균질 연소와 이질 연소.
고려된 예를 바탕으로 연료와 산화제 혼합물의 응집 상태에 따라 즉 혼합물의 단계 수에 따라 다음이 있습니다.
1. 균일 연소가스 산화제 환경에서 가연성 물질의 가스 및 증기. 따라서 연소 반응은 하나의 상(집합 상태)으로 구성된 시스템에서 발생합니다.
2. 이종 연소기체 산화제 환경의 고체 가연성 물질. 이 경우 반응은 경계면에서 일어나는 반면, 균일한 반응은 부피 전체에서 일어납니다.
이것은 금속, 흑연의 연소입니다. 실질적으로 비휘발성 물질. 많은 가스 반응은 균질 반응이 발생할 가능성이 동시에 이종 반응의 기원으로 인한 경우 동종-이종 특성을 갖습니다.
증기 또는 가스(휘발성 물질)가 방출되는 모든 액체 및 많은 고체 물질의 연소는 기체상에서 발생합니다. 고체상과 액체상은 반응 생성물의 저장소 역할을 합니다.
예를 들어, 석탄의 자연 연소의 불균일 반응은 휘발성 물질 연소의 균질 단계로 진행됩니다. 코크스 잔류물은 불균일하게 연소됩니다.
가연성 혼합물의 준비 정도에 따라 확산 연소와 운동 연소가 구별됩니다.
고려되는 연소 유형(폭발물 제외)은 확산 연소와 관련됩니다. 불꽃, 즉 연료와 공기 혼합물의 연소 구역에는 안정성을 보장하기 위해 연료와 산소가 지속적으로 공급되어야 합니다. 가연성 가스의 공급은 연소 구역으로의 공급 속도에만 의존합니다. 도착율 발화 가능한 액체증발 강도에 따라 달라집니다. 액체 표면 위의 증기압, 결과적으로 액체 온도에 영향을 미칩니다. 점화 온도표면 위의 불꽃이 꺼지지 않는 액체의 가장 낮은 온도입니다.
고체의 연소는 휘발성 열분해 생성물의 후속 점화와 함께 분해 및 가스화 단계가 존재한다는 점에서 가스 연소와 다릅니다.
열분해- 유기물을 공기에 접근하지 않고 고온으로 가열하는 것입니다. 이 경우 복잡한 화합물이 더 간단한 화합물로 분해 또는 분할됩니다(석탄 코킹, 오일 분해, 목재 건식 증류). 따라서 고체 가연성 물질이 연소 생성물로 연소되는 과정은 화염 영역에만 집중되는 것이 아니라 다단계 특성을 갖습니다.
고체상을 가열하면 분해되고 가스가 방출되어 발화되고 연소됩니다. 토치의 열이 고체상을 가열하여 가스화시키고 이 과정이 반복되어 연소가 유지됩니다.
고체 연소 모델은 다음 단계가 있다고 가정합니다(그림 17).
쌀. 17. 연소 모델
고체.
고체상을 워밍업합니다. 용융 물질의 경우 이 구역에서 용융이 발생합니다. 구역의 두께는 물질의 전도도 온도에 따라 달라집니다.
기체상의 가연성 물질이 형성되는 고체상의 열분해 또는 반응 구역;
산화제와의 혼합물이 형성되는 기상에서의 예비 화염;
열분해 생성물이 기체 연소 생성물로 변환되는 기체 상의 화염 또는 반응 영역.
연소 제품.
연소 영역으로의 산소 공급 속도는 연소 생성물을 통한 확산에 따라 달라집니다.
일반적으로 속도가 빠르기 때문에 화학 반응고려중인 연소 유형의 연소 영역에서 반응 성분의 유입 속도와 분자 또는 운동 확산에 의한 화염 표면에 따라 이러한 유형의 연소를 호출합니다. 확산.
화염 구조 확산 연소세 개의 영역으로 구성됩니다(그림 18):
구역 1에는 가스 또는 증기가 포함되어 있습니다. 이 구역에는 연소가 없습니다. 온도는 500 0 C를 초과하지 않습니다. 분해, 휘발성 물질의 열분해 및 자동 점화 온도까지 가열이 발생합니다.
