Liepsnos plitimo greitis degimo metu. Degimo samprata
Normalus liepsnos plitimo greitis (un) priklauso nuo dujų ir oro mišinio termofizinių savybių. Tačiau dar labiau plitimo greitis priklauso nuo jo fizinės ir cheminės savybės? degimo greitis V ir temperatūra degimo reakcijos zonoje, TG:
tie. un yra proporcingas oksidacijos reakcijos greičiui (V) ir eksponentiškai priklauso nuo atvirkštinės degimo zonos temperatūros (Tg). Žinoma, lemiamas parametras bus reakcijos greitis. Parašykime cheminės degimo reakcijos greičio lygtį:
kur k0 yra išankstinis eksponentinis koeficientas pagal Arrhenius lygtį,
Cg, Sultys – kuro ir oksidatoriaus koncentracijos,
m, n - atitinkamai kuro ir oksidatoriaus reakcijos eilės,
Ea yra cheminės reakcijos aktyvavimo energija.
Panagrinėkime, kaip keisis oksidacijos reakcijų greitis mišiniams su skirtingu kuro ir oksidatoriaus santykiu (2 pav.).
Grafikas rodo, kad stechiometrinės sudėties mišinio (oro pertekliaus koeficientas? = 1) oksidacijos reakcijos greitis yra didžiausias.
Kada kuro koncentracija mišinyje viršija stechiometrinį kiekį? tampa< 1 (кислород находится в недостатке), горючее сгорает не полностью. В этом случае меньше выделится теплоты реакции горения Qгор и произойдёт снижение Tг.
Oksidacijos reakcijos greitis sumažės, lyginant su stechiometrine mišinio sudėtimi, tiek dėl sumažėjusios oksiduojančios medžiagos O2 koncentracijos, tiek dėl degimo zonos temperatūros. Tai yra, nuosekliai mažėjant? (kas prilygsta SG koncentracijos didinimui mišinyje) oksidacijos reakcijos greitis? ir degimo zonos temperatūros Tg nuosekliai mažės. Grafike SG > SGstech kreivė smarkiai krenta žemyn. Oksidacijos reakcijos greičio sumažėjimas? > 1 paaiškinamas šilumos išsiskyrimo degimo zonoje sumažėjimu dėl mažesnės kuro koncentracijos joje.
2 pav. Degimo greičio priklausomybė nuo kuro koncentracijos mišinyje
Degimo reakcijos greičio priklausomybė nuo degiosios sudedamosios dalies koncentracijos pradiniame mišinyje yra lygiai tokia pati kaip ir 2 pav., kuri iš anksto nulemia kitų degimo proceso parametrų priklausomybės nuo degimo proceso parametrų parabolinę formą. mišinys: savaiminio užsidegimo temperatūra ir minimali užsidegimo energija, liepsnos plitimo koncentracijos ribos. Normalaus liepsnos plitimo greičio un priklausomybė nuo kuro koncentracijos SG mišinyje taip pat turi parabolės formą. Fig. 3 paveiksle pavaizduotos tokios priklausomybės oro ir propano mišinio degimo atveju skirtingos reikšmės pradinė temperatūra.
3 paveikslas. Liepsnos plitimo greičio priklausomybė nuo propano koncentracijos ore, kai pradinė 311 K temperatūra (1); 644 K (2); 811 K (3)
Pagal aukščiau aprašytas sąvokas didžiausias liepsnos plitimo greitis (unmax) turi atitikti stechiometrinę kuro koncentraciją. Tačiau eksperimentiškai nustatytos jo vertės šiek tiek pasislenka link gausių degiųjų mišinių. Didėjant pradinei mišinio temperatūrai, liepsnos plitimo greitis turėtų padidėti, o tai pastebima praktikoje. Pavyzdžiui, benzino ir žibalo garų oro mišinio forma yra tokia, kaip parodyta Fig. 4.
4 pav. Liepsnos plitimo greičio priklausomybė nuo pradinės benzino ir žibalo garų oro mišinio su oru temperatūros
Dėl įvairių medžiagų priklauso nuo jų cheminė prigimtis ir kinta gana plačiose ribose (1 lentelė). Daugumai angliavandenilių degalų ir oro mišinių< 1 м/с. При введении в горючую смесь избыточного воздуха или азота температура горения заметно снижается.
1 lentelė.
Normalus kai kurių degių mišinių liepsnos plitimo greitis
Inertinių ir neutralių dujų patekimas į degų mišinį: azotas N2, argonas Ar, anglies dioksidas CO2 jį atskiedžia ir taip sumažina oksidacijos reakcijos greitį ir liepsnos plitimo greitį. Tai aiškiai matyti iš priklausomybių, parodytų Fig. 5.
Be to, esant tam tikrai (flegmatizuojančiai) skiediklių koncentracijai, degimas visiškai nutrūksta. Freonų įvedimas turi stipriausią poveikį, nes jie taip pat slopina degimo reakciją.
Kaip matyti iš fig. 5, freono (114B2) įvedimas į degųjį mišinį yra 4 - 10 kartų efektyvesnis nei neutralios dujos - skiedikliai.
5 pav. Skiediklių ir aušalo 114B2 koncentracijos įtaka liepsnos plitimo greičiui propano ir oro mišinyje (? = 1,15)
Skiediklių dujų flegmatizavimo gebėjimas priklauso nuo jų termofizinių savybių, ypač nuo jų šilumos laidumo ir šiluminės talpos.
1.3 Difuzinis dujų deginimas
Realiomis sąlygomis tais atvejais, kai dujos ar garai užsiliepsnoja prasidėjus avariniam jų nutekėjimui, stebimas difuzinis degimas. Tipiškas ir gana dažnas pavyzdys yra difuzinis dujų deginimas sunaikinant magistralinius vamzdynus, avariniame dujų ar dujų kondensato telkinio jūroje ar sausumoje, dujų perdirbimo įmonėse.
Panagrinėkime tokio degimo ypatybes. Tarkime, kad dega gamtinių dujų fontanas, kurio pagrindinis komponentas yra metanas. Degimas vyksta difuzijos režimu ir yra laminarinio pobūdžio. Liepsnos plitimo (CPLP) metano koncentracijos ribos yra 5–15 tūrio proc. Pavaizduokime liepsnos struktūrą ir sukonstruokime metano koncentracijos pokyčio ir degimo reakcijos greičio grafines priklausomybes nuo atstumo iki ašinio fontano (6 pav.).
6 pav. Dujų fontano difuzinės laminarinės liepsnos diagrama (a), kuro koncentracijos pokytis (b) ir degimo reakcijos greitis (c) išilgai liepsnos priekio.
Dujų koncentracija mažėja nuo 100% ties ašiniu fontanu iki viršutinės uždegimo koncentracijos ribos ir toliau iki LEL jo periferijoje.
