Толщина - зона - реакция
Cтраница 3
Формула (7.13) - еще одно выражение для скорости горения. В отличие от формулы Малляра - Ле Шателье она не включает толщину зоны реакции, но вместо нее входит средняя скорость реакции, которая также неизвестна. Следовательно, новая формула по смыслу существенно не отличается от формулы Малляра - Ле Шателье. Формула (7.13) не связана с кинетикой конкретной реакции, она просто свидетельствует о том, что скорость горения прямо пропорциональна корню квадратному из средней скорости реакции. [31]
Выражение ( 1 - 4) может быть использовано и для оценки толщины зоны реакции в турбулентном факеле. В обоих случаях ( ламинарное и турбулентное горение) численные значения коэффициентов, входящих в выражения для толщины зоны реакции, могут быть найдены в результате решения конкретной задачи о горении газа в пограничном слое. [32]
При малых значениях константы скорости К2 реакция между экстра-гентом и хемосорбентом протекает в объеме всей капли. По мере увеличения KI толщина зоны реакции сужается и при достаточно больших К2 становится много меньше радиуса капли. При К2 - толщина зоны реакции стремится к нулю и сама зона может быть приближенно заменена фронтом. [33]
Величина А является функцией четырех параметров: т, п, Ре и К2 - При малых значениях константы скорости К реакция между экстра-гентом и хемосорбентом протекает в объеме всей капли. По мере увеличения KI толщина зоны реакции сужается и при достаточно больших KI становится много меньше радиуса капли. При К2 - 0 толщина зоны реакции стремится к нулю и сама зона может быть приближенно заменена фронтом. [34]
При малых значениях константы скорости К2 реакция между экстрагентом и хемосорбентом протекает в объеме всей капли. При / ( 2 - - оо толщина зоны реакции стремится к нулю и сама зона может быть приближенно заменена фронтом. Фронт реакции со временем перемещается от поверхности внутрь капли, разделяя объем капли на две области, в одной из которых находится экстра-гент, а в другой - хемосорбент. В этом случае задача сводится к решению уравнений конвективной диффузии для экстрагента и хемосорбента, связанных между собой условиями сопряжения на фронте химической реакции. Если значения Ре велики, то, как показано в разделе 2.3, в качестве уравнения конвективной диффузии можно использовать приближенное уравнение Кронига и Бринка. [35]
Таким образом, теория оказывается вполне удовлетворительной. Нужно, в частности, отметить, что определяющим фактором является физический процесс диффузии и что механизм и скорость реакции имеют второстепенное значение. Они были бы существенны для решения вопроса о толщине зоны реакции, но этот вопрос не связан с главными особенностями диффузионных пламен. С аналогичным положением вещей, когда механизм и скорость реакции имеют второстепенное значение, мы встретимся в следующей главе - в вопросе о скоростях детонации. [36]
Таким образом, теория оказывается вполне удовлетворительной. Нужно, в частности, отметить, что определяющим фактором является физический процесс диффузии и что механизм и скорость реакции имеют второстепенное значение. Они были бы существенны для решения вопроса о толщине зоны реакции, но этот вопрос не связан с главными особенностями диффузионных пламен. С аналогичный положением вещей, когда механизм и скорость реакции имеют второстепенное значение, мы встретимся в следующей главе - в вопросе о скоростях детонации. [37]
Пусть горящее твердое тело в момент времени t 0 занимает полупространство х - 0, на границе которого при к 0 происходит реакция горения. Обобщение дальнейшего изложения на случай тела и трещины произвольной формы не вызывает принципиальных затруднений. Считаем, что все реагенты равномерно распределены в твердой фазе, а продукты реакции газообразны. Будем пренебрегать толщиной зоны реакции, считая, что фронт горения совпадает с поверхностью всего тела. [38]
На первом этапе изучается внутренняя структура зоны реакций. Эта структура определяется только локальными характеристиками турбулентности. Например, если толщина зоны реакций много меньше, чем минимальный пространственный масштаб пульсаций скорости, то в окрестности зоны реакций можно принять, что скорость среды и восстановленная концентрация горючего меняются линейно. На втором этапе исследуются крупномасштабные колебания зоны реакций, которые приводят к ее перемещениям как целого. В этом случае основной интерес представляют амплитудные характеристики колебаний, так как они определяют среднюю протяженность зоны горения. На этом этапе детали химической кинетики не имеют особого значения. [39]
При исследовании внутренней структуры зоны реакций статистическое описание процесса в известном смысле оказывается излишним. В самом деле, если зона реакций локально плоская, то в системе координат, связанной с какой-либо изотермой в этой зоне, все характеристики процесса описываются одномерными, квазистационарными уравнениями диффузии и теплопроводности. В эти уравнения входит компонента скорости среды, нормальная зоне реакций, и, если рассматривается горение неперемешанных газов, восстановленная концентрация горючего. В связи с тем, что толщина зоны реакций мала, можно принять, что эти величины линейно зависят от координаты, нормальной зоне реакций. [40]