쌀. 18. 화염 구조.
구역 2에서는 증기(가스)와 대기 산소의 혼합물이 형성되고 불완전 연소가 발생하여 CO가 부분적으로 탄소(적은 산소)로 환원됩니다.
C n H m + O 2 → CO + CO 2 + H 2 O;
세 번째 외부 영역에서는 두 번째 영역의 생성물이 완전 연소되고 최대 화염 온도가 관찰됩니다.
2CO+O 2 =2CO 2 ;
화염 높이는 확산 계수와 가스 유량에 비례하고 가스 밀도에 반비례합니다.
모든 유형의 확산 연소는 화재에 내재되어 있습니다.
키네틱연소를 미리 연소라고 합니다
가연성 가스, 증기 또는 먼지를 산화제와 혼합합니다. 이 경우 연소율은 가연성 혼합물의 물리화학적 특성(열전도도, 열용량, 난류, 물질 농도, 압력 등)에만 의존합니다. 따라서 연소율이 급격히 증가합니다. 이러한 유형의 연소는 폭발에 내재되어 있습니다.
안에 이 경우가연성 혼합물이 어느 지점에서든 발화되면 화염면이 연소 생성물에서 새로운 혼합물로 이동합니다. 따라서 운동 연소 중 화염은 불안정한 경우가 가장 많습니다(그림 19).
쌀. 19. 가연성 혼합물의 화염 전파 계획: - 점화원; - 화염 전면의 이동 방향.
그래도 먼저 섞으면 가연성 가스공기와 함께 버너에 공급하면 혼합물의 유속이 화염 전파 속도와 같다면 점화시 고정 화염이 형성됩니다.
가스 공급 속도를 높이면 불꽃이 버너에서 이탈되어 꺼질 수 있습니다. 그리고 속도가 감소하면 화염이 버너 안으로 빨려 들어가 폭발할 수도 있습니다.
연소 정도에 따라, 즉. 최종 제품에 대한 연소 반응이 완료되면 연소가 발생합니다. 완전한 것과 불완전한 것.
따라서 구역 2(그림 18)에서는 연소가 불완전합니다. 산소공급이 부족하여 Zone 3에서 부분적으로 소모되어 중간산물이 형성됩니다. 후자는 완전 연소될 때까지 더 많은 산소가 있는 구역 3에서 연소됩니다. 연기 속에 그을음이 존재한다는 것은 불완전 연소를 의미합니다.
또 다른 예: 산소가 부족하면 탄소가 연소되어 일산화탄소가 됩니다.
O를 추가하면 반응이 완료됩니다.
2СО+O 2 =2СО 2.
연소 속도는 가스 이동의 특성에 따라 다릅니다. 따라서 층류 연소와 난류 연소가 구별됩니다.
따라서 층류 연소의 예는 정체된 공기 중의 촛불 불꽃입니다. ~에 층류 연소가스 층은 소용돌이 없이 평행하게 흐릅니다.
난류 연소– 연소 가스가 집중적으로 혼합되고 화염 전면이 흐려지는 가스의 소용돌이 운동. 이러한 유형 간의 경계는 흐름의 관성력과 마찰력 사이의 관계를 특성화하는 레이놀즈 기준입니다.
어디: 유- 가스 흐름 속도;
N- 동점도;
엘– 특징적인 선형 크기.
층류 경계층이 난류 경계층으로 전이되는 레이놀즈 수를 임계 Re cr, Re cr ~ 2320이라고 합니다.
난류는 연소 생성물에서 새로운 혼합물로의 더 강렬한 열 전달로 인해 연소 속도를 증가시킵니다.
가연성 환경
산화제
산화제는 화학적 변형 중에 원자가 전자를 받아들이는 물질입니다. 단순 물질 중에는 모든 할로겐과 산소가 포함됩니다.
자연계에서 가장 흔한 산화제는 대기 중의 산소이다.