Dujų degimas vyks tik koncentracijos intervale nuo VKPR iki LKPR, t.y. jo užsidegimo koncentracijos diapazone. Degimo reakcijos greitis?(T) bus lygus nuliui, kai koncentracija viršija VKPR ir mažesnė už LKPR, o didžiausia - esant. Taigi atstumas tarp HNKPR ir HVKPR lemia difuzinės liepsnos fronto plotį:
fp = HNKPR – HVKPR. (3)
Tokios liepsnos priekinis plotis svyruoja nuo 0,1 iki 10 mm. Degimo reakcijos greitis šiuo atveju nustatomas pagal deguonies difuzijos greitį ir jo reikšmė yra maždaug 5×104 kartus mažesnė už degimo greitį kinetiniu režimu. Šilumos intensyvumas tiek pat kartų mažesnis, t.y. šilumos išsiskyrimo greitis difuziniame degiklyje.
1.4 Dujų purkštukų degimo ypatybės. Liepsnos stabilizavimo sąlygos
Dujų fontanų degimo sąlygas patogiau apsvarstyti naudojant dujų purkštukų pavyzdį. Realiomis sąlygomis tokie purkštukai yra audringi. Uždegus iš šulinio ištekančią dujų srovę, susidaro vadinamasis difuzinis srautas, kuris turi simetrišką verpstės formą (6 pav.). Cheminės degimo reakcijos vyksta ploname degiklio paviršiniame sluoksnyje, kuris, iš pirmo žvilgsnio, gali būti laikomas paviršiumi, kuriame kuro ir oksidatoriaus koncentracija tampa lygi nuliui, o kuro ir oksidatoriaus difuzijos srautai į šį paviršių yra stechiometriniai. santykis. Difuzinio degimo fronto sklidimo greitis yra nulinis, todėl jis negali savarankiškai likti ant aukštyn tekančios srovės.
Liepsnos stabilizavimas ant purkštuko vyksta pačiame degiklio apačioje, kur realizuojamas kitas degimo mechanizmas. Kai dujos išteka iš skylės, pirminėje nedegančioje srovės paviršiaus dalyje susidaro turbulentinis besimaišančių dujų ir aplinkinio oro sluoksnis. Šiame sluoksnyje dujų koncentracija radialine kryptimi palaipsniui mažėja, o oksidatoriaus koncentracija didėja. Vidurinėje maišymo sluoksnio dalyje susidaro homogeninis kuro ir oksidatoriaus mišinys, kurio sudėtis artima stechiometrinei. Uždegus tokį degimui paruoštą mišinį, liepsnos frontas gali sklisti maišymo sluoksnyje baigtiniu greičiu net srauto link, jei degimo greitis viršija vietinį srauto greitį. Bet kadangi srovės greitis artėjant prie išleidimo angos didėja, tam tikrame aukštyje srovės greitis (uf) tampa lygus degimo greičiui (?t), o liepsna tokiame aukštyje čiurkšlės paviršiuje stabilizuojasi. Turbulentinio degimo greičio (?t) tiksliai apskaičiuoti neįmanoma. Tačiau vertinimai rodo, kad reikšmė (?t) yra maždaug lygi srovės pulsavimo greičiams, kurių dydis yra proporcingas ašiniam greičiui (um). Iš eksperimentinių duomenų matyti, kad didžiausios išilginio greičio komponento vidutinių kvadratinių pulsacijų vertės yra 0,2 um. Laikant šią reikšmę turbulentinio degimo greičiu, galima daryti prielaidą, kad didžiausias liepsnos plitimo greitis link dujų srovės, trykštančios 300-450 m/s greičiu, bus apie 50 m/s.
1.5 Degančių dujų fontanų srauto įvertinimas
Gesinant gaisrus iš galingų dujinių fontanų, reikia įvertinti degančio fontano srautą (D), nes dujų sąnaudos yra vienas iš pagrindinių parametrų, lemiančių darbų apimtį ir materialines bei technines priemones, būtinas avarijai likviduoti. . Tačiau tiesioginis degančio fontano srauto matavimas daugeliu atvejų yra neįmanomas, o veiksmingų nuotolinių metodų srauto srautui nustatyti nėra. Galingų dujų fontanų sąnaudas gana tiksliai galima nustatyti pagal deglo aukštį (H).
Yra žinoma, kad turbulentinės srovės aukštis, susidarantis degant normaliai išsiplėtusioms dujų srovėms, kurių išmetamųjų dujų greitis yra ikigarsinis, nepriklauso nuo srovės greičio ar debito, o nustatomas tik pagal skylės skersmenį (d). iš kurios teka srovė, termofizines savybes dujos ir jų temperatūra (T) prie išėjimo iš skylės.
Yra gerai žinoma empirinė formulė, leidžianti apskaičiuoti fontano srautą pagal deglo aukštį deginant gamtines dujas:
D = 0,0025Hf 2, mln. m3/d. (4)
Tikruose gaisruose laminarinio degimo režimai praktiškai nevyksta. Dujos tiek dujų telkinio rezervuare, tiek transportiniuose vamzdynuose bei technologiniuose įrenginiuose yra spaudžiamos. Todėl dujų suvartojimas avarinio nuotėkio metu bus labai didelis? iki 100 m3/s dėl trykštančių dujų gręžinių gaisrų (iki 10 mln. m3/parą). Natūralu, kad tokiomis sąlygomis ištekėjimo režimai, taigi ir degimo režimai, bus audringi.
Norint apskaičiuoti jėgas ir priemones gesinti degančius dujų raketus, būtina žinoti dujų sąnaudas. Pradinių duomenų jo apskaičiavimui beveik visada nėra, nes nežinomas dujų slėgis proceso įrangoje arba lauko rezervuare. Todėl praktikoje jie naudoja eksperimentiškai nustatytą degiklio liepsnos aukščio priklausomybę (4) nuo dujų srauto, kurios naudojimo apskaičiuoti duomenys pateikti lentelėje. 2.
2 lentelė.
Liepsnos aukščio priklausomybė nuo dujinio fontano dujų srauto įvairiais degimo režimais
Degimas- tai intensyvios cheminės oksidacinės reakcijos, kurias lydi šilumos ir švytėjimo išsiskyrimas. Degimas vyksta esant degioms medžiagoms, oksidatoriams ir uždegimo šaltiniams. Deguonis ir azoto rūgštis gali veikti kaip oksidatoriai degimo procese. Kaip kuras - daug organinių junginių, sieros, sieros vandenilio, piritai, dauguma metalų laisvos formos, anglies monoksidas, vandenilis ir kt.
Tikrame gaisre oksidatorius degimo procese dažniausiai yra oro deguonis. Išorinis degimo pasireiškimas yra liepsna, kuriai būdingas švytėjimas ir šilumos išsiskyrimas. Deginant sistemas, susidedančias tik iš kietųjų ar skystųjų fazių arba jų mišinių, liepsna negali kilti, t.y. be liepsnos deginimas arba rūkstantis.
Priklausomai nuo pradinės medžiagos ir degimo produktų agregacijos būklės, jie išskiriami vienalytis degimas, sprogmenų degimas, nevienalytis degimas.
Homogeninis degimas. Esant homogeniniam degimui, pradinės medžiagos ir degimo produktai yra toje pačioje agregacijos būsenoje. Šis tipas apima dujų mišinių (gamtinių dujų, vandenilio ir kt. su oksiduojančiu agentu - dažniausiai oro deguonimi) deginimą /
Sprogmenų deginimas susijęs su medžiagos perėjimu iš kondensuotos būsenos į dujas.
