kendine hızlanma ile birlikte alevsiz reaksiyonları içermelidir, ancak reaksiyon hızı orta derecede bir maksimuma ulaştığında veya homojen olmayan bir yanıcı ortamın bileşenleri püskürtüldüğünde termal veya değerli bir patlamaya dönüşmez.

Birçok koşulsuz patlayıcı işlemde reaksiyon eksik kaldığından, yanma işlemlerini reaksiyonun tamamlanmış olması koşuluyla kısıtlamak kabul edilemez olacaktır.

B. Lewis ve G. Elbe, yanmayı tanımlamadaki zorlukların farkındadır: "Oldukça esnek olan yanma, alev ve patlama kavramları hala biraz keyfi olarak kullanılmaktadır."

Yanmanın tanımındaki komplikasyonlar, yanmaya özgü fizikokimyasal fenomenler kompleksinde keskin sınırların olmadığını yansıtır. Reaksiyonun kendiliğinden hızlanması, kendi kendine ısınma, aktif ürünlerin birikmesi, çeşitli yoğunluklarda ve dalga boylarında radyasyon, yanma kategorisiyle ilgili olan ve olmayan süreçlerde mevcuttur; farkın sadece nicel olduğu ortaya çıkıyor. Bu nedenle, herhangi bir yanma tanımı belirsiz veya eksik olacaktır.

Geliştirilen kavramlar, işlemin yanma tipine göre ilerlemesi için sadece iki koşulun karşılanması gerektiğini varsaymamıza izin veriyor: bu reaksiyon ekzotermik olmalı ve artan sıcaklıkla hızlanmalıdır. İkincisi, çoğu kimyasal işlem için tipiktir, bu nedenle, öyle görünüyor ki, yanma modunda herhangi bir ekzotermik reaksiyon gelişebilir. Aşağıdakilerden, kararlı yanmanın varlığının, alev cephesinin yatay bir boruda yayılmasıyla ilişkili bir önemli ek koşulun daha yerine getirilmesini gerektirdiği sonucu çıkar.

Bir boruda meydana geldiğinde ekzotermik reaksiyonun bazı özellikleri farklıdır. Açık ucun yanından yanıcı bir ortam ateşlendiğinde, alev öne doğru eğimli özel, uzun bir şekil alır (Şekil 1.6).

Pirinç. 1.6.

1 - alevin temas sınırı; 2 - alev görüntüsünün ön sınırı (ön ve simetri düzleminin kesişimi); m- maksimum gaz hızı noktası

Başlatmadan sonra yolun belirli bir bölümünde yanma, sabit bir hızla sabit bir şekilde ilerler. İlişki büyüdükçe gün / gün, nerede H- limitte yanma ürünleri sütununun yüksekliği - borunun uzunluğu; NS- borunun çapı, gazın duvarlara karşı sürtünme kuvvetleri o kadar artar ki, yanma bölgesinde gazın kademeli olarak türbülize olmasına ve alevin alanlar yasasına göre kararsız hızlanmasına neden olurlar.

Alevin yatay bir borudaki eğimli şekli, başlangıç ​​ortamının ve yanma ürünlerinin yoğunluklarındaki büyük farktan kaynaklanmaktadır. Alev cephesi, bu iki ortam arasındaki arayüzdür. Yoğunluklarındaki farkın sonuçlarını netleştirmek için aşağıdaki benzetmeyi kullanacağız. Yatay bir boruda (şek. 1.7, a) dikey bir bölme ile ayrılmış, örneğin cıva (sağda) ve su (solda) gibi farklı yoğunluklarda iki karışmaz sıvı vardır. Bölme çıkarılırsa, yoğunluk farkı sıvıların hareketine neden olur: ağır cıva sola ve aşağı akacak, su cıvanın üzerinde olacak, sağa ve yukarı hareket edecektir. Arayüz öne eğilecek, yüzeyi sürekli artıyor (Şekil 1.7, B). Gaz yanması sırasında benzer akışlar meydana gelir, ancak ağır yanıcı bir ortamın hafif reaksiyon ürünlerine dönüştürülmesi, boyutu ve şekli sabit hale gelen alevin yüzeyinde sınırsız bir artışı önler. Alev cephesinin üst kısmının yanma ürünlerine doğru sapması, sürtünme etkisi altında duvara yakın gazın yavaşlaması nedeniyledir.