실제 화재에서는 연소가 주로 공기 중에서 발생하지만, 많은 경우 기술 프로세스산소가 풍부한 공기와 심지어 순수한 산소도 사용됩니다(예: 야금 산업, 가스 용접, 절단 등). 수중, 우주선, 용광로 공정 등에서 산소가 풍부한 대기를 접할 수 있습니다. 이러한 가연성 시스템이 증가했습니다. 화재 위험. 이는 소화 시스템 개발, 화재 예방 조치 및 화재에 대한 화재 기술 검사 중에 고려해야 합니다.
대기 산소 및 할로겐 외에도 복잡한 물질은 연소 반응에서 산화제 역할을 할 수도 있습니다(예: 화약, 군용 및 산업용 폭발물 및 다양한 생산에 사용되는 산소 함유 산의 염(질산염, 염소산염 등)) 불꽃 조성.
연료와 산화제를 같은 양으로 혼합한 것 집합 상태 V 특정 비율로 연소 가능 (그리고 특정 비율에서만 연소가 가능함)을 가연성 매체라고 합니다.
가연성 매체에는 두 가지 유형이 있습니다. 동종 및 이종.
균질한 가연성 매체 연료와 산화제를 미리 혼합한 혼합물이라고 하며, 따라서 이질적인 가연성 환경 – 연료와 산화제가 혼합되지 않은 경우.
연소 과정에 미치는 영향 큰 숫자요인에 따라 다양한 연소 유형과 모드가 결정됩니다. 따라서 가연성 혼합물 구성 요소의 응집 상태에 따라 연소는 구성 요소 혼합 조건-미리 준비된 혼합물의 연소 (동력학) 및 확산, 가스 역학 조건-에서 균질 및 이질적 일 수 있습니다. 층류 및 난류 등
연소의 주요 유형은 균질하고 이질적입니다.
균일 연소 -
이는 연료와 연료 사이의 상호작용 과정이다.
동일한 응집 상태의 산화제. 최대
펼친 균질 연소공기 중의 가스와 증기.
이종 연소- 고체 가연성 물질의 연소입니다 -
또한 표면에 직접적으로. 특징
불균일 연소불꽃이 없다는 것입니다. 그것의 예
무연탄, 코크스의 연소입니다. 숯, 비휘발성 금속.
무화염 연소라고도 합니다. 연기.
정의에서 알 수 있듯이, 균질 연소와 불균일 연소의 근본적인 차이점은 첫 번째 경우 연료와 산화제가 동일한 응집 상태에 있고 두 번째 경우 서로 다른 상태에 있다는 것입니다.
고체와 물질의 연소가 항상 이질적인 것은 아니라는 점에 유의해야 합니다. 이는 고체의 연소 메커니즘으로 설명됩니다.
예를 들어, 공중에서 나무가 타는 것입니다. 불을 붙이려면 성냥이나 라이터 등의 열원을 가져와 잠시 기다려야 합니다. 문제가 발생합니다. 왜 즉시 불이 들어오지 않습니까? 이것은 다음과 같은 사실로 설명됩니다. 초기 기간, 점화원은 열분해 과정, 즉 열분해 과정이 시작되는 특정 온도까지 목재를 가열해야 합니다. 동시에 셀룰로오스 및 기타 구성 요소의 분해 결과로 분해 생성물, 즉 가연성 가스, 탄화수소가 방출되기 시작합니다. 분명히 가열이 클수록 분해 속도가 빨라지고 그에 따라 가연성 가스의 방출 속도도 빨라집니다. 그리고 GH 방출 속도가 공기 중 특정 농도를 생성하기에 충분한 경우에만, 즉 가연성 환경이 형성되면 연소가 발생할 수 있습니다. 그것은 무엇과 관련이 있습니까? 연소는 목재가 아니라 분해 산물인 가연성 가스입니다.이것이 바로 목재 연소가 대부분의 경우 이질 연소가 아닌 균일 연소인 이유입니다.
