Скорость горения некоторых видов горючих материалов
Различают нормальную, или линейную, и (м/с) и массовую и* [кг/(м2 с)] скорости горения. Нормальной скоростью горения называют скорость распространения фронта пламени по отношению к несгоревшим реагентам. Скорость горения зависит от ряда физико-химических свойств реагентов, в частности теплопроводности и скорости химической реакции, и имеет вполне определенное значение для каждого горючего (при постоянных условиях горения). В табл. 1.24 приведены скорости горения (и пределы воспламенения) некоторых газообразных смесей. Концентрации горючего в смесях определены при 25°С и нормальном атмосферном давлении. Пределы воспламенения за отмеченными исключениями получены при распространении пламени в трубе диаметром 0,05 м, закрытой с обеих сторон. Коэффициенты избытка горючего определены как отношение объемных содержаний горючего в реальной смеси к стехиометрической смеси (j1) и к смеси при максимальной скорости горения (j2).
Таблица 1.24
Скорости горения конденсированных смесей (неорганический окислитель + магний)
|
Окислитель |
Стехиометрическая смесь |
Богатая горючим смесь |
||||
|
, % (масс.) |
u 102, м/с |
и *, кг/(м2 с) |
, % (масс.) |
u max 102, м/с |
и *, кг/(м2 с) |
|
Как видно, при горении воздушных газовых смесей при атмоферном давлении u mах лежит в пределах 0,40-0,55 м/с, а – в пределах 0,3-0,6 кг/(м2-с). Лишь для некоторых низкомолкулярных непредельных соединений и водорода u mах лежит в пределах 0,8-3,0 м/с, а достигает 1–2 кг/ (м2с). По увеличению и mах исследованные горючие в смесях с воздухом можно расположить в следующий ряд: бензин и жидкие ракетные топлива – парафины и ароматические соединения – оксид углерода – циклогексан и циклопропан – этилен – оксид пропилена – оксид этилена – ацетилен – водород.
Влияние структуры молекулы горючего на скорость горения удалось проследить для низкомолекулярных углеводородов с прямой цепью. Скорость горения растет с увеличением степени непредельности в молекуле: алканы – алкены – алкадиены – алкины. С ростом длины цепи этот эффект уменьшается, но все же скорость горения воздушных смесей для н-гексена примерно на 25% выше, чем для н-гексана.
Линейная скорость горения кислородных смесей значительно выше, чем воздушных (для водорода и оксида углерода – в 2-3 раза, а для метана – больше чем на порядок). Массовая скорость горения изученных кислородных смесей (кроме смеси СО + O2) лежит в пределах 3,7-11,6 кг/(м2 с).
В табл. 1.25 приведены (по данным Η. А. Силина и Д. И. Постовского) скорости горения уплотненных смесей нитратов и перхлоратов с магнием. Для приготовления смесей использовали порошкообразные компоненты с размерами частиц нитратов 150-250 мкм, перхлоратов 200-250 мкм и магния 75-105 мкм. Смесью заполняли картонные оболочки диаметром 24-46 мм до коэффициента уплотнения 0,86. Образцы сгорали на воздухе при нормальных давлении и начальной температуре.
Из сопоставления данных табл. 1.24 и 1.25 следует, что конденсированные смеси превосходят газовые смеси по массовой и уступают им по линейной скорости горения . Скорость горения смесей с перхлоратами меньше скорости горения смесей с нитратами, а смеси с нитратами щелочных металлов горят с более высокой скоростью, чем смеси с нитратами щелочноземельных металлов.
Таблица 1.25
Пределы воспламенения и скорости горения смесей с воздухом (I ) и кислородом (II) при нормальном давлении и комнатной температуре
|
Мольная доля горючего, a =1(I) |
Пределы воспламенения (I) |
u max (I), м/с |
|||||||
|
бедная смесь j1 |
богатая смесь φ2 |
||||||||
|
Оксид углерода |
|||||||||
|
Циклопропан |
|||||||||
|
Циклогексан |
|||||||||
|
Пропилен |
|||||||||
|
Ацетилен |
|||||||||
|
Гетралин C10H12 |
|||||||||
|
Оксид этилена |
|||||||||
|
Оксид пропилена |
|||||||||
Примечания: * – открыт нижний конец трубы; ** – сухой воздух, 0,97% H2 в монооксиде углерода.
- Кокочашвили В. И.
Особенности горения смесей водорода с бромом //
Журнал физической химии. 1951. Т. 25. Вып. 4. С. 445-460.