Pirinç. 1.7.

a- septumu çıkarmadan önce; B- septumun çıkarılmasından sonra

Sabit bir alevin şekli (düzgün yayılma bölümünde), normal alev hızı ile cephenin karşılık gelen bölümlerindeki gaz hızı arasındaki ilişki ile belirlenir. Cephenin en ileri noktası için bu ilişkileri göz önünde bulundurun. m(bkz. Şekil 1.6), burada alev boru eksenine ve dolayısıyla tüm cephenin hareket yönüne diktir. Boru ekseni boyunca toplam alev hızı sen f noktasında m ayrıca gaza göre alevin hızının toplamı sen n ve gaz hızının bileşeni aynı yönde W m :

Herhangi bir küçük eğimli alev alanı için AB(Şekil 1.8), boru ekseni ile bir açı oluşturarak, alevin normal boyunca gaz boyunca hareketi AB hız ile sen n (konuma kadar bir "B") açıkça alev elemanının boru ekseni boyunca bir hızla hareketi ile ilişkilidir. sen n / günah. Alev elemanının boru ekseni boyunca toplam hareket hızı, nokta ile aynıdır. m, bu yöndeki yanma hızının toplamı ve gaz akış hızının bileşenidir. W. Alevin şekli sabit olduğundan, tüm elemanlarının hızlarının eşit olduğu anlamına gelir:

(1.6)

Alevin her noktasında, eğimi, eksen boyunca gaz akış hızı bileşeninin yerel değeri ile belirlenir. Çünkü sen n / günahβ> sen n , W m > B, noktada gaz hızı maksimumdur. M. Miktar W duvarların yakınında azalır ve hatta negatif hale gelir (yanıcı ortamın yanma ürünleri tabakasının altında "sızdığı" yer). alev yüzey alanı AB, borunun dibine hareket etmek, ateşleme noktasında oluşturulan yenisiyle değiştirilir M.

Pirinç. 1.8.

İLE BİRLİKTE boru çapındaki bir artış, yanan gazın taşınımını arttırırken, toplam alev hızı yaklaşık olarak karekökü ile orantılı olarak artar. NS. Alevin normal hızındaki bir artışla ve sen f (için NS= const), daha yavaş sen n. Belli bir değerde sen n Alev şeklinin eğimliden yarım küreye keskin bir geçişi gözlenir.

Bir Bunsen brülörü kullanıldığında genellikle bir akışta sabit yanma ile karşılaşılır. Bu görünüşte en basit cihaz, içinden yanıcı bir ortamın sürekli olarak beslendiği bir tüptür. Ateşlendiğinde, brülörün çıkışında sabit bir alev oluşur - şekli konik olan bir Bunsen alevi. Bunsen alevini karakterize eden düzenlilikler, yanma teorisinin kurucularından biri olan V.A.Mikhelson'ın çalışmalarıyla kuruldu.

Bir Bunsen alevinde farklı akış hızlarında sabit yanma mümkündür. Bu hız değiştiğinde, Bunsen konisinin şekli de buna göre değişir ve bununla birlikte yüzeyi de alanlar yasasına göre değişir. Bu durumda, koninin tabanı değişmeden kalır, yaklaşık olarak brülörün çıkış kısmına denk gelir ve yükseklik hızlı akışta artar ve yavaş akışta azalır. Alev şeklinin bu şekilde kendi kendini düzenlemesinin meydana geldiği kararlı yanma, geniş bir gaz akış hızı aralığında mümkündür. Sadece çok yüksek bir gaz hızında alev kopar ve söner. Gaz hızı yeterince düşük olursa, ortalama olarak sen n, alev akışa karşı yayılır, brülöre girer, - alevde bir "atılım" meydana gelir.

Pirinç. 1.9.

Bir Bunsen alevinde yanma, yanmış karışım fazla yakıt içeriyorsa, eksik yanma ürünlerinin atmosferik hava ile ikincil etkileşimi ile karmaşıklaşır. Bu durumda, ana, iç olana ek olarak ikincil, sözde harici Bunsen alev konisi oluşur. Bir dış koninin oluşmasını önlemek için, brülör alevi bazen bir soy gaz ortamı ile çevrilidir.

Bir Bunsen alevinin şeklini belirleyen düzenlilikler, sabit bir alevin düz (küçük) bir bölümünün davranışı dikkate alınarak belirlenebilir. LW yanma gazı akışında (Şekil 1.9).