당신은 이의를 제기할 수 있습니다: 나무는 결국 연기가 나기 시작하고 위에서 언급한 것처럼 연기가 나는 것은 불균일 연소입니다. 이것은 사실이다. 사실 목재 분해의 최종 생성물은 주로 가연성 가스와 소위 코크스라고 불리는 탄소 잔류물입니다. 여러분 모두는 이 탄소질의 잔류물을 보았고 케밥 요리를 위해 구입하기도 했습니다. 이 석탄은 약 98%의 순수 탄소이며 GH를 방출할 수 없습니다. 석탄은 이종 연소 모드에서 연소됩니다. 즉, 연기가 납니다.
따라서 나무는 먼저 균질 연소 모드에서 연소된 다음 약 800°C의 온도에서 불타는 연소가 연기로 변합니다. 이질적이 됩니다. 다른 고체에서도 같은 일이 발생합니다.
액체는 공기 중에서 어떻게 연소되나요? 액체의 연소 메커니즘은 액체가 먼저 증발하고 공기와 가연성 혼합물을 형성하는 증기라는 것입니다. 즉, 이 경우에도 균질 연소가 발생합니다. 타는 것은 액체상이 아니라 액체의 증기입니다
금속의 연소 메커니즘은 금속을 먼저 녹인 다음 높은 온도로 가열하여 증발 속도가 가연성 매체를 형성하기에 충분하다는 점을 제외하면 액체의 연소 메커니즘과 동일합니다. 일부 금속은 표면에서 연소됩니다.
균질 연소에서는 운동 연소와 확산 연소의 두 가지 모드가 구분됩니다.
운동 연소– 이는 미리 혼합된 가연성 혼합물의 연소입니다. 균질한 혼합물. 연소 속도는 산화환원 반응의 동역학에 의해서만 결정됩니다.
확산 연소– 이는 연료와 산화제가 미리 혼합되지 않은 경우, 즉 불균일 혼합물의 연소입니다. 이질적인. 이 경우 확산으로 인해 화염면에서 연료와 산화제의 혼합이 발생합니다. 비조직 연소는 확산 연소 모드가 특징이며, 화재 시 대부분의 가연성 물질은 이 모드에서만 연소될 수 있습니다. 물론 균질한 혼합물은 실제 화재 중에 형성될 수 있지만, 그 형성은 오히려 화재보다 먼저 발생하거나 첫 단계개발.
이러한 연소 유형의 근본적인 차이점은 균질 혼합물에서 연료와 산화제의 분자가 이미 근접해 있고 화학적 상호 작용을 시작할 준비가 된 반면, 확산 연소에서는 이러한 분자가 확산으로 인해 먼저 서로 접근해야 한다는 것입니다. 그런 다음에야 상호 작용을 시작합니다.
이는 연소 과정 속도의 차이를 결정합니다.
총 연소 시간 t g는 물리적 지속 시간으로 구성됩니다.
스키 및 화학 공정:
tg = t f + t x.
운동 연소 모드화학적 공정만 지속되는 것이 특징입니다. t g » t x, 이 경우 물리적 준비 공정(혼합)이 필요하지 않기 때문입니다. tf » 0 .
확산 연소 모드,반대로 그것은 주로 다음에 달려 있습니다.
균질한 가연성 혼합물의 준비 속도(대략 말하면 분자 결합), 이 경우 t f >> t x이므로 후자는 무시될 수 있습니다. 지속 시간은 주로 물리적 프로세스의 속도에 따라 결정됩니다.
t f » t x이면, 즉 그것들이 비례하면 연소는 다음과 같은 방식으로 진행됩니다
중간 지역이라고 부른다.
예를 들어, 두 개의 가스 버너를 상상해 보십시오(그림 1.1). 그 중 하나에는 노즐에 공기 접근용 구멍이 있고(a), 다른 하나에는 구멍이 없습니다(b). 첫 번째 경우, 공기가 노즐에 분사되어 흡입되어 가연성 가스와 혼합되어 균질한 가연성 혼합물이 형성되고, 이는 노즐 출구에서 연소됩니다. 운동 모드 . 두 번째 경우(b)에서는 확산으로 인해 연소 과정에서 공기가 가연성 가스와 혼합되는데, 이 경우에는 - 확산 연소 .
