Что такое процесс горения: Процесс горения и его виды

Процесс горения и его виды

Конспект по безопасности жизнедеятельности

Горение – одно из интереснейших и жизненно необходимых для людей явлений природы. Горение является полезным для человека до тех пор, пока оно не выходит из подчинения его разумной воле. В противном случае оно может привести к пожару. Пожар — это неконтролируемое горение, причиняющее материальный ущерб, вред жизни и здоровью граждан, интересам общества и государства. Для предотвращения пожара и его ликвидации необходимы знания о процессе горения.

Горение – это химическая реакция окисления, сопровождающаяся выделением тепла. Для возникновения горения необходимо наличие горючего вещества, окислителя и источника зажигания.

Горючее вещество – это всякое твёрдое, жидкое или газообразное вещество, способное окисляться с выделением тепла.

Окислителями могут быть хлор, фтор, бром, йод, окислы азота и другие вещества. В большинстве случаев при пожаре окисление горючих веществ происходит кислородом воздуха.

Источник зажигания обеспечивает энергетическое воздействие на горючее вещество и окислитель, приводящее к возникновению горения. Источники зажигания принято делить на открытые (светящиеся) – молния, пламя, искры, накалённые предметы, световое излучение; и скрытые (несветящиеся) – тепло химических реакций, микробиологические процессы, адиабатическое сжатие, трение, удары и т. п. Они имеют различную температуру пламени и нагрева. Всякий источник зажигания должен иметь достаточный запас теплоты или энергии, передаваемой реагирующим веществам. Поэтому на процесс возникновения горения влияет и продолжительность воздействия источника зажигания. После начала процесса горения оно поддерживается тепловым излучением из его зоны.

Горючее вещество и окислитель образуют горючую систему, которая может быть химически неоднородной или однородной. В химически неоднородной системе горючее вещество и окислитель не перемешаны и имеют поверхность раздела (твёрдые и жидкие горючие вещества, струи горючих газов и паров, поступающих в воздух). При горении таких систем кислород воздуха непрерывно диффундирует сквозь продукты горения к горючему веществу и затем вступает в химическую реакцию. Такое горение называется диффузионным. Скорость диффузионного горения невелика, так как она замедляется процессом диффузии. Если горючее вещество в газообразном, парообразном или пылеобразном состоянии уже перемешано с воздухом (до поджигания его), то такая горючая система является однородной и процесс её горения зависит только от скорости химической реакции. В этом случае горение протекает быстро и называется кинетическим.

Горение может быть полным и неполным. Полное горение происходит в том случае, когда кислород поступает в зону горения в достаточном количестве. Если кислорода недостаточно для окисления всех продуктов, участвующих в реакции, происходит неполное горение. К продуктам полного горения относятся углекислый и сернистый газы, пары воды, азот, которые не способны к дальнейшему окислению и горению. Продукты неполного горения – окись углерода, сажа и продукты разложения вещества под действием тепла. В большинстве случаев горение сопровождается возникновением интенсивного светового излучения – пламенем.

Различают ряд видов возникновения горения: вспышка, возгорание, воспламенение, самовозгорание, самовоспламенение, взрыв.

Вспышка – это быстрое сгорание горючей смеси без образования повышенного давления газов. Количества тепла, которое образуется при вспышке, недостаточно для продолжения горения.

Возгорание – это возникновение горения под воздействием источника зажигания.

Воспламенение – возгорание, сопровождающееся появлением пламени. При этом вся остальная масса горючего вещества остаётся относительно холодной.