В работах приведены экспериментальные значения ¦скорости распространения горения для многих неметаллических материалов. В опытах использовали образцы из мягких материалов (ткани, резина и др.) в виде полосок размером 200 X 50 мм, края которых заделывали в латунную рамку, и образцы из жестких материалов (оргстекло, текстолит, поликарбонат и др.) в виде стержней размером 200 X 8 X 2 мм. Образцы устанавливали в бомбе объемом 30 м в различных положениях (от горизонтального до вертикального). В качестве источника зажигания использовали нагреваемую электрическим током стальную спираль из проволоки диаметром 0,2-0,3 мм и длиной 30-35 мм, которую закрепляли на конце образца.[ ...]
Значения скорости распространения пламени по образцам из различных материалов приведены в табл. 5.5.[ ...]
У всех исследованных материалов скорость горения увеличивается с повышением давления кислорода. Эта зависимость различна для различных материалов. Например, - при повышении давления от 0,2 до 2,0 кгс/см скорость горения ткани арт. 22376 увеличивается в 2,2 раза, кожи «Чепрак» - в 14 раз, а у тканей арт. 3005, байки - в 150-250 раз. Следует отметить, что у материалов, плавящихся при горении (капроновые и лавсановые ткани, оргстекло, поликарбонат), зависимость скорости горения от давления более слабая, чем у неплавящихся (кожа, хлопчатобумажные ткани и др.).[ ...]
Значительное влияние на скорость горения оказывает структура материала. Материалы с развитой поверхностью горят, как правило, с более высокой скоростью. Например, скорость горения капроновой ткани арт. 1516 с разреженной структурой в 3-5 раз выше скорости горения плотных капроновых тканей арт. 22376 и арт. 22059. Очень высокую скорость горения имеют пористые материалы (пенопластмассы и резина ОМ-12).[ ...]
При давлении кислорода около 1,0 кгс/см2 скорость горения большинства неметаллических материалов невелика и составляет, как правило, несколько сантиметров в секунду и менее. Отсюда следует, что их применение в контакте с кислородом принципиально допустимо при наличии простых средств обнаружения и подавления горения. Однако имеются материалы, скорость горения которых достигает 130-150 см/с. Ясно, что применение таких материалов в кислороде практически исключается.[ ...]
Следует обратить внимание на то, что широко используемые при изготовлении спецодежды для работы в атмосфере кислорода или обогащенного кислородом воздуха ткани на основе натуральных; волокон (хлопчатобумажные ткани) имеют очень высокие скорости горения (до 150 см/с). По-видимому, этим объясняется, что при загорании в кислородной атмосфере одежды обуслужи-вающего персонала практически никогда не удается принять быстрые и эффективные меры для спасения людей. Ткани на основе синтетических волокон горят в кислороде значительно медленнее. Скорость их горения не превышает обычно 1-2 см/с. Поэтому их применение в контакте с кислородом является предпочтительным (электризация и энергия зажигания этих тканей будут рассмотрены ниже).[ ...]
Интенсивность горения материалов особенно важно знать при рассмотрении возможности безопасного применения неметаллических материалов, которые обычно являются наиболее легко воспламеняющимися и быстрогорящими элементами конструкции.[ ...]
Интенсивность горения определяли по методике, подробно описанной ранее (с. 75).[ ...]
В специальных опытах установлено влияние давления кислорода (рис. 5.5) и размера навески (рис. 5.6) на тепловой эффект сгорания материалов. Интенсивность горения материала вычисляли как среднюю величину из 3-5 опытов. Точность измерения при заданном давлении ±5%. Значения теплового эффекта сгорания и интенсивности горения некоторых материалов при различных давлениях кислорода приведены в табл. 5.7.
Cтраница 1
Скорость горения растет с увеличением степени непредельности в молекуле: алканы алкены алкадиеныал-кины. С ростом длины цепи этот эффект уменьшается, но вое же скорость горения воздушных смесей для н-гексена примерно на 25 % выше, чем для и-геисана.
Скорость горения сокращается на значение Lv - тепло газификации. Оно имеет тенденцию быть низким для жидкостей и относительно высоким для твердых тел. Соответственно, твердые тела имеют тенденцию гореть намного медленнее, чем жидкости.
Скорость горения зависит от температуры и давления. С повышением температуры или давления скорость горения сильно возрастает. Если реакция горения протекает с очень большой скоростью, то происходит явление, называемое взрывом. Взрыв может произойти от соприкосновения с огнем нагретого нефтепродукта, пары которого смешаны с воздухом. Эта смесь становится взрывчатой тогда, когда в ней содержится определенное количество горючего.
Скорость горения и расходы, связанные с уменьшением горючести, зависят не только от типа смолы, но и от наличия и количества наполнителей, особенностей структуры материала (например, многослойная структура с использованием бальзы) и от применения покрытий, вспучивающихся при нагревании.