쌀. 1.1운동(a) 및 확산(b) 연소의 예
또 다른 예: 방에 가스 누출이 있습니다. 가스는 점차적으로 공기와 혼합되어 균일한 가연성 혼합물을 형성합니다. 그리고 이후에 발화원이 나타나면 폭발이 일어납니다. 이것은 운동 모드에서의 연소입니다.
가솔린과 같은 액체의 연소에도 동일하게 적용됩니다. 개방된 용기에 붓고 불을 붙이면 확산 연소가 발생합니다. 이 용기를 밀폐된 공간에 놓고 잠시 기다리면 휘발유가 부분적으로 증발하고 공기와 혼합되어 균일한 가연성 혼합물을 형성합니다. 아시다시피 점화원을 도입하면 폭발이 발생하는데, 이것이 운동 연소입니다.
실제 화재에서는 어떤 모드에서 연소가 발생합니까? 물론 주로 확산에 사용됩니다. 어떤 경우에는 주어진 예에서와 같이 운동 연소로 화재가 시작될 수 있지만 매우 빠르게 발생하는 균질 혼합물이 연소된 후에는 확산 모드에서 연소가 계속됩니다.
확산 연소 중, 예를 들어 화재 발생 시 공기 중 산소가 부족한 경우 실내, CO-일산화탄소와 같은 불완전 연소 생성물이 형성되어 연료의 불완전 연소가 가능합니다. 모든 불완전 연소 생성물은 독성이 매우 강하며 화재 시 큰 위험을 초래합니다. 대부분의 경우, 그들은 사람들의 죽음에 책임이 있는 사람들입니다.
따라서 주요 연소 유형은 균질하고 이질적입니다. 이러한 모드 간의 시각적 차이는 불꽃의 존재 여부입니다.
균질 연소는 확산과 운동의 두 가지 모드로 발생할 수 있습니다. 시각적으로 차이점은 연소 속도에 있습니다.
또 다른 유형의 연소, 즉 폭발물의 연소가 있다는 점에 유의해야 합니다. 폭발물고체상에는 연료와 산화제가 포함되어 있습니다. 연료와 산화제가 모두 동일한 응집 상태에 있기 때문에 이러한 연소는 균질합니다.
실제 화재에서는 대부분 화염 연소가 발생합니다. 알려진 바와 같이 화염은 화재의 위험한 요소 중 하나로 식별됩니다. 화염이란 무엇이며 어떤 과정이 발생합니까?
연소 산소 폭발
균질 연소는 미리 혼합된 가스의 연소를 의미합니다. 균질 연소의 수많은 예는 산화제가 공기 중의 산소인 가스 또는 증기의 연소 과정, 즉 수소 혼합물, 일산화탄소 및 탄화수소 혼합물과 공기의 연소입니다. 실질적으로 중요한 경우 완전한 예비 혼합 조건이 항상 충족되는 것은 아닙니다. 따라서 균일 연소와 다른 연소 유형의 조합이 항상 가능합니다.
균일 연소는 층류 모드와 난류 모드의 두 가지 모드로 실현될 수 있습니다. 난류는 화염 전면을 별도의 조각으로 분할하여 대규모 난류에서 반응 물질의 접촉 면적을 늘리거나 소규모 난류에서 화염 전면의 열 및 물질 전달 과정을 가속화하여 연소 과정을 가속화합니다. 난류 연소는 자기 유사성을 특징으로 합니다. 난류 와류는 연소 속도를 증가시켜 난류를 증가시킵니다.
균질 연소의 모든 매개변수는 산화제가 산소가 아닌 다른 가스인 공정에서도 나타납니다. 예를 들어 불소, 염소 또는 브롬이 있습니다.
