Для сложных газообразных топлив содержание газа в смеси , % об., соответствующее максимальной скорости распространения пламени, определяется по правилу аддитивности. По этому же принципу определяется значение максимальной нормальной скорости распространения пламени , м/с, для газа, состоящего из нескольких компонентов:
, (5.2)
, (5.3)
где — содержание отдельных компонентов, % об., в составе газообразного топлива, при этом ; — содержание отдельных компонентов с сложном газе, % об., соответствующее максимальному значению нормальной скорости распространения пламени (по табл. 5.1); — максимальное значение нормальной скорости распространения пламени, м/с, для отдельных горючих компонентов сложного газа в смеси с воздухом (по табл. 5.1).
Выражения (5.2) и (5.3) строго справедливы в случае, если все компоненты, входящие в состав сложного газа, имеют одинаковую химическую природу (сюда относятся природные и сжиженные газы любого состава). Для смесей природных и искусственных газов они дают только приближенный результат.
Непригодны они также для газов, содержащих значительные количества балластных примесей (азота и двуокиси углерода), которые снижают скорость распространения пламени. Для забалластированных газов, при известном содержании N2 и CO2, % об., нормальную скорость распространения пламени , м/с, следует скорректировать по выражению
. (5.4)
Значительное влияние на скорость распространения пламени оказывает предварительный подогрев газовоздушной смеси. По экспериментальным данным значение нормальной скорости при абсолютной температуре смеси можно приблизительно определено по квадратичной зависимости
, (5.5)
в которой значение нормальной скорости распространения пламени для температуры 20 ºC принимается по табл. 5.1.
Поскольку при предварительном подогреве смеси ее плотность уменьшается обратно пропорционально абсолютное температуре, а скорость распространения пламени в соответствии с (5.5) растет пропорционально ее квадрату, то так называемая массовая скорость потока растет пропорционально абсолютное температуре. Это обстоятельство необходимо учитывать при расчете газовых горелок, работающих на гомогенной смеси, особенно в тех случаях, когда огневые каналы расположены в нагретой кладке, где на них воздействует излучение топки, шамотной горки, раскаленных газов и т.п.
5.1.3. Детонационное горение
Выше были рассмотрены закономерности равномерного (медленного) распространения пламени в условиях практически неизменного давления, близкого к атмосферному, когда трубка, в которой происходит горение, имеет небольшую длину (около 7 диаметров) и открыта с одного конца (соединена с неограниченным пространством или с сосудом большого объема, как минимум в 100 раз превышающего объем трубки). В этом случае воспламенение свежей смеси, то есть ее подогрев до температуры самовоспламенения, происходит за счет теплопроводности и медленной молекулярной диффузии. Образующаяся таким образом и передвигающаяся с дозвуковой скоростью волна (дефлаграция) одновременно является зоной горения.
Если длина трубки значительна или объем, с которым она соединена, ограничен, то процесс горения будет сопровождаться ростом давления. Для некоторых газовоздушных смесей это может привести сначала к вибрационному горению, а затем к детонационному, распространяющемуся со сверхзвуковой скоростью — 2000 м/с и более.
Передача энергии в случае детонации происходит за счет ударной волны сжатия газа. Как любая ударная волна, она нагревает газ, и если температура достигает температуры самовоспламенения, то возникает детонация. В отличие от дефлаграции экзотермическая реакция горения при детонации распространяется вслед за ударной волной.
Установлено, что детонация возникает преимущественно в смесях, обладающих сравнительно высокой равномерной скоростью распространения пламени. При этом детонация возможна только в определенных концентрационных пределах, которые обычно уже пределов воспламенения газов. Например, концентрационные пределы детонации газокислородных смесей составляют, % об.: для пропана — 3,2…3,7; изобутана — 2,8…3,1; ацетилена — 3,5…92; водорода — 15…90.
Уважаемый посетитель!
Чтобы распечатать файл, скачайте его (в формате Word).
Ссылка на скачивание - внизу страницы.