Heterogeninis degimas. Nevienodo degimo metu pradinės medžiagos (pavyzdžiui, kietasis arba skystasis kuras ir dujinis oksidatorius) yra skirtingos agregacijos būsenos. Svarbiausi nevienalyčio degimo technologiniai procesai yra anglies, metalų, skystojo kuro deginimas naftos krosnyse, vidaus degimo varikliuose, raketinių variklių degimo kamerose.
Liepsnos judėjimas per dujų mišinį vadinamas liepsnos plitimas. Priklausomai nuo degimo liepsnos plitimo greičio, ji gali būti deflagracinė kelių m/s greičiu, sprogioji – dešimčių ir šimtų m/s greičiu, o detonacinė – tūkstančių m/s greičiu. s.
Deflagracijos degimas skirstomas į laminarinį ir turbulentinį.
Laminarinis degimas turi įprastą liepsnos plitimo greitį.
Normalus liepsnos plitimo greitis, yra liepsnos fronto judėjimo greitis nesudegusių dujų atžvilgiu statmena jos paviršiui kryptimi.
Temperatūra sąlyginai silpnai padidina įprastą liepsnos plitimo greitį, inertinės priemaišos jį sumažina, o didėjantis slėgis lemia arba padidėjimą, arba mažėjimą.
Laminariniame dujų sraute dujų greitis yra mažas. Degimo greitis šiuo atveju priklauso nuo degiojo mišinio susidarymo greičio. Turbulencinėje liepsnoje dujų čiurkšlių sūkurys pagerina reaguojančių dujų maišymąsi, nes padidėja paviršiaus plotas, per kurį vyksta molekulinė difuzija.
Dujų gaisro ir sprogimo pavojaus indikatoriai. Jų ypatybės ir apimtis
Technologinių procesų gaisringumo pavojų daugiausia lemia gamyboje naudojamų žaliavų, tarpinių ir galutinių produktų fizikinės ir cheminės savybės.
Gaisro ir sprogimo pavojaus rodikliai naudojami skirstant patalpas ir pastatus į kategorijas, kuriant priešgaisrinės saugos ir sprogimo saugos užtikrinimo sistemas.
Dujos – tai medžiagos, kurių absoliutus garų slėgis 50 °C temperatūroje yra lygus arba didesnis nei 300 kPa arba kurių kritinė temperatūra yra mažesnė nei 50 °C.
Dujoms taikomi šie rodikliai:
Degumo grupė– rodiklis, taikomas visoms agregavimo būsenoms.
Degumas – tai medžiagos ar medžiagos gebėjimas degti. Pagal degumą medžiagos ir medžiagos skirstomos į tris grupes.
Nedegus(nedegios) - medžiagos ir medžiagos, kurios negali degti ore. Nedegios medžiagos gali būti pavojingos ugniai (pavyzdžiui, oksidatoriai, taip pat medžiagos, kurios sąveikaudamos su vandeniu, oro deguonimi ar tarpusavyje išskiria degius produktus).
Mažas degumas(sunkiai degančios) - medžiagos ir medžiagos, kurios gali užsidegti ore iš uždegimo šaltinio, bet negali sudegti savarankiškai po jo pašalinimo.
Degios(degiosios) - medžiagos ir medžiagos, galinčios savaime užsidegti, taip pat užsiliepsnoti nuo uždegimo šaltinio ir sudegti savarankiškai po jo pašalinimo. Iš degių medžiagų ir medžiagų grupės išskiriamos degios medžiagos ir medžiagos.
Degiosios – tai degios medžiagos ir medžiagos, kurios gali užsidegti nuo trumpalaikio (iki 30 s) poveikio mažos energijos uždegimo šaltiniui (degtuko liepsna, kibirkštis, rūkstanti cigaretė ir pan.).
Dujų degumas nustatomas netiesiogiai: dujos, kurios turi koncentracijos ribos užsidegimas ore klasifikuojamas kaip degus; jei dujos neturi degumo koncentracijos ribų, tačiau tam tikroje temperatūroje savaime užsiliepsnoja, jos klasifikuojamos kaip antipirenas; nesant užsiliepsnojimo ir savaiminio užsiliepsnojimo temperatūros koncentracijos ribų, dujos klasifikuojamos kaip nedegus.
Praktikoje degumo grupė naudojama medžiagoms skirstyti pagal degumą, nustatant sprogiųjų ir gaisrui pavojingų zonų klases pagal PUE, nustatant patalpų ir pastatų kategoriją pagal sprogimo ir gaisro pavojų, rengiant priemones gaisrui užtikrinti ir įrangos ir patalpų sprogimo sauga.
Savaiminio užsidegimo temperatūra- žemiausia medžiagos temperatūra, kuriai esant specialiomis bandymo sąlygomis smarkiai padidėja egzoterminių reakcijų, kurios baigiasi liepsnos degimu, greitis.
Liepsnos plitimo (užsidegimo) koncentracijos ribos – tai koncentracijos diapazonas, kuriame galimas degių garų ir dujų mišinių degimas su oru arba deguonimi.
Apatinė (viršutinė) liepsnos plitimo koncentracijos riba - minimalus (maksimalus) kuro kiekis degiosios medžiagos ir oksiduojančios terpės mišinyje“, kuriam esant liepsna gali plisti per mišinį bet kokiu atstumu nuo uždegimo šaltinio. Šiose ribose mišinys yra degus, tačiau už jų ribų mišinys negali degti.
Liepsnos plitimo temperatūros ribos(užsidegimas) – tokios medžiagos temperatūros, kurioms esant jos sotieji garai tam tikroje oksiduojančioje aplinkoje sudaro koncentracijas, lygias atitinkamai apatinei (apatinė temperatūros riba) ir viršutinei (viršutinė temperatūros riba) liepsnos plitimo koncentracijos riboms.
Gebėjimas sprogti ir degti sąveikaujant su vandeniu, oro deguonimi ir kitomis medžiagomis- kokybinis rodiklis, apibūdinantis tam tikrų medžiagų ypatingą gaisro pavojų. Ši medžiagų savybė naudojama nustatant gamybos kategoriją, taip pat pasirenkant saugias technologinių procesų vykdymo sąlygas bei bendro medžiagų ir medžiagų laikymo ir transportavimo sąlygas.
Laminarinio degimo greitis – greitis, kuriuo liepsnos frontas juda statmena šviežio kuro rinklės paviršiui.
– laminarinė degimo zona;
– laminarinio degimo greitis.
Turbulentinis degimas.
Turbulentinis liepsnos greitis – greitis, kuriuo liepsnos frontas juda turbulentiškame sraute.
– turbulentinio degimo zona;
– normalus smulkių dalelių greitis.
Laminarinis degimas neužtikrina reikiamo šilumos išsiskyrimo greičio variklyje, todėl reikalinga dujų srauto turbulencija.
Arrhenijaus lygtis:
– cheminės reakcijos greitis.
– cheminės reakcijos konstanta, priklausomai nuo mišinio sudėties ir kuro rūšies;
– cheminės reakcijos slėgis;
– cheminės reakcijos eiliškumą; 
–universali dujų konstanta;
– cheminės reakcijos temperatūra;
– aktyvacijos energija yra energija, reikalinga intramolekuliniams ryšiams nutraukti.