이종 연소는 경계면에서 발생합니다. 이 경우 반응 물질 중 하나는 응축 상태이고 다른 하나(일반적으로 대기 산소)는 기상 확산으로 인해 들어갑니다. 필수 조건불균일 연소는 응축상의 끓는점(또는 분해)이 매우 높은 것입니다. 이 조건이 충족되지 않으면 연소가 일어나기 전에 증발이나 분해가 일어납니다. 증기 또는 기체 분해 생성물의 흐름이 표면에서 연소 영역으로 들어가고 연소는 기체상에서 발생합니다. 이러한 연소는 확산 준이종으로 분류될 수 있지만 완전히 이종은 아닌데, 그 이유는 연소 과정이 더 이상 상 경계에서 발생하지 않기 때문입니다. 이러한 연소의 발달은 다음으로 인해 수행됩니다. 열 흐름화염에서 물질 표면까지 추가 증발 또는 분해와 연료가 연소 구역으로 유입되는 것을 보장합니다. 이러한 상황에서는 연소 반응이 가스 혼합물의 부피에서 응축상의 표면에서 부분적으로 이질적으로 발생하고 부분적으로 균질하게 발생하는 혼합 사례가 발생합니다.
불균일 연소의 예로는 석탄과 목탄의 연소가 있습니다. 이러한 물질이 연소되면 두 가지 유형의 반응이 발생합니다. 일부 유형의 석탄은 가열되면 휘발성 성분을 방출합니다. 이러한 석탄의 연소는 기체상에서 연소되는 기체 탄화수소 및 수소의 방출과 함께 부분적인 열분해가 선행됩니다. 또한 순수한 탄소가 연소되는 동안 일산화탄소 CO가 형성되어 부피가 연소될 수 있습니다. 충분한 과잉 공기와 석탄 표면의 높은 온도로 인해 부피 반응이 표면에 너무 가깝게 발생하여 특정 근사치에 따라 이러한 공정이 이질적이라고 생각할 이유가 됩니다.
진정한 이질 연소의 예는 내화성 비휘발성 금속의 연소입니다. 이러한 공정은 연소 표면을 덮고 산소와의 접촉을 방지하는 산화물의 형성으로 인해 복잡해질 수 있습니다. 큰 차이로 물리적, 화학적 특성연소 과정에서 금속과 산화물 사이에서 산화막이 균열되고 연소 영역으로의 산소 접근이 보장됩니다.
기체 산화제의 가스 및 증기 가연성 물질. 연소를 시작하려면 초기 에너지 충격이 필요합니다. 자체 점화와 강제 점화 또는 점화가 구별됩니다. 일반적으로 연소 또는 폭연(주요 과정은 열전도도에 의한 열 전달) 및 폭발(충격파에 의한 점화)이 전파됩니다. 정상적인 연소는 층류(흐름)와 난류(와류)로 구분됩니다. 두 흐름의 혼합(확산)에 의해 결정될 때 미리 혼합된 가스의 흐름에 의한 연소와 가연성 가스와 산화제의 별도 흐름에 의한 연소가 구별됩니다.
또한보십시오:
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야금학 백과사전. - M.: 인터메트 엔지니어링. 편집장 N.P. 리아키셰프. 2000 .
다른 사전에 "균질 연소"가 무엇인지 확인하십시오.
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국부적으로 균일한 연소- - [A.S. 골드버그. 영어-러시아어 에너지 사전. 2006] 일반적인 에너지 주제 EN 국부적으로 균질한 소성LHF ... 기술 번역가 가이드
연소- 상당한 양의 열 방출과 일반적으로 밝은 빛(불꽃)을 동반하는 복잡하고 빠르게 발생하는 화학적 변형입니다. 대부분의 경우 가스는 물질의 발열 산화 반응을 기반으로 합니다. 위대한 소련 백과사전
상당한 양의 열 방출과 밝은 빛(불꽃)을 동반하는 연료와 같은 물질의 복잡하고 빠른 화학적 변형입니다. 대부분의 경우 연소의 기본은 발열입니다.
