Механизм горения. Для понимания механизма горения жидкостей следует иметь в виду, что их температура самовоспламенения (табл. 4.3) всегда значительно выше температуры кипения. Вследствие этого горение жидкостей всегда происходит в паровой фазе.

Таблица 4.3 Сопоставление температур Кипения и Еомовоспламенения горючих жидкостей

Над поверхностью жидкости постоянно присутствует паровоздуш­ная смесь, состоящая из паров жидкости и молекул воздуха. Концентра­ция паров характеризуется давлением насыщенных паров, которое суще­ственно зависит от температуры жидкости. Эта зависимость описывается уравнением Клайперона-Клаузиуса:

(4.69)

Где Рнас — Давление насыщенных паров жидкости при температуре Т; Нисп — теплота испарения.

Из уравнения (4.69) следует, что давление насыщенных паров (и, со­ответственно, их концентрация) с увеличением температуры жидкости воз­растают экспоненциально. Поэтому, при некоторой температуре над по­верхностью жидкости создается концентрация паров, равная нижнему кон-

127

Корольченко А. Я. Процессы горения и взрыва______________________

Центрационному пределу распространения пламени. При зажигании этих паров внешним источником возникает вспышка — сгорание образовавшейся паровоздушной смеси с выделением значительного количества тепла.

Часть этого тепла расходуется на дополнительное испарение горючей жидкости, и, таким образом, горение поддерживается непрерывным процессом испарения горючего с поверхности за счет тепла, подводимого от пламени.

Поскольку пламя имеет значительно более высокую температуру, чем начальная температура среды, после начальной вспышки скорость испарения увеличивается и возникшее пламя самоподдерживается.

В установившемся состоянии горение паровоздушной смеси харак­теризуется двумя взаимосвязанными процессами: испарением горючей жидкости за счет тепла, выделяемого в зоне пламени, и сгоранием посту­пающих в зону горения паров. В установившемся режиме скорости этих процессов должны быть равны.

В практически важных случаях сгорание образующихся паров про­исходит практически мгновенно, сразу после их поступления в зону горе­ния и смешения с окружающим воздухом. Поэтому скорость выгорания* определяется скоростью испарения, как наиболее медленным процессом.

Таким образом, горение жидкости есть химический процесс сгора­ния ее паров, регулируемый скоростью испарения жидкости, зависящий от количества и условий подводимого к жидкости тепла, то есть от усло­вий теплообмена между пламенем и поверхностью жидкости.

Механизм горения жидкости проиллюстрируем примером горения со свободной поверхности, например, в резервуаре. При достаточной концен­трации паров и их зажигании над поверхностью жидкости возникает пламя, а уровень жидкости начинает опускаться. Достаточно быстро после воз­никновения горения устанавливается стационарный режим, характеризую­щийся постоянной скоростью выгорания. Схематически горение жидкости со свободной поверхности показано на Рис. 4.26 Сгорание в факеле пламе­ни происходит за счет диффузионного смешения паров горючей жидкости и воздуха. Поверхность жидкости нагревается до температуры кипения. В процессе выгорания происходит прогрев жидкости в глубину.

Под скоростью выгорания понимается скорость процесса уменьшения массы жид­кости в процессе горения. Различают линейную скорость горения (мм/мин), харак­теризующую скорость снижения уровня жидкости при ее горении в резервуаре, и массовую (кг/м2час), характеризующую убыль массы жидкости в прогрессе горения с единицы поверхности в единицу времени.

128

Рис. 4.26. Схема диффузионного горения жидкости 1 — Зона горения; 2 — Зона догорания; 3 — Пары жидкости; 4 — Конвективные токи воздуха; 5 — зона подогрева жидкости; 6 — жидкость в резервуаре

Подвод тепла к жидкости в процессе диффузионного горения осуще­ствляется главным образом теплопередачей излучением от факела пламени. Скорость выгорания определяется величиной теплоты испарения жидкости и количеством тепла, подведенного к поверхности жидкости от факела пламени.

Значения скоростей выгорания некоторых жидкостей приведены в Табл. 4.4

Таблица 4.4 Скорость выгорания жидкостей

129

Корольченко А. Я. Процессы горения и взрыва