Įvairių veiksnių įtaka degimo procesui vidaus degimo variklyje su kibirkštiniu uždegimu.
Mišinio sudėtis.
– viršutinė koncentracijos riba;
– apatinė koncentracijos riba;
– normalus degimas;
–mišinio galios sudėtis
– didžiausia variklio išvystyta galia.
–ekonominė mišinio sudėtis
– maksimalus efektyvumas.
Suspaudimo laipsnis.
Didėjant greičiui, uždegimo fazė didėja, o tai lemia vėlyvą degimo procesą ir per ciklą išsiskiriančios šilumos kiekio sumažėjimą. Todėl keičiant 
reikia reguliuoti uždegimo laiką (IPA).
Uždegimo laikas.
Uždegimo laikas – alkūninio veleno sukimosi kampas nuo kibirkšties padavimo į TDC momentą.
P 
esant apkrovai
suprasti droselio sklendės sukimosi kampą - būtent tai reguliuoja variklio apkrovą.
– droselio vožtuvo sukimosi kampas.
Pagrindiniai degimo proceso sutrikimai kibirkštinio uždegimo degimo varikliuose. Detonacija.
D 
etonacija
– sprogus mišinio degimas, lydimas smūginių slėgio bangų, plintančių visame degimo kameros tūryje. Detonacija įvyksta savaime užsidegus mišinio dalims, nutolusioms nuo uždegimo žvakės, dėl intensyvaus šildymo ir suspaudimo plintant liepsnos frontui.
Po detonacijos: 
Atsispindėdama nuo degimo kameros sienelių, smūginė banga sudaro antrinius liepsnos frontus ir savaiminio užsidegimo šaltinius. Išoriškai detonacija pasireiškia nuobodžiais smūgiais, kai variklis veikia esant didelėms apkrovoms.
Variklio veikimo su detonacija pasekmės:
Atskirų variklio komponentų (vožtuvų, stūmoklių, galvutės tarpiklių, uždegimo žvakių elektrodų) perkaitimas ir perdegimas;
Mechaninis variklio dalių sunaikinimas dėl smūginių apkrovų;
Sumažėjusi galia ir veikimo efektyvumas.
Tai. Ilgas darbas su detonacija yra nepriimtinas.
P 
Štai veiksniai, sukeliantys detonaciją:
Būdingas degalų gebėjimas savaime užsidegti atsparumas detonacijai , ir įvertintas atsparumas detonacijai oktaninis skaičius (OC) .
LABAI – skaičiais lygus prastai ditonuojančio izooktano tūrinei daliai mišinyje su lengvai ditonuojančiu normaliu heptanu, kuris detonacinėmis savybėmis prilygsta šiam benzinui.
Izooktanas – 100 vnt., normalus heptanas – 0 vnt.
Pavyzdžiui: 92 oktaninis skaičius reiškia, kad šio benzino atsparumas smūgiams yra toks pat kaip ir etaloninis 92 % izooktano ir 8 % normalaus heptano mišinys.
A 
- variklinis benzinas;
ir – benzino gavimo tyrimo metodas;
m – motorinis metodas (raidė dažniausiai nerašoma).
Variklio tyrimo metodu suspaudimo laipsnis reguliuojamas iki detonacijos pradžios, o iš lentelių nustatomas oktaninis skaičius.
Motoriniai metodai imituoti važiavimą pilna apkrova (sunkvežimis už miesto ribų).
Tyrimo metodas imituoja važiavimą daline apkrova (mieste).
Jei oktaninis skaičius yra per didelis, tada liepsnos plitimo greitis mažėja. Degimo procesas vėluoja, dėl to sumažėja efektyvumas ir pakyla išmetamųjų dujų temperatūra. To pasekmė – galios sumažėjimas, padidėjusios degalų sąnaudos, variklio perkaitimas ir atskirų elementų perdegimas. Didžiausias variklio našumas pasiekiamas, kai degalų oktaninis skaičius yra artimas detonacijos slenksčiui.
Kovos su detonacija būdai:
Esant adiabatiniam, t.y. degant be šiluminių nuostolių, visa degiosios sistemos cheminė energija paverčiama į šiluminė energija reakcijos produktai. Adiabatinio degimo produktų temperatūra priklauso ne nuo liepsnoje vykstančių reakcijų greičio, o tik nuo jų bendro šiluminio efekto ir galutinių produktų šiluminių pajėgumų. Ši vertė vadinama adiabatine degimo temperatūra T g. Ji yra svarbi savybė degi aplinka. Daugumai degių mišinių vertė T g yra 1500 ÷ 3000°K diapazone. Tai akivaizdu T d – maksimali reakcijos produktų temperatūra, kai nėra išorinio šildymo. Tikroji degimo produktų temperatūra gali būti mažesnė T d esant šilumos nuostoliams.
Pagal šiluminę degimo teoriją, kurią sukūrė sovietų mokslininkai Ya B. Zeldovich ir D. A. Frank-Kamenetsky, liepsna plinta perduodant šilumą iš degimo produktų į nesudegusį (šviežią) mišinį. Temperatūros pasiskirstymas dujų mišinyje, atsižvelgiant į šilumos išsiskyrimą iš cheminės reakcijos ir šilumos laidumą, parodytas fig. 6.1:
Ryžiai. 6.1. Temperatūros pasiskirstymas dujų mišinyje
Liepsnos priekis, t.y. zona, kurioje vyksta degimo reakcija ir intensyvus savaiminis degimo dujų įkaista, prasideda esant savaiminio užsidegimo temperatūrai T St ir baigiasi temperatūroje T G.
Priešais liepsnos frontą, sklindantį į dešinę, yra šviežias mišinys, o už nugaros - degimo produktai. Manoma, kad šildymo zonoje reakcija vyksta taip lėtai, kad šilumos išsiskyrimas nepaisomas.
Šilumos perdavimo procesas stacionarios liepsnos plitimo metu nepraranda šilumos ir nesumažina temperatūros, palyginti su T d tiesiai už liepsnos priekio. Šilumos pašalinimas iš kiekvieno degančio dujų sluoksnio, kai uždegamas gretimas, dar neįkaitęs, kompensuojamas panašiu šilumos kiekiu, anksčiau gautu į uždegimo sluoksnį savo užsidegimo metu. Papildoma pradinio uždegimo impulso šiluma nepastebimai iškraipo pastovaus degimo režimo, nes didėjant sudegusių dujų kiekiui jos vaidmuo vis labiau mažėja.
Degimo produktai praranda šilumą tik dėl spinduliuotės ir kontaktuodami su kietu paviršiumi. Jei spinduliuotė yra nereikšminga, toks degimas yra praktiškai adiabatinis. Pastebimi šilumos nuostoliai galimi tik tam tikru atstumu už liepsnos fronto.