Скорость горения при постоянном давлении можно определить, осуществляя горение заряда в камере с соплом. Если поверхность заряда постоянна, то давление на протяжении горения почти не меняется. В этом случае линейная скорость горения может быть рассчитана как отношение полутолщины стенки (толщины свода) пороховой трубки ко времени горения. Преимуществом метода определения является близость условий горения к условиям реального применения, недостатком - необходимость готовить сравнительно большие образчики пороха. Более простым в лабораторном выполнении и не требующим больших количеств пороха является определение скорости горения при постоянном давлении цилиндрического бронированного с боковой поверхности заряда, поджигаемого с торца, с регистрацией времени горения участка определенной длины или перемещения зоны горения во времени. Первый прибор, разработанный для этих целей Варга , представлял собой стеклянную трубку диаметром около 30 мм, запаянную снизу. Трубка имеет в верхней части два боковых отвода. Один из них соединяет трубку с манометром, другой - с емкостью большого объема, в которую при горении поступают газы, благодаря чему в трубке сохраняется практически постоянное давление. Сверху трубка закрывается резиновой пробкой, через которую проходит тонкая, запаянная снизу стеклянная трубочка для термопары и вторая трубочка для проводников тока, заканчивающаяся вос-пламенительной спиралью из тонкой проволоки.
Скорость горения гидразина растет приблизительно пропорционально корню квадратному из давления. Выше 10 ат данные воспроизводятся хуже и средние значения стремятся к некоторой постоянной величине, не зависящей от давления. Выше некоторого давления жидкость не воспламеняется от накаленной проволоки.
Скорость горения, как правило, возрастает при повышении давления. Это вполне естественно в том случае, когда экзотермические реакции при горении протекают в газовой фазе. Повышение давления, увеличивая абсолютную скорость этих реакций, приближает зону их протекания к поверхности конденсированной фазы, увеличивает градиент температуры вблизи этой поверхности и соответственно передачу тепла последней.
Скорость горения, если ее определять в трубках одинакового диаметра, растет с увеличением давления, не пропорционально ему, а медленнее. Предполагается, что это связано с теплообменом со стенками трубки. Если скорость горения при каждом давлении измерять, применяя диаметр-трубки, равный пятикратному значению критического диаметра, то полученные данные показывают (для 97 7 % гидразина) в интервале давлений 0 5 - 1 аг прямую пропорциональность скорости горения давлению. Сопоставляя зависимость скорости горения от температуры горения, изменяемой разбавлением инертными газами (с учетом влияния этого разбавления на теплопроводность), получаем энергию активации, равную 30 ккал / моль.
Скорость горения на пожаре, как показали эти опыты, увеличивается вместе с увеличением горючей загрузки.
Горение ВВ отличается от детонации скоростью распространения и характером химических превращений. Скорость горения в основном определяется составом и состоянием заряда. Для порохов скорость горения составляет несколько сотен / , для твёрдых ракетных топлив - от нескольких мм/с до десятков см/с. Скорость горения чёрного (дымного) пороха примерно 300 м/с.
Некоторые ВВ могут как детонировать, так и гореть, если детонация по каким-либо причинам не возникает или затухает. Такой процесс часто называют дефлаграцией , а скорость его распространения скоростью дефлаграции .
Wikimedia Foundation . 2010 .
Смотреть что такое "Скорость горения" в других словарях:
скорость горения - (скорость фронта пламени в топливо воздушной смеси) [А.С.Гольдберг. Англо русский энергетический словарь. 2006 г.] Тематики энергетика в целом EN burning velocityrate of combustionburning ratecombustion velocity …
скорость горения - degimo sparta statusas T sritis fizika atitikmenys: angl. burning velocity; speed of combustion vok. Brenngeschwindigkeit, f; Verbrennungsgeschwindigkeit, f rus. скорость горения, f; скорость сгорания, f pranc. vitesse de combustion, f … Fizikos terminų žodynas
скорость горения - 10.2.1 скорость горения: Отношение длины сгоревшей части, измеренной в соответствии с методом испытания на огнестойкость, ко времени, необходимому для сжигания этой части, выраженное в миллиметрах в минуту. Источник … Словарь-справочник терминов нормативно-технической документации
скорость горения - rus скорость (ж) горения eng burning velocity, burning rate fra vitesse (f) de combustion deu Verbrennungsgeschwindigkeit (f) spa velocidad (f) de combustión … Безопасность и гигиена труда. Перевод на английский, французский, немецкий, испанский языки
СКОРОСТЬ ГОРЕНИЯ МАТЕРИАЛОВ - линейная скорость распространения движущего фронта горения по образцу материала … Российская энциклопедия по охране труда
скорость горения при фактических параметрах ламинарного факела - (состав, температура и давление) [А.С.Гольдберг. Англо русский энергетический словарь. 2006 г.] Тематики энергетика в целом EN fundamental burning velocity … Справочник технического переводчика
весовая скорость горения топлива - скорость горения массы топлива — [А.С.Гольдберг. Англо русский энергетический словарь. 2006 г.] Тематики энергетика в целом Синонимы скорость горения массы топлива EN mass burning rate … Справочник технического переводчика
линейная скорость горения - — [А.С.Гольдберг. Англо русский энергетический словарь. 2006 г.] Тематики энергетика в целом EN speed of flame propagation … Справочник технического переводчика
Основной характеристикой горения является скорость горения. Различают нормальную (линейную) и массовую скорости горения.
