Классификация топливовоздушной смеси

Процессы горения принято классифицировать в зависимости от того, в каком агрегатном состоянии находятся вещества, всту­пающие в реакцию.

1. Горение газообразных веществ. Оба компонента - горючее и окислитель находятся в газообразном состоянии. Подобного рода процессом является окисление газов в потоке воздуха, процесс в реактивном двигателе системы газ-газ, горение в ракетно-прямоточном двигателе и др.

Различают две разновидности горения газов - процесс при полном предварительном смешении гомогенное горение и горение неперемешанных газов - диффузионное.

2. Гетерогенное горение. Вещества, вступающие в реакцию, находятся в различных агрегатных состояниях. Типичным примером является горение жидкого горючего в потоке воздуха, как это обычно имеет место в камерах сгорания воздушно-реактивных двигателей. Примером гетерогенного горения, когда один из компонентов газообразный, а другой - твердое тело, является широко распространенное сжигание твердого топлива в стацио­нарных топках. Возможна и комбинация жидкого и твердого ком­понентов, как например, в гибридном ракетном двигателе.

3. Горение конденсированных систем, жидких или твердых. Подобного рода процесс медленного горения происходит в каме­ре сгорания ракетного двигателя твердого топлива. Горение во взрывчатых веществах имеет обычно детонационный механизм.

Следует заметить, что вне зависимости от агрегатного со­стояния исходных веществ сам процесс химических соединений осуществляется, как правило, в газовой фазе. Дело в том, что при непрерывном процессе горения тепло по тому или иному механизму передается от горячих продуктов сгорания к свежему веществу. При этом происходит плавление, разложение, испаре­ние и газификация веществ, которые должны войти в реакцию. Сами же химические реакции протекают при весьма высоких тем­пературах, когда вещество уже газифицировано.

Процессы горения весьма сложны и поэтому могут рассмат­риваться в различных аспектах. Всякий процесс горения или раз­ложения вещества является, прежде всего, химическим, поскольку он сопровождается превращением вещества, изменением его качества. Законы соединения и превращения, описывающие эти процессы, составляют содержание химической науки. Для прикладных вопросов, для техники, огромное значение имеет динамика превращения - скорость превращения и ход выделения тепла. При внимательном рассмотрении этого вопроса оказывается, что в технике в большинство случаев процессы горения подчиняются в первую очередь физическим закономерностям. Действительно, скорость распространения пламени в горючей смеси зависит от переноса тепла и диффузии активных центров. Скорость горения жидкого топлива зависят от испарения, а последнее – от передачи тепла каплям горячего. Горение раздельно подаваемых газов определяет­ся процессам смешения компонентов. Таким образом, процесс горения по определяющим его протекание факторам - физический процесс. Не исключая при этом роль химической кинетики, которая также оказывает влияние.

При рассмотрении процессов горения обычно привлекаются такие науки, как газовая динамика, термодинамика, теория теплопередачи, теория диффузии, химическая кинетика. В соответствии с этим науку о горении нередко называют аэротермохимией.

Горючей топливовоздушной смесью, называют смесь паров и капель топлива с воздухом, способную к воспламенению и распространению по ней пламени. Свойства смеси зависят в первую очередь от ее состава в зоне горения, определяемая величиной коэффициента избытка воздуха α_зг, и от степени ее неравномерности по составу, которая оценивается по отличию местных коэффициентов избытка воздуха в зоне горения α_згi, от среднего α_зг

Здесь α_{зг=Gв/GтL o}где _{Gв, Gт} -расходы воздуха и топлива

L0 –стехиометрический коэффициент, характеризирующий оптимальное соотношение окислителя и топлива при горении.

. Рассмотрим особенности горения различных по качеству топливовоздушных смесей.

4.2 Горение в ламинарном потоке гомогенной однородной смеси.

Процесс распространения пламени в ламинарном потоке характеризируется так называемой нормальной скоростью горения u_н.-это линейная скорость перемещения фронта пламени по свежей смеси в виде тонкой светящейся поверхности толщиной σ_пл.

Нормальная скорость u_н зависит от рода топлива, состава смеси α_зг и начальной температуры и давления Т_0, Р₀ (на рис.4. 1 представлены экспериментальные значения u_н). Величина u_н по α_зг изменяется с максимумом при α_зг =0,9,так же, как и температура продуктов сгорания ), т.к. скорости химических реакций и тепло-передачи от продуктов сгорания к свежей смеси при этом являются максимальными. Уменьшение или увеличение значения α_зг от 0.9 приводит к ухудшению указанных процессов и соответственно падению величины u_н. Для углеводородных топлив горение прекращается при скоростях порядка 10см/с, т.е. нормальная скорость горения намного меньше скорости потока в камерах сгорания.