Fbp+О'к

Сущность процесса зажигания заключается в нагревании высокотемпературным источником только очень маленькой части объема холодной горючей смеси, буквально в одной ее точке. Основная часть смеси при этом остается в холодном состоянии.

Вопрос 1. Основные понятия и механизм зажигания

Лекция 8. Зажигание нагретой поверхностью Вопросы

Тема 5. ВЫНУЖДЕННОЕ ВОСПЛАМЕНЕНИЕ (ЗАЖИГАНИЕ) ПАРОГАЗОВЫХ ГОРЮЧИХ СИСТЕМ

1. Основные понятия и механизм зажигания.

2. Элементы тепловой теории зажигания.

3. Особенности зажигания газопаровоздушных смесей нагретой поверхностью.

Зажигание - это процесс инициирования начального очага горения в горючей смеси. Зажигание горючих газовых смесей может происходить при контакте их с накаленными поверхностями, при появлении внутри смесей искр различного происхождения или пламени.

Пусть имеется некая система с газовой смесью (рис.1). Температура газа во всем его объеме одинаковая и равна Т, поэтому конвекция, т.е. перемешивание газа, отсутствует. Поместим в эту систему накаленное тело (источник зажигания ИЗ) с бесконечно малой поверхностью и температурой стенки Т_ст выше температуры газа Т₀.

* '.. _

7~ L—--------------------- ¹—F

• -; -

. ■ ■ dx • * ' •

Рис.1. Схема тепловых потоков в системе «газ - источник зажигания»

В этом случае газ начнет нагреваться, и возникнет тепловой поток q от поверхности тела к периферии смеси. Передача теплоты будет осуществляться теплопроводностью. В газовой смеси возникнет температурное поле, градиент которого будет направлен в сторону теплового потока от источника зажигания. Распределение температуры по объему газовой смеси будет зависеть от Т_ст нагретого тела и от того, какая смесь находится в системе: горючая или негорючая (рис. 2).

Рис.2. Критические условия зажигания горючей смеси

Графически зависимость распределения температуры по негорючему газу будет представлять собой прямую линию, поскольку из закона Фурье следует, что

^TT^dT ~^То

(1)

z dx х

и для температуры газа Т]^СТ получаем прямую линию (рис.2):

Т = Т_ст-qx/A,,

(2)

где q - тепловой поток, Вт/м²;

X - коэффициент теплопроводности, Вт/м²-К;

х - расстояние от поверхности источника зажигания, м. Если же в системе находится горючая смесь, то характер зависимости изменится за счет выделения теплоты окислительно-восстановительных реакций. Они будут протекать только в очень узком, приповерхностном слое 8 горючей смеси. Далее теплота будет отводиться из этого слоя в объем холодной горючей смеси. Если поднять температуру стенки выше Т_ь то в этом случае в негорючем газе будет увеличиваться только наклон температурной прямой. В среде же горючей смеси скорость реакции окисления будет, естественно, увеличиваться с повышением температуры, а значит, больше будет и тепловыделение. И может найтись такая температура стенки Т₂^ст, при которой в приповерхностном слое температура горючей смеси понижаться не будет, и кривая температуры на этом участке пойдет параллельно оси абсцисс. То есть в этом слое установится равенство, баланс теплоотвода и тепловыделения. Малейшее увеличение температуры выше Т₂^ст приведет к тому, что скорость реакции в пограничном слое начнет прогрессивно возрастать, как при самовоспламенении. Смесь воспламенится. Температуру стенки Т₂^ст называют критической или температурой зажигания Тз. Она аналогична по смыслу, но не равна по величине температуре самовоспламенения горючей смеси.