Оглавление
- 1 Сгорание
- 1.1 Определение горения
- 1.2 Процесс горения
- 1.3 Типы горения
- 1.4 Экологические и медицинские проблемы
- 1.5 Тление и спонтанный огонь
- 1.6 Самовозгорание
- 1.7 Бурное горение
- 1.8 Микрогравитация
- 1.9 Микросжиг
- 1.10 Химические уравнения
- 1.11 Следы продуктов сгорания
- 1.12 Неполное сгорание углеводорода
- 1.13 Жидкое топливо
- 1.14 Газообразное топливо
- 1.15 Твердое топливо
- 1.16 Управление процессом горения
- 1.17 Тепловой баланс и материальные балансы
- 1.18 Механизм реакции горения
- 1.19 Промежуточные продукты и реакции
- 1.20 Скорость горения и кинетическое моделирование
- 1.21 Температура горения
- 1.22 Нестабильность горения
- 1.23 Связанные понятия и машины
- 1.24 Полный текст статьи:
- 2 Горение
Сгорание
-
Определение горения
- Горение – это высокотемпературная экзотермическая окислительно-восстановительная химическая реакция между топливом и окислителем.
- Продукты горения образуют смесь, называемую дымом.
- Пламя видно только при испарении веществ, но тепло от пламени поддерживает реакцию.
-
Процесс горения
- Горение часто представляет собой сложную последовательность радикальных реакций.
- Твердые топлива сначала подвергаются пиролизу, затем сжигаются с выделением тепла.
- При сгорании часто образуется высокая температура, что приводит к свечению или пламени.
-
Типы горения
- Полное сгорание: реагент сгорает в кислороде, образуя углекислый газ и воду.
- Неполное сгорание: кислорода недостаточно для полного сгорания, образуются углерод и монооксид углерода.
-
Экологические и медицинские проблемы
- Неполное сгорание приводит к образованию оксидов азота и серы, которые загрязняют атмосферу и почву.
- Вдыхание угарного газа вызывает головную боль, головокружение и тошноту, а также может быть смертельным.
-
Тление и спонтанный огонь
- Тление – это медленная, низкотемпературная форма горения, поддерживаемая теплом от кислорода на поверхности топлива.
- Спонтанный огонь возникает без внешнего источника тепла, например, от молнии или извержения вулкана.
-
Самовозгорание
- Тип горения, при котором происходит самонагрев и воспламенение.
- Примеры: фосфор, органические материалы при бактериальном компостировании.
-
Бурное горение
- Используется в промышленности для смешивания топлива и окислителя.
- Примеры: газовые турбины, бензиновые двигатели.
-
Микрогравитация
- Состояние гравитации, при котором влияние плавучести незначительно.
- Исследования важны для понимания горения в космосе и на Земле.
-
Микросжиг
- Процессы горения в малых объемах.
- Высокое отношение поверхности к объему увеличивает теплопотери.
-
Химические уравнения
- Стехиометрическое сгорание углеводорода в кислороде и воздухе.
- Примеры: метан, пропан, CαHβOγSδ, CαHβOγNδSε, CαHβOγFδ.
-
Следы продуктов сгорания
- Появляются при температуре пламени выше 1600 К.
- Примеры: NO, OH, CO, H2.
-
Неполное сгорание углеводорода
- Образуется газовая смесь CO2, CO, H2O, H2.
- Примеры: термообработка металлов, газовая науглероживание.
-
Жидкое топливо
- Сгорание происходит в газовой фазе.
- Температура вспышки определяет минимальную температуру воспламенения.
-
Газообразное топливо
- Типы горения: диффузионное пламя, предварительно смешанное пламя, самовоспламеняющийся фронт реакции, детонация.
-
Твердое топливо
- Фазы: предварительный нагрев, дистилляция, древесный уголь.
-
Управление процессом горения
- Эффективный нагрев требует рекуперации теплоты сгорания.
- Принципы управления: обеспечение большего количества кислорода, минимизация избытка кислорода.
- Материальный и тепловой балансы обеспечивают соблюдение этих принципов.
-
Тепловой баланс и материальные балансы
- Тепловой баланс соотносит количество тепла, доступного для загрузки, с общим количеством тепла, получаемого при сжигании топлива.
- Дополнительные материальные и тепловые балансы позволяют оценить тепловое преимущество от предварительного нагрева воздуха или обогащения его кислородом.
-
Механизм реакции горения
- Горение в кислороде — цепная реакция с участием промежуточных радикалов.
- Высокая энергия необходима для инициирования горения из-за структуры молекулы углекислого газа.
- Горение углеводородов инициируется выделением атома водорода из топлива в кислород.
-
Промежуточные продукты и реакции
- Промежуточные продукты включают синглетный кислород, гидроксил, одноатомный кислород и гидропероксил.
- Твердое и тяжелое жидкое топливо подвергается пиролизу, образуя более легко окисляемое газообразное топливо.
-
Скорость горения и кинетическое моделирование
- Скорость горения выражается в граммах или килограммах в секунду.
- Кинетическое моделирование используется для понимания механизмов реакции термического разложения.
-
Температура горения
- Температура адиабатического горения зависит от теплотворной способности, стехиометрического соотношения воздуха и топлива, удельной теплоемкости и температуры воздуха и топлива на входе.
- В промышленных условиях используется процент избытка воздуха для горения.
-
Нестабильность горения
- Нестабильность горения приводит к резким колебаниям давления и сокращает срок службы компонентов двигателя.
- Критерий Рэлея используется для анализа термоакустической нестабильности.
-
Связанные понятия и машины
- Соотношение воздуха и топлива, температура самовоспламенения, химическое циклическое горение, дефлаграция, детонация, взрыв пыли, взрыв, огонь, пламя, глобальное потепление, гетерогенное горение, число Маркштейна, теория флогистона, самовозгорание.
- Машины и оборудование: бойлер, горелка Бунзена, двигатель внешнего сгорания, печь, газовая турбина, двигатель внутреннего сгорания, ракетный двигатель.
- Научные и инженерные общества: Международный фонд изучения пламени, Институт горения.
- Другие: горючая пыль, сжигание биомассы, список источников света, открытое сжигание отходов, сжигание стерни.