Снаружи этой области возникает переходный слой, в котором по мере увеличения расстояния от поверхности турбулентность играет все более существенную роль. Оценки толщины зоны реакции показывают, что большая часть реакции в пламени имеет место в переходной области. Здесь теплообмен, который главным образом определяет скорость горения, происходит путем конвекции и теплопроводности. Высокая скорость газа, параллельная поверхности горения, увеличивает турбулентность в зоне реакции, повышая, таким образом, скорость теплообмена и скорость горения. Для холодного топлива, обладающего зоной реакции большой толщины, более значительная часть реакции происходит в переходной зоне; таким образом, для этого топлива эрозионный эффект будет больше, чем для горячего топлива, имеющего более тонкую зону реакции. [41]
Очевидно, что при малой или нулевой энергии активации бимолекулярная реакция практически в любом диапазоне концентраций протекает со скоростью, соизмеримой со скоростью детонации. Менаду этим пределом и скоростями, доступными теории и практике классической химической кинетики, располагается широкий диапазон возможных скоростей реакций. Обычно время затухания возбужденных атомов не превышает 10 8 сек. Рекомбинации ионов происходят в интервале времени порядка 10-в сек. В детонационной волне, перемещающейся со скоростью 2000 м / сек, при толщине зоны реакции в 1 см, время реакции составляет 10 6 - 10 6 сек. В обычных бунзеновских пламенах, в которых эффективная толщина зоны горения достигает нескольких десятых миллиметра, время реакции при линейной скорости течения газа, равной 100 см / сек, будет находиться в пределах от 10 - 3 до 10 4 сек. В обычных каналах предельная скорость течения воздуха, ограниченная скоростью распространения звука, составляет при 25 С около 3 5 - Ю4 см / сек. В такой системе путь в 1 си будет пройден потоком за 3 - 10 s сек. Отсюда следует, что в обычных каналах можно, по-видимому, экспериментально изучать процессы, длительность которых лежит, скажем, в пределах от 1 до 10 - 3 сек. [42]
 |
Влияние размера частицы КСЮ4 на скорость горения составных тошшв ( по. [43] |
По мере увеличения давления перхлорат принимает более активное участие в реакции. На фотоснимках горящих шашек можно увидеть вспышки пламени, которые, по-видимому, начинаются у кристаллов перхлората. Перхлорат, разлагаясь, образует потоки кислорода, которые могут реагргровать с газовой сажей н уменьшать количество газов в пламени. По скорости разложения этих кристаллов и по опубликованным величинам скорости разложения перхлората калия ( § 2) Раис оценил температуру поверхности кристаллов приблизительно в 1100 К. Эта температура значительно выше вероятной температуры поверхности двухкомпонентно-го вяжущего состава. Такая высокая температура может быть вызвана реакцией между перхлоратом и вяжущим составом или продуктами разложения вяжущего состава на поверхности частицы перхлората. Наиболее вероятное объяснение заключается в том, что частицы перхлората попадают с поверхности в область более высокой температуры шипящего пламени. Диаметры кристаллов перхлората по порядку величины равны толщине шипящей зоны реакции. Если реакции на поверхности кристалла играют определяющую роль, то влияние размера частицы должно быть обратным для мелкораздробленного вещества, дающего большой эффект при низких давлениях. [44]
Кроме этого, из приведенных данных следует, что с увеличением размеров горящего образца растет высота пламени, а зона реакции приближается к зеркалу горения. Следовательно, происходит увеличение зоны догорания пламени. Отсюда вытекают очень существенные для оценки энергетических характеристик пламени следствия. Из приведенных данных видно, что распространенное представление о постоянстве массы горючего окисляющегося на единице поверхности фронта пламени может быть отнесено только ко всему факелу. Доказательством этого служит совпадение абсолютных значений удельной скорости горения ( кривая 2) с данными исследований Д. М. Хзмаляна [11] и С. Экспериментальное сжигание горючих различного состава показало существенную зависимость удельной скорости горения во фронте пламени от размеров факела ( кривая 1), абсолютное значение которой изменяется от 0 036 до 0 145 г / см2 мин. Следовательно, во всех исследованных случаях в зоне реакции не может протекать полное окисление поступающего горючего. Реакции окисления не сгоревшей части горючего завершаются в зоне догорания. Такое течение процесса вероятно связано с малой толщиной зоны реакции и недостаточным временем пребывания в ней паров горючего, что и является причиной быстрого роста высоты пламени с увеличением площади горения. Для диффузионного ламинарного пламени в качестве константы можно рассматривать величину удельной скорости горения, равную 0 035 г / см2 мин, при условии равенства высоты зоны реакции высоте факела. [45]
Страницы: 1 2 3 4