Gaz durağan olsaydı, alev normal boyunca hareket ederdi. AB hız ile sen n ve akış boyunca - bir hızda sen n / sin β, burada β arasındaki açı AB ve boru ekseni. Yanma hızının bu bileşeni, yerel akış hızına eşittir. W, alev hareketsiz olduğundan:

V.A.Mikhelson tarafından elde edilen denklem (1.7), denklem (1.6)'nın özel bir durumudur - sabit bir alev için ( sen F = 0); negatif gaz hızı, gaz hızının ve alev hızının yönlerinin zıt olduğunu gösterir. Denklem (1.7), alev yüzeyinin her noktası için β açısının değerini ve dolayısıyla bir bütün olarak tüm alevin durağan şeklini belirler. Bunsen konisinin herhangi bir noktasında aleve dik gaz akış hızının bileşeni normal alev hızından daha büyük olursa, gaz akışı alevin bu elemanını brülör ağzından uzağa taşıyacaktır. Bu durumda alev elemanının akış eksenine olan eğimi artar (koninin tabanı sabit olduğundan) ve akış hızı bileşeni eşitlenene kadar β açısı azalacaktır. sen n. Wsin β olduğunda ters değişiklikler meydana gelecektir.< sen n.

Gaz hızı tüm akış kesiti boyunca sabit olsaydı, alevin eğrilikleri olmazdı ve Bunsen konisi düz olurdu. Bir borudaki laminer gaz akışında, hızların kesit üzerindeki dağılımı paraboliktir, Poiseuille yasası ile belirlenir.

(1.8)

nerede W(r) - belli bir mesafedeki akış hızı r boru ekseninden; r 0 - boru yarıçapı; W 0 = W(r = 0) maksimum akış hızıdır.

Ortalama akış hızı W, borunun birim bölümü başına gaz akış hızına eşit, ortalamasını alarak hesaplarız:

(1.9)

onlar. W yarısı kadar W 0. Gaz brülörden ayrıldıktan sonra akıştaki hız dağılımının biraz değişeceği unutulmamalıdır. Poiseuille yasasına göre gaz hızlarının eşit olarak dağıtılması durumunda W tüm brülörler için alev konileri geometrik olarak benzerdir.

Geniş bir yanma gazı akış hızı aralığında bir Bunsen alevinin varlığının, koninin tabanının stabilitesinden ve alevin brülör kesme halkasında sabitlenmesinden kaynaklandığını daha önce görmüştük. Bu stabilizasyon, bu bölgedeki yanma özelliklerinden kaynaklanmaktadır. Tecrübe, alevin tabanı ile brülörün ucu arasında küçük bir boşluk olduğunu göstermektedir; yanma, borunun kenarından belirli bir mesafede başlar. Bunun nedeni, bu bölgedeki sabit gaz sıcaklığının çok düşük olması nedeniyle yüzeye yakın yanmanın imkansız olmasıdır. Aynı nedenle, gaz akış hızının daha az olduğu yerlerde, duvarlar boyunca boruya alev girmesi imkansızdır. sen n.

Brülörün kenarından belirli bir mesafede stabilize edici halka bölgesinde yanma mümkün olur, ancak bu bölgedeki alev hızı daha düşüktür. sen n ısı kaybı nedeniyle. Brülörün kenarından uzaklaştıkça ve duvar tarafından akış yavaşlamayı durdurduğunuzda, halka boyunca gaz hızı da artar. r = r 0. Belli bir yükseklikte alevin hızı ile karşılaştırılır.

Bu noktalarda alev kararlı bir şekilde sabitlenir: brülörün kenarına daha yakın, yanma imkansızdır, daha büyük bir mesafede alev hızı gaz hızından daha büyüktür ve alev her iki hız eşit olana kadar brülöre yaklaşacaktır. Aynı mekanizma ile alev, çeşitli sabit engellerin yakınında, örneğin brülörün üzerine yerleştirilmiş bir tel halkanın yakınında veya brülörün içinde bulunan bir çubuğun ucunda yanıcı bir ortamın akışında stabilize edilebilir. İkinci durumda, ters çevrilmiş Bunsen konisi oluşturulur, baş aşağı çevrilir ve sabit bir noktada - tepesinde - stabilize edilir.

Yanmanın termal rejiminin analizinin gösterdiği gibi, borunun içinde sabit bir alev olduğunda, gazdan duvara ısı çıkarılır ve alev dışbükey olarak yanmamış gaza, yani. menisküs şeklindedir. Yüksek bir ısı giderme yoğunluğu ile, yani. duvarın kendisinde, hiç var olamaz ve borunun dışında, brülör ağzının üstünde olduğu gibi, ondan biraz uzakta kırılır. Bu cihazın basitliğine rağmen, bir Bunsen alevinde yanmanın birçok özel özelliği olan çok karmaşık bir süreç olduğunu görüyoruz.