Taigi, dujų mišinio degimo inicijavimas viename taške įkaista šalia esantis sluoksnis, kuris šildomas šilumos laidumu iš reakcijos produktų iki savaiminio užsidegimo. Šio sluoksnio degimas reiškia, kad užsidega kitas ir kt. kol degus mišinys visiškai išdegs. Šiluma, pašalinta iš reakcijos zonos į šviežią mišinį, visiškai kompensuojama išskiriant reakcijos šilumą ir atsiranda stabilus liepsnos frontas. Dėl degimo sluoksnis po sluoksnio liepsnos priekis juda per mišinį, leisdamas liepsnai plisti.
Jei šviežias mišinys juda link liepsnos fronto greičiu, lygiu liepsnos plitimo greičiui, tada liepsna bus nejudanti (stovėjusi).
Šilumos laidumo būdu į šviežią mišinį tiekiamas šilumos kiekis liepsnos paviršiaus vienetui per laiko vienetą:
(6.7)
kur yra šilumos laidumo koeficientas; – liepsnos priekio plotis.
Ši šiluma sunaudojama kaitinant šviežią mišinį nuo pradinės temperatūros iki degimo temperatūros:
Kur Su– savitoji šiluminė galia; – mišinio tankis.
Atsižvelgiant į (6.7) ir (6.8) lygtis U pl =υ g liepsnos plitimo greitis nustatomas pagal ryšį:
, (6.9)
kur yra šiluminio difuzijos koeficientas.
Kadangi degimo greitis labai priklauso nuo temperatūros, didžioji dalis dujų sudega zonoje, kurios temperatūra yra artima
Cheminės reakcijos greitis nustatomas pagal lygtį:
(6.10)
Tada liepsnos plitimo greitis yra:
(6.11)
Kur b– indikatorius, priklausantis nuo mišinio savybių.
Taigi liepsna negalės pasklisti per degųjį mišinį, jei jo temperatūra yra tam tikru kiekiu žemesnė už teorinę degimo temperatūrą.
Didžiausias liepsnos plitimo greitis stebimas ne esant stechiometriniam degalų ir oksidatoriaus santykiui mišinyje, o esant kuro pertekliui. Iš anksto kaitinant mišinį, liepsnos plitimo greitis realiomis sąlygomis žymiai padidėja, nes jis yra proporcingas pradinės mišinio temperatūros kvadratui.
Virš skystos arba kietos medžiagos paviršiaus bet kokioje temperatūroje yra garų ir oro mišinys, kurio slėgį pusiausvyros būsenoje lemia sočiųjų garų slėgis arba jų koncentracija. Kylant temperatūrai, sočiųjų garų slėgis didėja eksponentiškai (Clapeyron – Clausis lygtis):
kur Р n „ - sočiųjų garų slėgis, Pa; Q„ C11 - garavimo šiluma, kJ/mol; T - skysčio temperatūra, K.
Bet kuriam skysčiui yra temperatūrų diapazonas, kuriame sočiųjų garų koncentracija virš veidrodžio (skysčio paviršiaus) bus uždegimo srityje, t.y. NKPV
Norint sukurti garų LTPV, užtenka iki LTPV lygios temperatūros pašildyti ne visą skystį, o tik jo paviršinį sluoksnį.
Esant uždegimo šaltiniui, toks mišinys gali užsidegti. Praktikoje dažniau vartojamos sąvokos „pliūpsnio temperatūra“ ir „užsiliepsnojimo temperatūra“.
Pliūpsnio temperatūra yra minimali skysčio temperatūra, kuriai esant virš jo paviršiaus susidaro garų koncentracija, kuri gali užsidegti nuo uždegimo šaltinio, tačiau garų susidarymo greitis yra nepakankamas degimui palaikyti.
Taigi tiek pliūpsnio taške, tiek esant žemesnei užsiliepsnojimo temperatūros ribai, virš skysčio paviršiaus susidaro žemesnė užsiliepsnojimo koncentracijos riba, tačiau pastaruoju atveju LFL susidaro sočiųjų garų dėka. Todėl pliūpsnio temperatūra visada yra šiek tiek didesnė nei LTPV. Nors pliūpsnio temperatūroje yra trumpalaikis garų užsidegimas, kuris negali virsti stabiliu skysčio degimu, vis dėlto tam tikromis sąlygomis blykstė gali sukelti gaisrą.
Pliūpsnio temperatūra yra skysčių klasifikavimo į degius skysčius (FLL) ir degius skysčius (CL) pagrindu. Skysčiai, kurių pliūpsnio temperatūra uždaroje talpykloje yra 61 °C arba žemesnė, priskiriami degiems skysčiams, kurių pliūpsnio temperatūra yra didesnė nei 61 °C.
Pliūpsnio temperatūra eksperimentiniu būdu nustatoma atviroje ir uždaro tipo. Uždaruose induose pliūpsnio temperatūros vertės visada yra mažesnės nei atviruose, nes tokiu atveju skysti garai gali išsisklaidyti į atmosferą ir reikia aukštesnės temperatūros, kad susidarytų degi koncentracija virš paviršiaus.
Lentelėje 2.4 parodyta kai kurių skysčių pliūpsnio temperatūra, nustatyta atviro ir uždaro tipo prietaisais.
2.4 lentelė
Pliūpsnio taškas skirtingi tipai skysčių, naudojant skirtingus nustatymo metodus
Uždegimo temperatūra yra minimali skysčio temperatūra, kuriai esant užsidegus garams iš užsiliepsnojimo šaltinio, užtikrinamas pastovus degimas.
Degiųjų skysčių užsidegimo temperatūra yra 1-5° aukštesnė už pliūpsnio temperatūrą, tuo tarpu kuo žemesnė pliūpsnio temperatūra, tuo mažesnis skirtumas tarp užsiliepsnojimo ir užsiliepsnojimo taškų.
Degiems skysčiams, kurių pliūpsnio temperatūra yra aukšta, skirtumas tarp šių temperatūrų siekia 25-35°. Yra koreliacija tarp pliūpsnio temperatūros uždarame tiglyje ir apatinės uždegimo temperatūros ribos, aprašytos formule
Šis ryšys galioja ГВ(.
Didelė pliūpsnio ir užsidegimo temperatūrų priklausomybė nuo eksperimentinių sąlygų sukelia tam tikrų sunkumų kuriant skaičiavimo metodą jų reikšmėms įvertinti. Vienas iš labiausiai paplitusių yra V. I. Blinovo pasiūlytas pusiau empirinis metodas:
kur G saulė yra blykstės (užsidegimo) temperatūra, K; R np - sočiųjų skysčio garų dalinis slėgis pliūpsnio (užsidegimo) temperatūroje, Pa; D()- skysčio garų difuzijos koeficientas, s/m 2; b- deguonies molekulių, reikalingų vienai kuro molekulei visiškai oksiduoti, skaičius; IN – nustatymo metodo konstanta.
Skaičiuojant pliūpsnio temperatūrą uždarame inde, rekomenduojama imti IN= 28, atvirame inde IN= 45; užsidegimo temperatūrai apskaičiuoti imkite IN = 53.