연소(반응)-(a. 연소, 연소; n. Brennen, Verbrennung; f. 연소; i. 연소) 수단 방출과 함께 빠르게 발생하는 산화 반응. 열량; 일반적으로 밝은 빛(불꽃)을 동반합니다. 대부분의 경우에… … 지질백과사전
연소- 복잡한 화학 시스템의 열 축적 또는 촉매 반응 생성물과 관련된 점진적인 자체 가속 조건에서 발생하는 반응입니다. G.를 사용하면 고온(최대 수천 K)에 도달할 수 있으며 종종 발생합니다... ... 물리적 백과사전
연소- 인화성 물질 산화의 발열 반응으로, 일반적으로 눈에 보이는 현상이 동반됩니다. 전자기 방사선그리고 연기의 방출. G.는 가연성 물질과 산화제, 가장 흔히 대기 산소의 상호 작용을 기반으로합니다. 구별하다... ... 러시아 백과사전노동 보호에 관해
기체 산화제에서 액체 및 고체 가연성 물질의 연소. 액체 물질의 불균일 연소용 큰 중요성증발하는 과정을 가지고 있습니다. 쉽게 증발하는 가연성 물질의 이종 연소… 야금학 백과사전
태울 때 고체 연료화학반응 자체는 반응 표면에 산화제를 공급하는 과정이 선행된다. 결과적으로, 고체 연료의 연소 과정은 난류 및 분자 확산에 의한 연료 표면에 산소 공급과 그에 대한 화학 반응의 두 단계로 구성된 복잡한 이종 물리화학적 과정입니다.
고려해 봅시다 일반 이론구형 탄소 입자의 연소를 예로 들어 이종 연소 다음 조건. 입자 전체 표면의 산소 농도는 동일합니다. 산소와 탄소의 반응 속도는 표면의 산소 농도에 비례합니다. 즉, 1차 반응이 발생하며 이는 이종 공정에서 가장 가능성이 높습니다. 반응은 최종 연소 생성물의 형성과 함께 입자 표면에서 발생하며, 2차 반응볼륨이나 표면에 입자가 없습니다.
이러한 단순화된 상황에서 탄소 연소 속도는 두 가지 주요 단계의 속도, 즉 계면 표면으로의 산소 공급 속도와 표면에서 일어나는 화학 반응 자체의 속도에 따라 표현될 수 있습니다. 입자의. 이러한 과정의 상호 작용의 결과로, 확산에 의해 전달된 산소의 양과 탄소 표면의 특정 농도 값에서 화학 반응을 위해 소비된 산소의 양 사이에 동적 평형 상태가 발생합니다.
화학 반응 속도 /(°2 g 산소/(cm2-s), 결정됨
단위 시간당 단위 반응 표면에서 소비되는 산소의 양은 다음과 같이 표현될 수 있습니다.
방정식에서:
K는 화학 반응의 속도 상수입니다.
Oc는 입자 표면의 산소 농도입니다.
반면에 연소율은 특정 플럭스와 같습니다.
확산에 의해 전달되는 반응 표면으로의 땀:
K°" = ad(C, - C5). (15-2)
방정식에서:
광고 - 확산 교환 계수;
Co는 탄소 입자가 연소되는 흐름의 산소 농도입니다.
식 (15-1)에서 구한 St 값을 식 (15-2)에 대입하면 단위당 입자의 단위 표면당 소비되는 산소량으로 표시되는 불균일 연소율에 대해 다음과 같은 식을 얻습니다. 시간:
". С°, ■' (15-3)
로 표시
까즈 - - C - , (15-4)
식 (15-3)은 다음과 같이 표현될 수 있다.
/<°’ = /СкажС„. (15-5)
그 구조에 있어서 식(15-5)은 1차 반응의 동역학 방정식(15-1)과 유사하다. 여기에서 반응 속도 상수 "£는 연료의 반응 특성과 전달 패턴에 따라 달라지며 따라서 고체 탄소의 겉보기 연소 속도 상수라고 불리는 계수 Kkaz로 대체됩니다.
화학적 연소 반응 속도는 연료의 특성과 물리적 조건, 즉 표면의 반응 가스 농도, 온도 및 압력에 따라 달라집니다. 화학 반응 속도의 온도 의존성이 가장 강하며, 저온 영역에서는 화학 반응 속도가 낮고 산소 소비량이 확산에 의해 산소가 전달될 수 있는 속도보다 몇 배나 적습니다. 연소 과정은 화학 반응 자체의 속도에 의해 제한되며 산소 공급 조건, 즉 공기 흐름 속도, 입자 크기 등에 의존하지 않습니다. 따라서 이 불균일 연소 영역을 운동이라고 합니다.
