Газоснабжение. Горение газов: Учебное пособие (Разделы 1-9. Газообразное топливо. Расчеты эффективности использования топлива), страница 19

.

3. По тому же выражению, используя результаты прим. 4.1, определяем значение  на верхнем пределе воспламенения:

.

**********************************************************

Пример 4.3

Определить давление, возникающее при взрыве стехиометрической смеси пропана с воздухом, если начальное давление составляет 0,1 МПа.

Решение

1. Количество молекул исходных компонентов перед взрывом и продуктов взрыва устанавливаем при помощи стехиометрического уравнения реакции горения пропана:

2. Развиваемое при взрыве давление, при калориметрической температуре горения 2110  (по табл. 4.3), определяем по выражению (4.12):

МПа.

5. Процессы горения

5.1. Горение в неподвижной среде

5.1.1. Основные понятия

Если наблюдать за процессом горения в неподвижной среде, например в прозрачной горизонтальной трубке, заполненной гомогенной газовоздушной смесью, то можно заметить тонкую пламенную зону, перемещающуюся вдоль трубки в направлении несгоревшей смеси. Эта зона, называемая фронтом пламени, в каждый момент разделяет свежую, еще не вступившую в реакцию горючую смесь и уже образовавшиеся продукты сгорания. Толщина фронта пламени весьма мала и для холодной смеси природных и сжиженных углеводородных газов с воздухом составляет около 0,5…0,6 мм.

Перемещение фронта пламени вызвано тем, что горючая смесь, находящаяся перед ним, нагревается до температуры воспламенения за счет теплопроводности и диффузии раскаленных продуктов сгорания и активных частиц (радикалов) вглубь холодной смеси.

Линейная скорость, с которой фронт пламени перемещается по однородной горючей смеси, называется равномерной скоростью распространения пламени. Эксперименты показывают, что величина равномерной скорости зависит  как от физико-химических характеристик  горючей смеси, так и от условий эксперимента. Скорость растет с увеличением диаметра трубки и наоборот. Это вызвано тем, что рост диаметра трубки сопровождается интенсификацией конвективных потоков и развитию завихрений в предпламенной зоне. Оба эти явления приводят к большему искривлению и растянутости фронта пламени, увеличению его поверхности и пропорциональному росту скорости распространения пламени.

При уменьшении диаметра канала скорость снижается и в конечном итоге распространение пламени в газовоздушной смеси становится невозможным. Это объясняется тем, что при уменьшении диаметра канала растет отношение его периметра к площади поперечного сечения, что означает рост соотношения поверхности пламени, контактирующего с холодной стенкой, с объемом пламенной зоны, являющейся источником энергии. Увеличение теплоотвода от зоны горения и рост количества неблагоприятных столкновений радикалов со стенкой канала (см. п. 2.3) приводит к невозможности дальнейшего развития цепной реакции горения.

Размер трубок, каналов, отверстий, щелей, при котором не происходит распространения пламени, называется критическим размером. Критический размер зависит как от вида газа, так и от формы канала. Для цилиндрического канала критический диаметр составляет: примерно 3 мм для стехиометрической смеси метана с воздухом и около 0,9 мм для водородно-воздушной смеси. Критическая ширина плоской щели для метан-воздушной смеси при максимальной скорости распространения пламени равна 1,17 мм.

Явление погасания пламени в каналах критического размера широко используется в технике. При сжигании газов в различных конструкциях газовых горелок применение каналов критического сечения является гарантией от проникновения  (проскока)  пламени  внутрь  горелок. По этому же принципу