Degiosios temperatūros ribas galima apskaičiuoti:
Remiantis žinomomis virimo taško vertėmis
čia ^н(в)’ 7/ip - atitinkamai apatinė (viršutinė) užsidegimo ir virimo temperatūros riba, °C; k, aš - parametrai, kurių reikšmės priklauso nuo degaus skysčio tipo;
Remiantis žinomomis koncentracijos ribų vertėmis. Norėdami tai padaryti, pirmiausia nustatykite sočiųjų garų koncentraciją virš skysčio paviršiaus
kur (p„ p yra sočiųjų garų koncentracija, %; R n n - sočiųjų garų slėgis, Pa; P 0 - išorinis (atmosferos) slėgis, Pa.
Iš (2.41) formulės išplaukia
Nustatę sočiųjų garų slėgį iš apatinės (viršutinės) degumo ribos, randame temperatūrą, kuriai esant šis slėgis pasiekiamas. Tai apatinė (viršutinė) uždegimo temperatūros riba.
Naudodami (2.41) formulę taip pat galite išspręsti atvirkštinę problemą: apskaičiuokite užsidegimo koncentracijos ribas pagal žinomas temperatūros ribų vertes.
Liepsnos savybė savaime plisti pastebima ne tik degant degių dujų mišiniams su oksidatoriumi, bet ir kai dega skysčiai Ir kietosios medžiagos. Vietiškai veikiamas šilumos šaltinio, pavyzdžiui, atviros liepsnos, skystis sušils, padidės garavimo greitis, o kai skysčio paviršius šilumos šaltinio poveikio vietoje pasieks užsidegimo temperatūrą, garai. oro mišinys užsidegs, užsidegs stabili liepsna, kuri vėliau tam tikru greičiu pasklis paviršiumi ir šaltos dalies skysčiais.
Kas yra varomoji jėga degimo proceso plitimas, koks jo mechanizmas?
Liepsnos plitimas skysčio paviršiumi atsiranda dėl šilumos perdavimo dėl spinduliuotės, konvekcijos ir molekulinio šilumos laidumo iš liepsnos zonos į skysčio veidrodžio paviršių.
Autorius šiuolaikinės idėjos Pagrindinė degimo proceso plitimo varomoji jėga yra liepsnos šilumos spinduliuotė. Yra žinoma, kad liepsna, turinti aukštą temperatūrą (daugiau nei 1000 °C), gali skleisti šiluminę energiją. Pagal Stefano-Boltzmanno dėsnį spinduliavimo intensyvumas šilumos srautas išskiriamas įkaitusio kūno lemia santykis
Kur ts i- spinduliavimo šilumos srauto intensyvumas, kW/m 2 ; 8 0 - kūno (liepsnos) juodumo laipsnis (e 0 = 0,75-H,0); a = = 5,7 10 11 kJ/(m 2 s K 4) - Stefano-Boltzmanno konstanta; G g - kūno (liepsnos) temperatūra, K; G 0 - vidutinė temperatūra, K.
Į visas puses sklindanti šiluma dalinai pasiekia dar neužsidegusias skysčio paviršiaus vietas, jas sušildo. Didėjant paviršinio sluoksnio, esančio virš šildomo ploto, temperatūrai, suintensyvėja skysčio garavimo procesas, susidaro garų-oro mišinys. Kai tik skysčio garų koncentracija viršys LVEL, jie užsidegs nuo liepsnos. Tada ši skysčio paviršiaus dalis pradeda intensyviai šildyti gretimą skysčio paviršiaus atkarpą ir pan. Liepsnos sklidimo skystyje greitis priklauso nuo skysčio paviršiaus įkaitimo greičio liepsnos spinduliuojančiu šilumos srautu, t.y. dėl degių garų ir oro mišinio susidarymo virš skysčio paviršiaus greičio, kuris, savo ruožtu, priklauso nuo skysčio pobūdžio ir pradinės temperatūros.
Kiekvienas skysčio tipas turi savo garavimo šilumą ir pliūpsnio temperatūrą. Kuo didesnės jų reikšmės, tuo ilgesnis laikas, reikalingas jį sušildyti, kol susidarys degus garo ir oro mišinys, taigi, tuo mažesnis liepsnos plitimo greitis. Su padidėjimu molekulinė masė Medžiagos, esančios toje pačioje homologinėje serijoje, elastinis garų slėgis mažėja, garavimo šiluma ir pliūpsnio temperatūra didėja, o liepsnos sklidimo greitis atitinkamai mažėja.
Padidinus skysčio temperatūrą, padidėja liepsnos plitimo greitis, nes laikas, reikalingas skysčiui sušilti iki pliūpsnio temperatūros, kol sumažės degimo zona.
Blyksnio metu liepsnos plitimo skysčio paviršiumi greitis bus (fizine prasme) lygus liepsnos plitimo greičiui per garų ir oro mišinį, kurio sudėtis artima LCPV, t.y. 4-5 cm/s. Kai pradinė skysčio temperatūra pakyla virš pliūpsnio temperatūros, liepsnos plitimo greitis priklausys (panašiai kaip liepsnos plitimo greitis) nuo degiojo mišinio sudėties. Iš tiesų, padidėjus skysčio temperatūrai virš jo pliūpsnio temperatūros, garų ir oro mišinio koncentracija virš veidrodžio paviršiaus padidės nuo LVVP iki 100% (virimo temperatūra).
Vadinasi, iš pradžių, kai skysčio temperatūra pakyla nuo pliūpsnio taško iki temperatūros, kurioje virš paviršiaus susidaro sočiųjų garų, kurių koncentracija lygi stechiometriniam (tiksliau, šiek tiek didesnė už stechiometrinį), liepsnos greitį. plitimas padidės. Uždaruose induose, toliau kylant skysčio temperatūrai, liepsnos plitimo greitis pradeda mažėti iki greičio, atitinkančio viršutinę užsiliepsnojimo temperatūros ribą, kuriai esant liepsnos ir garo-oro mišinio plitimas nebebus. gali būti įmanoma dėl deguonies trūkumo garo ir oro mišinyje virš skysčio paviršiaus. Virš atviro bako paviršiaus garų koncentracija yra skirtingų lygių bus kitoks: paviršiuje jis bus maksimalus ir atitiks sočiųjų garų koncentraciją tam tikroje temperatūroje, didėjant atstumui nuo paviršiaus, koncentracija palaipsniui mažės dėl konvekcinės ir molekulinės difuzijos.
Skysčio temperatūroje, artimoje pliūpsnio temperatūrai, liepsnos sklidimo skysčio paviršiumi greitis bus lygus jos sklidimo greičiui per garų mišinį ore esant LCPV, t.y. 3-4 cm/s. Šiuo atveju liepsnos priekis bus skysčio paviršiuje. Toliau didėjant pradinei skysčio temperatūrai, liepsnos plitimo greitis padidės panašiai kaip ir įprasto liepsnos plitimo per garo-oro mišinį greitis, padidėjus jo koncentracijai. SU Maksimalus greitis liepsna pasklis per mišinį, kurios koncentracija artima stechiometrinei. Vadinasi, padidėjus pradinei skysčio temperatūrai virš Gstx, liepsnos plitimo greitis išliks pastovus, lygus maksimaliai degimo plitimo greičio stechiometriniu mišiniu dydžiui arba šiek tiek didesnis už jį (2.5 pav.). Taigi,
Ryžiai. 25.
