Лекция 9. Воспламенение (зажигание) газовых смесей

воспламенения не во всем объеме одновременно, а только в малой

части объема, откуда волна реакции может распространиться на весь объем.
Задачи устойчивого зажигания (стабилизации фронта пламени) важны в связи с разработкой форсированных двигателей внутреннего сгорания (ДВС), камер сгорания газовых турбин и топочных устройств парогенераторов.
Задача о зажигании смеси, находящейся в закрытом плоскопараллельном сосуде, от горячей стенки была рассмотрена Я.Б.Зельдовичем.

Лекция 9

(по Я.Б.Зельдовичу)
1– низкая температура горячей стенки: реакция отсутствует, у стенки

2 – зажигание: выделение тепла в реакции больше, чем его отвод

3 – критическая температура стенки

Лекция 9

горячая
стенка

холодная
стенка

теплоты, так как вся теплота q1, отводимая смесью к холодной

стенке полностью восполняется теплотой q2 , выделяющейся в результате химической реакции в слое , прилегающем к нагретой стенке.
Следовательно, за условие зажигания, так же как и при тепловом самовоспламенении, принято равенство выделяющейся и отводимой теплоты.

Лекция 9

сводится к созданию в слое топливно-воздушной смеси такой температуры, при

которой количество теплоты, выделяющейся в результате реакции, больше, чем ее отводится из зоны зажигания.
Температура, при которой выполняется это условие, называется температурой зажигания, численно она выше температуры самовоспламенения.

Лекция 9

критическое условие – время действия источника.
Лекция 9

периода индукции, самовоспламенения может не произойти.

Для устойчивого зажигания необходимо

увеличить либо время воздействия, либо температуру (мощность) источника зажигания, что равносильно уменьшению периода индукции.

Лекция 9

газовой смеси (кинетических констант горения, теплофизических свойств, скорости обтекания источника

и др.)

Лекция 9

Температура зажигания тем меньше, чем ниже скорость потока смеси (кривая 2) и чем больше диаметр тела (кривая 1), что равносильно увеличению времени контакта между зажигалкой и горючей смесью.

тем при меньших концентрациях горючего возможно зажигание.
Лекция 9
За пределами кривых

зажигание невозможно

смеси, вне которых воспламенение невозможно ни при каких условиях.
НИЖНИЙ предел:

при мéньших концентрациях горючего газа в смеси (бедная смесь) зажигание невозможно, т.к. количество тепла, выделяющегося при горении, недостаточно для доведения соседних слоёв смеси до температуры воспламенения.
ВЕРХНИЙ предел: при бóльших концентрациях горючего газа в смеси (богатая смесь) недостаток кислорода, идущего на горение, также ограничивает скорость реакции, что не позволяет довести соседние слои до нужной температуры.

Лекция 9

Концентрационные пределы воспламенения

уменьшением температуры и давления верхний и нижний пределы концентрации топлива

в смеси сближаются; при очень низких Т и Р воспламенение невозможно ни при каких условиях.

смеси (стабилизация пламени) осуществляется чаще всего гидродинамическими методами – при

помощи формирования зон циркуляции раскалённых продуктов сгорания за установленными в потоке плохо обтекаемых тел или путём закрутки потоков.

Лекция 9