Под нормальной скоростью понимают U н . – линейную скорость перемещения фронта горения в направлении перпендикулярном поверхности горения:
Uн=ℓ/τ [см/с]
Массовая скорость горения U m – это количество исходной горючей системы, сгоревшей в единицу времени с единицы поверхности фронта горения.
Um=Uн × p0[г/см2×с]
Говоря о скорости горения необходимо различать собственно горение и поверхностное распространение горения. При горении порохового столбика конденсированная фаза обычно принимает форму конуса, при этом поверхность горения оказывается значительно больше исходной.
(Догорание горючих продуктов неполного сгорания за счет кислорода воздуха приводит к повышению температуры и, как следствие, вызывает ускорение распространения горения по поверхности заряда) .
При горении пороховых элементов в канале ствола зажигание обычно происходит по всей свободной поверхности.
Весовое количество газов, образующихся при горении равно:
Q=Um × s
Если по мере сгорания поверхность частицы уменьшается, то такую форму называют депрессивной (например, шар, куб), если поверхность увеличивается – прогрессивной (шашка с каналами).
В
Рис.
3. Горение шашки пороха
Горение конденсированных взрывчатых систем
В процессе горения зарядов конденсированных ВС следует различать три основных процесса :
зажигание от источника воспламенения с торца заряда;
послойное горение;
воспламенение заряда с боковой поверхности (при отсутствии бронировки боковой поверхности).
Теоретически описать такой сложный гетерогенный процесс, как горение, весьма трудно. Но если сделать ряд допущений:
Реакция целиком протекает при максимальной температуре горения,
Вещество сначала полностью испаряется, а затем идут реакции в парах и т.д., то процесс поддается описанию.
Согласно теории нормального горения скорость распространения зоны химической реакции обуславливается совокупностью двух процессов:
● переносом тепла из зоны химической реакции в зону прогрева за счет теплопроводности и
● массопереносом вещества из зоны прогрева в зону химической реакции за счет диффузии.
При совместном решении уравнений теплопроводности и диффузии получили выражение массовой скорости горения:
U
m
=
λ – коэффициент теплопроводности;
–тепловой
эффект реакции окисления (с единицы
массы газа);
m – порядок реакции;
T r – температура горения;
Е – энергия активации;
Т 0 – начальная температура;
W T Г – скорость реакции при Т горения.
W T Г =ρ о ·z·exp(-E/RT г).
С
хема
распространения температуры и протекания
реакции при стационарном горении летучих
ВВ по Беляеву.
Зависимость скорости горения от различных факторов
Линейная и массовая скорость горения зависит от:
геометрических размеров заряда (диаметра);
внешних условий (температуры и давления);
дисперсности ГС (размера частиц);
наличия примесей.
Для смесевых систем дополнительно оказывают влияние :
химическая природа компонентов, их теплофизические характеристики;
соотношение компонентов и дисперсность каждого из них.
Горение происходит в результате передачи соседнему слою тепла , выделившегося в реагирующем слое. Одновременно с выделением тепла происходят потери его в окружающую среду.
Горение протекает стационарно лишь в том случае, если количество тепла, отдаваемое соседнему слою, и теплопотери уравновешиваются теплоприходом за счет реакции.
Если суммарная теплоотдача становится больше, чем теплоприход, то горение оказывается не возможным.
При уменьшении диаметра заряда количество тепла, выделяемого в единицу времени, уменьшается пропорционально квадрату диаметра. Теплоотдача также уменьшается, но медленнее- она пропорциональна поверхности теплоотвода, т.е. первой степени диаметра. При некотором значении диаметра теплоприход не может компенсировать теплопотери и горение затухает.
Критическим диаметром горения называют минимальный диаметр, при котором ещё возможно горение. Критический диаметр не постоянная величина, он зависит не только от природы ВВ, но и от условий горения, в первую очередь от давления, начальной температуры, плотности заряда и дисперсности кристаллов.
● Повышение температуры и давления снижают критический диаметр горения, увеличивают скорость горения, уменьшают потери в окружающую среду.