1 - skysčio deginimas uždarame inde; 2 - skysčio degimas atvirame inde, kai pradinė skysčio temperatūra atvirame inde kinta plačiame temperatūrų intervale (iki virimo taško), liepsnos plitimo greitis svyruos nuo kelių milimetrų iki 3-4 m/ s.
Esant didžiausiam greičiui, liepsna pasklis per mišinį, kurios koncentracija artima stechiometrinei. Skysčio temperatūrai kylant virš Gstx, padidės atstumas virš skysčio, kuriame susidarys stechiometrinė koncentracija, o liepsnos sklidimo greitis išliks toks pat (žr. 2.5 pav.). Šią aplinkybę visada reikia atsiminti tiek organizuojant prevencinius darbus, tiek gesinant gaisrus, kai, pavyzdžiui, gali kilti oro nutekėjimo į uždarą talpą pavojus – jo slėgio mažinimas.
Skysčiui užsiliepsnojus ir liepsnai pasklidus, jo paviršius tampa jo perdegimo difuzijos būdas, kuriai būdinga specifinė masė W rM ir linijinis W V Jl greičius.
Savitasis masės greitis – tai medžiagos masė, sudegusi iš skysčio veidrodžio ploto vieneto per laiko vienetą (kg/(m 2 *s)).
Linijinis greitis – tai atstumas, kuriuo skysčio paviršiaus lygis pasislenka per laiko vienetą dėl jo perdegimo (m/s).
Masės ir linijinio perdegimo laipsniai yra tarpusavyje susiję per skysčio tankį p:
Skysčiui užsiliepsnojus, jo paviršiaus temperatūra nuo užsidegimo temperatūros pakyla iki virimo, susidaro įkaitęs sluoksnis. Per šį laikotarpį skysčio perdegimo greitis palaipsniui didėja, liepsnos aukštis didėja priklausomai nuo bako skersmens ir degaus skysčio tipo. Po 1-10 minučių degimo procesas stabilizuojasi: perdegimo greitis ir liepsnos dydis nesikeičia ir ateityje.
Liepsnos aukštis ir forma ties difuzinis degimas skysčiai ir dujos paklūsta tiems patiems dėsniams, nes abiem atvejais degimo procesą lemia abipusė kuro ir oksidatoriaus difuzija. Tačiau jei difuzinio dujų degimo metu dujų srauto greitis nepriklauso nuo liepsnoje vykstančių procesų, tai skysčio degimo metu nustatomas tam tikras perdegimo greitis, kuris priklauso tiek nuo termodinaminių skysčio parametrų. ir dėl oro deguonies ir skysčio garų difuzijos sąlygų.
Tarp degimo zonos ir skysčio paviršiaus susidaro tam tikras šilumos ir masės perdavimas (2.6 pav.). Dalis šilumos srauto, pasiekiančio skysčio paviršių q 0m išleidžiama jį pašildyti iki virimo temperatūros q ucn. Be to, šilta qCT Skystis tiekiamas šildyti iš liepsnos per rezervuaro sieneles dėl šilumos laidumo. Su pakankamai dideliu skersmeniu qCT tada galima nepaisyti q() = K „n +
Tai akivaizdu
čia c yra skysčio šiluminė talpa, kJDkg-K); p - skysčio tankis, kg/m3; Wnc- šildomo sluoksnio augimo greitis, m/s; W Jl - linijinis greitis perdegimas, m/s; 0 ir SP - garavimo šiluma, kJ/kg; G kip yra skysčio virimo temperatūra, K.
Ryžiai. 2.6.
Г () - pradinė temperatūra; G boil - virimo temperatūra;
T g- degimo temperatūra; q KUW q Jl - atitinkamai konvekciniai ir spinduliavimo šilumos srautai; q 0 -šilumos srautas, patenkantis į skysčio paviršių
Iš (2.45) formulės matyti, kad šilumos srauto iš liepsnos zonos intensyvumas lemia tam tikrą kuro tiekimo į šią zoną greitį, kurio cheminė sąveika su oksidatoriumi, savo ruožtu, įtakoja reikšmę #0. Štai kas masė- Ir šilumos mainai tarp liepsnos zonos ir kondensuotos fazės skysčių ir kietųjų medžiagų degimo metu.
Šilumos dalies nuo bendros šilumos išsiskyrimo degant skysčiui, kuri sunaudojama ruošiant deginti, įvertinimas q 0 galima atlikti tokia seka.
Atsižvelgiant į paprastumą W rjl= W nx , gauname
Šilumos išsiskyrimo greitis skysčio paviršiaus paviršiaus vienetui (savitoji ugnies šiluma qll7K) galima nustatyti pagal formulę
čia Q H yra mažesnė medžiagos degimo šiluma, kJ/kg; R p – degimo naudingumo koeficientas.
Tada, atsižvelgdami į būseną (2.44) ir padalydami išraišką (2.45) iš formulės (2.46), gauname
Skaičiavimai rodo, kad apie 2% viso skysčio degimo metu išsiskiriančios šilumos išleidžiama skysčio garų susidarymui ir tiekimui į degimo zoną. Nustačius perdegimo procesą, skysčio paviršiaus temperatūra pakyla iki virimo temperatūros, kuri vėliau lieka nepakitusi. Šis teiginys taikomas atskiram skysčiui. Jei svarstysime skysčių, turinčių skirtingą virimo temperatūrą, mišinius, tada pirmiausia išsiskiria žemos virimo temperatūros frakcijos, o po to vis aukštesnės virimo temperatūros frakcijos.
Perdegimo greičiui didelę įtaką turi skysčio įkaitimas gilumoje dėl šilumos perdavimo iš skysčio, šildomo spinduliavimo srautu. q 0 skysčio paviršių į jo gylį. Šis šilumos perdavimas atliekamas dėl šilumos laidumas Ir konvencija.
Skysčio įkaitimas dėl šilumos laidumo gali būti pavaizduotas eksponentine formos priklausomybe
Kur T x - skysto sluoksnio temperatūra gylyje X, TO; G kip - paviršiaus temperatūra (virimo temperatūra), K; k- proporcingumo koeficientas, m -1.
Šis temperatūros lauko tipas vadinamas pirmojo tipo temperatūros pasiskirstymas(2.7 pav.).
Laminarinis susitarimas atsiranda dėl skirtingos skysčio temperatūros prie bako sienelių ir jo centre, taip pat dėl frakcinės distiliacijos viršutiniame sluoksnyje mišinio degimo metu.
Papildomas šilumos perdavimas iš šildomų rezervuaro sienelių į skystį sukelia jo sluoksnių, esančių šalia sienų, kaitinimą daugiau aukštos temperatūros nei centre. Prie sienų labiau šildomas skystis (ar net garų burbuliukai, jei jis šildomas ties sienelėmis virš virimo temperatūros) pakyla, o tai prisideda prie intensyvaus skysčio maišymosi ir greito kaitinimo dideliame gylyje. Taip vadinamas homoterminis sluoksnis, tie. beveik pastovios temperatūros sluoksnis, kurio storis degant didėja. Šis temperatūros laukas vadinamas antrojo tipo temperatūros pasiskirstymas.