연소 ad>-£의 운동 영역에서 따라서 공식 (15-3)에서 값 1/ad는 1/&와 비교하여 무시될 수 있으며 다음을 얻습니다.
K°32 = kC0. (15-6)
확산에 의해 전달된 산소량과 반응에 소비된 산소량 사이의 평형은 농도의 작은 구배에서 설정되며, 이로 인해 반응 표면의 산소 농도 값은 흐름의 값과 거의 다르지 않습니다. ~에 고온운동 연소는 높은 기류 속도와 작은 연료 입자 크기에서 발생할 수 있습니다. 즉, 산성수 공급 조건이 개선되면 후자가 상당히 더"화학 반응의 요구 사항과 비교됩니다.
다양한 불균일 연소 영역이 그림 1에 그래픽으로 표시되어 있습니다. 15-1. 운동 영역 I은 온도가 증가함에 따라 연소율이 아레니우스 법칙에 따라 급격하게 증가함을 보여주는 곡선 1의 특징을 갖습니다.
특정 온도에서 화학 반응 속도는 반응 표면으로의 산소 전달 속도에 비례하게 되고, 연소 속도는 화학 반응 속도뿐만 아니라 산소 전달 속도에도 의존하게 됩니다. 중간(그림 15-1, 영역 II, 곡선 1-2)이라고 불리는 이 영역에서 이 두 단계의 속도는 비슷하며 어느 것도 무시할 수 없으므로 연소 과정의 속도는 공식( 15-3). 온도가 증가함에 따라 연소율은 증가하지만 운동 영역보다 그 정도가 적고 성장이 점차 둔화되어 확산 영역으로 전환되면서 최종적으로 최대에 도달합니다(그림 15-1, 영역 III, 곡선 2- 3) 온도와 무관하게 유지됩니다. 이 영역의 온도가 높을수록 화학 반응 속도가 너무 빨라 확산에 의해 공급된 산소가 즉시 화학 반응에 들어가고 그 결과 표면의 산소 농도가 거의 0이 됩니다. 공식 (15-3)에서 1/ad와 비교하여 1/&의 값을 무시할 수 있으며 연소율은 반응 표면으로의 산소 확산 속도에 의해 결정된다는 것을 알 수 있습니다.
따라서 이 연소 영역을 확산이라고 합니다. 확산 영역에서 연소율은 사실상 연료 특성 및 온도와 무관합니다. 온도의 영향은 물리적 상수의 변화에만 영향을 미칩니다. 이 영역에서 연소율은 산소 전달 조건, 즉 유체역학적 요인, 즉 가스 흐름의 상대 속도와 연료 입자의 크기에 의해 크게 영향을 받습니다. 가스 유량이 증가하고 입자 크기가 감소함에 따라, 즉 산소 전달이 가속화됨에 따라 확산 연소 속도가 증가합니다.
연소 과정에서 산소 소비의 화학적 과정과 반응 표면의 특정 산소 농도에서 전달되는 확산 과정 사이에 동적 평형이 설정됩니다. 입자 표면의 산소 농도는 이 두 과정의 속도 비율에 따라 달라집니다. 확산 속도가 우세하면 흐름의 농도에 가까워지고 화학 반응 속도가 증가하면 감소합니다.
확산 영역에서 발생하는 연소 과정은 유속이 증가하거나 입자 크기가 감소하는 등 확산이 증가할 때 중간 영역(곡선 1"-2") 또는 운동 영역으로 이동할 수 있습니다.
따라서 가스 유량이 증가하고 작은 입자로 전환되면서 공정은 운동 연소로 전환됩니다. 온도가 증가하면 과정이 확산 연소 쪽으로 이동합니다(그림 15-1, 곡선 2"-3").
특정 경우에 대해 특정 영역에서 불균일 연소의 발생은 이러한 특정 조건에 따라 달라집니다. 불균일 연소 과정을 연구하는 주요 임무는 연소 영역을 설정하고 각 영역에 대한 정량적 패턴을 식별하는 것입니다.
