Горение

физ.-хим. Процесс, при к-ром превращение в-ва сопровождается интенсивным выделением энергии и тепло-и массообменом с окружающей средой. В отличие от взрыва и детонации протекает с более низкими скоростями и не связано с образованием ударной волны. В основе Г. Лежит хим. Р-ция, способная протекать с прогрессирующим самоускорением вследствие накопления выделяющегося тепла (тепловое Г.) или активных промежут. Продуктов (цепное Г.). Наиб. Распространено тепловое Г. Цепное Г. В чистом виде встречается сравнительно редко, гл. Обр. В случае нек-рых газофазных р-ций при низких давлениях. Условия термич. Самоускорения м. Б. Обеспечены для всех р-ций с достаточно большими тепловыми эффектами и энергиями активации. Наиб. Обширный класс р-ций Г.-окисление углеводородов, напр.

При Г. Прир. Топлив, водорода, металлов и т. П. Окислители-кислород, галогены, нитросоединения, перхлораты. В режиме Г. Могут происходить. Разложение озона, ацетилена, гидразина, динитрогликоля, метилнитрата и др. Окислит.-восстановит. Р-ции, в к-рых восстановители-элементы с высоким сродством к кислороду (Са, Al, Si, Mg и др.). Синтез из элементов оксидов, галогенидов, халькогенидов, гидридов, интерметаллидов, тугоплавких нитридов и карбидов. Г. Может начаться самопроизвольно в результате самовоспламенения либо быть инициированным зажиганием (см. Воспламенение). При фиксиров. Внеш. Условиях (давление, т-ра, размеры реактора, параметры тепло- и массопереноса и др.) непрерывное Г. Может протекать в стационарном режиме, когда осн.

Характеристики процесса - скорость р-ции, кол-во тепла, выделяющегося в единицу времени (мощность тепловыделения), т-ра и состав продуктов - не изменяются во времени, либо в периодич. Режиме, когда эти характеристики колеблются около своих средних значений. Вследствие сильной нелинейной зависимости скорости р-ции от т-ры Г. Отличается высокой чувствительностью к внеш. Условиям. При их незначит. Изменении медленная р-ция может перейти в режим Г. Или, наоборот, развитое Г. Может прекратиться. Это же св-во Г. Обусловливает существование неск. Стационарных режимов при одних и тех же условиях (гистерезисный эффект). Теория горения. При адиабатич. Сжигании горючей смеси, т. Е. В отсутствие теплообмена между реагирующей системой и окружающей средой, м.

Б. Рассчитаны кол-во выделившегося при Г. Тепла, т-ра Т Г,> к-рая была бы достигнута при полном сгорании (т. Наз. Адиабатич. Т-ра Г.), и состав продуктов, если известны состав исходной смеси и термодинамич. Ф-ции исходной смеси и продуктов. Если состав продуктов заранее известен, Т Г м. Б. Рассчитана из условия равенства внутр. Энергии системы (при пост. Объеме) или ее энтальпии (при пост. Давлении) в исходном и конечном состояниях с помощью соотношения. Т Г = Т 0 + Qr/C, где Т 0 -начальная т-ра смеси, С-средняя в интервале т-р от Т 0 до Т Г уд. Теплоемкость исходной смеси (с учетом ее изменения при возможных фазовых переходах), (Q Г -УД- теплота сгорания смеси при т-ре Т Г. При относительном содержании а 0 в смеси компоненты, полностью расходуемой в р-ции (напр., горючего), Q Г = Q* а 0 где Q-тепловой эффект р-ции Г.

Значение Тр при пост, объеме больше, чем при пост. Давлении, поскольку в последнем случае часть внутр. Энергии системы расходуется на работу расширения. На практике условия адиабатич. Г. Обеспечиваются в тех случаях, когда р-ция успевает завершиться прежде, чем станет существенным теплообмен между реакц. Объемом и окружающей средой, напр. В камерах сгорания крупных реактивных двигателей, в больших реакторах, при быстро распространяющихся волнах горения. Термодинамич. Расчет дает лишь частичную информацию о процессе - равновесный состав и т-ру продуктов. Полное описание Г., включающее также определение скорости процесса и критич. Условий при наличии тепло-и массообмена с окружающей средой, можно провести только в рамках макрокинетич.

Подхода, рассматривающего хим. Р-цию во взаимосвязи с процессами переноса энергии и в-ва (см. Макрокинетика). В случае заранее перемешанной смеси горючего и окислителя р-ция Г. Может происходить во всем пространстве, занятом горючей смесью (объемное Г.), или в сравнительно узком слое, разделяющем исходную смесь и продукты и распространяющемся по горючей смеси в виде т. Наз. Волны Г. В неперемешанных системах возможно диффузионное Г., при к-ром р-ция локализуется в относительно тонкой зоне, отделяющей горючее от окислителя, и определяется скоростью диффузии реагентов в эту зону. Объемное горение происходит, напр., в теплоизолиров. Реакторе идеального перемешивания (см. Безградиентный реактор), в к-рый поступает при т-ре Т 0 исходная смесь с относит.

Содержанием горючего а 0. При другой т-ре Г реактор покидает смесь с иным относит. Содержанием горючего а. При полном расходе G через реактор условия баланса энтальпии смеси и содержания горючего при стационарном режиме Г. Могут быть записаны ур-ниями. где w(а, Т)-скорость р-ции Г., К-объем реактора. Используя выражение для термодинамич. Т-ры Т Г, можно из (1) получить. а = а 0 (Т Г - Т)/(Т Г - Т 0 )и записать (2) в виде. где Т 0 )-скорость отвода тепла из реактора с продуктами сгорания, скорость выделения тепла при р-ции. Для р-ции и-го порядка с энергией активации. (.