Ryžiai. 2.7.
1 - pirmosios rūšies temperatūros pasiskirstymas; 2 - antrojo tipo temperatūros pasiskirstymas
Homoterminis sluoksnis taip pat galimas dėl skysčių, turinčių skirtingą virimo temperatūrą, mišinio paviršinių sluoksnių frakcinio distiliavimo. Tokiems skysčiams išdegus, paviršinis sluoksnis prisotinamas tankesnėmis, aukštai verdančiomis frakcijomis, kurios grimzta žemyn, palengvindamos konvekcinį skysčio kaitinimą.
Nustatyta, kad kuo žemesnė skysčio virimo temperatūra ( dyzelinis kuras, transformatorinė alyva), sunkiau susidaro homoterminis sluoksnis. Kai jie dega, bako sienelių temperatūra retai viršija virimo temperatūrą. Tačiau deginant šlapius aukštai verdančius naftos produktus, homoterminio sluoksnio susidarymo tikimybė yra gana didelė. Įkaitinus rezervuaro sieneles iki 100°C ir daugiau, susidaro vandens garų burbuliukai, kurie besiverždami į viršų sukelia intensyvų viso skysčio judėjimą ir greitą įkaitimą gilumoje. Homoterminio sluoksnio storio priklausomybę nuo degimo laiko apibūdina ryšys
Kur X - homoterminio sluoksnio storis tam tikru degimo laiko momentu, m; x pr - didžiausias homoterminio sluoksnio storis, m; t – laikas, skaičiuojamas nuo sluoksnio formavimosi momento, s; p - koeficientas, s -1.
Galimybė susidaryti pakankamai storam homoterminiam sluoksniui degant drėgniems naftos produktams yra kupina virimo ir skysčio išmetimo.
Perdegimo greitis labai priklauso nuo skysčio rūšies, pradinės temperatūros, drėgmės ir deguonies koncentracijos atmosferoje.
Iš (2.45) lygties, atsižvelgiant į (2.44) išraišką, galima nustatyti masės perdegimo greitį:
Iš (2.50) formulės akivaizdu, kad perdegimo greitį įtakoja šilumos srauto, einančio iš liepsnos į skysčio paviršių, intensyvumas ir kuro termofizikiniai parametrai: virimo temperatūra, šiluminė talpa ir garavimo šiluma.
Nuo stalo 2.5 akivaizdu, kad yra tam tikras atitikimas tarp perdegimo greičio ir šilumos suvartojimo skysčiui šildyti ir išgaruoti. Taigi, benzeneksileno glicerolių serijoje, padidėjus šilumos suvartojimui šildymui ir garinimui, perdegimo greitis mažėja. Tačiau pereinant nuo benzeno prie dietilo eterio, šilumos sąnaudos sumažėja. Šis akivaizdus neatitikimas atsiranda dėl šilumos srautų, patenkančių iš degiklio į skysčio paviršių, intensyvumo skirtumų. Spinduliavimo srautas yra pakankamai didelis dūminei benzeno liepsnai ir mažas santykinai skaidriai dietilo eterio liepsnai. Paprastai greičiausiai degančių skysčių ir lėčiausiai degančių skysčių perdegimo koeficientų santykis yra gana mažas ir siekia 3,0–4,5.
25 lentelė
Perdegimo greičio priklausomybė nuo šilumos suvartojimo šildymui ir garavimui
Iš (2.50) išraiškos matyti, kad didėjant G 0 perdegimo greitis didėja, nes mažėja šilumos suvartojimas skysčiui pašildyti iki virimo taško.
Drėgmės kiekis mišinyje sumažina skysčio perdegimo greitį, pirma, dėl papildomo šilumos suvartojimo jo išgaravimui ir, antra, dėl flegmatizuojančio vandens garų poveikio dujų zonoje. Pastaroji lemia liepsnos temperatūros sumažėjimą, todėl pagal (2.43) formulę mažėja ir jos spinduliuotė. Griežtai kalbant, šlapio skysčio (skysčio, kuriame yra vandens) degimo greitis nėra pastovus, jis degimo proceso metu didėja arba mažėja priklausomai nuo skysčio virimo temperatūros.
Šlapį kurą galima pavaizduoti kaip dviejų skysčių mišinį: kuras + vanduo, kurio degimo proceso metu jų frakcinis distiliavimas. Jei degaus skysčio virimo temperatūra yra žemesnė už vandens virimo temperatūrą (100°C), pirmenybė teikiama kuro degimui, mišinys prisotinamas vandeniu, sumažėja perdegimo greitis ir galiausiai nutrūksta degimas. Jei skysčio virimo temperatūra yra aukštesnė nei 100 ° C, tada, priešingai, pirmiausia drėgmė išgaruoja ir jos koncentracija mažėja. Dėl to skysčio degimo greitis didėja iki gryno produkto degimo greičio.
Paprastai, didėjant vėjo greičiui, didėja skysčio perdegimo greitis. Vėjas sustiprina kuro maišymo procesą su oksidatoriumi, taip padidindamas liepsnos temperatūrą (2.6 lentelė) ir priartindamas liepsną prie degimo paviršiaus.
2.6 lentelė
Vėjo greičio įtaka liepsnos temperatūrai
Visa tai padidina šilumos srauto, tiekiamo skysčiui šildyti ir išgarinti, intensyvumą, todėl padidėja perdegimo greitis. Esant didesniam vėjo greičiui, liepsna gali lūžti, todėl degimas nutrūks. Pavyzdžiui, kai traktoriaus žibalas degė 3 m skersmens bake, liepsna sugesdavo esant 22 m/s vėjo greičiui.
Dauguma skysčių negali degti atmosferoje, kurioje deguonies yra mažiau nei 15%. Didėjant deguonies koncentracijai virš šios ribos, didėja perdegimo greitis. Atmosferoje, gerokai praturtintoje deguonimi, skystis dega, kai liepsnoje išsiskiria didelis kiekis suodžių ir stebimas intensyvus skystos fazės virimas. Daugiakomponenčių skysčių (benzino, žibalo ir kt.) paviršiaus temperatūra didėja didėjant deguonies kiekiui aplinkoje.
Perdegimo greičio ir skysčio paviršiaus temperatūros padidėjimas, didėjant deguonies koncentracijai atmosferoje, atsiranda dėl padidėjusios liepsnos emisijos dėl degimo temperatūros padidėjimo ir didelio suodžių kiekio joje.
Perdegimo greitis taip pat labai pasikeičia sumažėjus degiojo skysčio lygiui bake: perdegimo greitis mažėja, kol degimas sustoja. Kadangi oro deguonies tiekimas iš aplinką bako viduje sunku, tada mažėjant skysčio lygiui atstumas didėja h np tarp liepsnos zonos ir degimo paviršiaus (2.8 pav.). Spinduliavimo srautas į skysčio veidrodį mažėja, todėl perdegimo greitis mažėja net iki susilpnėjimo. Deginant skysčius didelio skersmens talpyklose, didžiausias gylis/g, kuriame degimas susilpnėja, yra labai didelis. Taigi, 5 m skersmens bakui tai yra 11 m, o Im skersmens - apie 35 m.