Самовозгорание – явление резкого увеличения скорости экзотермических реакций окисления в веществе, приводящее к возникновению его горения при отсутствии внешнего источника зажигания. В зависимости от внутренних причин процессы самовозгорания делятся на химические, микробиологические и тепловые. Химическое самовозгорание происходит от воздействия на вещества кислорода воздуха, воды или от взаимодействия веществ. Самовозгораются промасленные тряпки, спецодежда, вата и даже металлическая стружка. Причиной самовозгорания промасленных волокнистых материалов является распределение жировых веществ тонким слоем на их поверхности и поглощение кислорода из воздуха. Окисление масла сопровождается выделением тепла. Если образуется тепла больше, чем теплопотери в окружающую среду, то возможно возникновение горения без всякого подвода тепла. Некоторые вещества самовозгораются при взаимодействии с водой. К ним относятся калий, натрий, карбид кальция и карбиды щелочных металлов. Кальций загорается при взаимодействии с горячей водой. Окись кальция (негашеная известь) при взаимодействии с небольшим количеством воды сильно разогревается и может воспламенить соприкасающиеся с ней горючие материалы (например, дерево). Некоторые вещества самовозгораются при смешивании с другими. К ним относятся в первую очередь сильные окислители (хлор, бром, фтор, йод), которые, контактируя с некоторыми органическими веществами, вызывают их самовозгорание. Ацетилен, водород, метан, этилен, скипидар под действием хлора самовозгораются на свету. Азотная кислота, также являясь сильным окислителем, может вызывать самовозгорание древесной стружки, соломы, хлопка. Микробиологическое самовозгорание заключается в том, что при соответствующей влажности и температуре в растительных продуктах, торфе интенсифицируется жизнедеятельность микроорганизмов. При этом повышается температура и может возникнуть процесс горения. Тепловое самовозгорание происходит в результате продолжительного действия незначительного источника тепла. При этом вещества разлагаются и в результате усиления окислительных процессов самонагреваются. Полувысыхающие растительные масла (подсолнечное, хлопковое и др.), касторовая олифа, скипидарные лаки, краски и грунтовки, древесина и ДВП, кровельный картон, нитролинолеум и некоторые другие материалы и вещества могут самовозгораться при температуре окружающей среды 80 — 100 ?С.

Самовоспламенение — это самовозгорание, сопровождающееся появлением пламени. Самовоспламеняться могут твёрдые и жидкие вещества, пары, газы и пыли в смеси с воздухом.

Взрыв (взрывное горение) — это чрезвычайно быстрое горение, которое сопровождается выделением большого количества энергии и образованием сжатых газов, способных производить механические разрушения.

Виды горения характеризуются температурными параметрами, основными из них являются следующие. Температура вспышки – это наименьшая температура горючего вещества, при которой над его поверхностью образуются пары или газы, способные кратковременно вспыхнуть в воздухе от источника зажигания. Однако скорость образования паров или газов ещё недостаточна для продолжения горения. Температура воспламенения – это наименьшая температура горючего вещества, при которой оно выделяет горючие пары или газы с такой скоростью, что после воспламенения их от источника зажигания возникает устойчивое горение. Температура самовоспламенения – это самая низкая температура вещества, при которой происходит резкое увеличение скорости экзотермических реакций, заканчивающееся воспламенением. Температура самовоспламенения у исследованных твёрдых горючих материалов и веществ 30 – 670 °С. Самую низкую температуру самовоспламенения имеет белый фосфор, самую высокую — магний. У большинства пород древесины эта температура равна 330 – 470 ?С.

Конспект по безопасности жизнедеятельности

Горение: реакция, виды и характеристики

Горение – это совокупность одновременно протекающих физических процессов (плавление, испарение, ионизация) и химических реакций окисления горючего вещества и материала, сопровождающееся, как правило, световым и тепловым излучением и выделением дыма. В основе горения лежит взаимодействие горючего вещества с окислителем, преимущественно с кислородом воздуха.

Однако горения может осуществляться без доступа воздуха (кислорода), если в состав горючей массы (среды) входит окислитель в виде примеси или составной части молекулы. В производственных условиях или ракетной технике горения может осуществляться в атмосфере таких окисляющих газов, как фтор, хлор, окислы азота и другие.

Процесс горения

Некоторые вещества (порошкообразные титан и цирконий) способны гореть в атмосфере азота, двуокиси углерода, не относящимся к традиционным окислителям.

В зависимости от способа подвода окислителя различают:

• диффузионное горение, когда реагенты (горючее и окислитель) перед началом горения не были перемешаны, а их смешение происходит в процессе горения за счет диффузии;
• гомогенное горение, когда реагенты перед началом горения были перемешаны без поверхности раздела фаз;
• гетерогенное горение, когда реагенты находятся в разных агрегатах состояния (твердое + газ, твердое + жидкость) или между ними имеется поверхность раздела (твердое + твердое, несмешивающиеся жидкость + жидкость). Гетерогенное горение часто относят к диффузионному горению.
• горение, скорость которого лимитирована скоростью химической реакции, называют кинетическим горением. Так как скорость химического взаимодействия, как правило, выше скорости диффузии, кинетическое горение протекает с максимальной для данной системы скоростью (дефлаграция, детонация).

При пожаре отмечается смешанный тип горения. В зависимости от скорости горение может быть медленным (тление), нормальным (дефлаграция) и взрывообразным (взрыв), переходящим в детонационное (детонация).

По внешнему проявлению горение может быть пламенным или беспламенным.

Беспламенное горение может возникнуть в результате дефицита окислителя (тление) или при низком давлении насыщенных паров горючего вещества (горение тугоплавких металлов и кокса).

По механизму развития горение может быть тепловым, при котором причиной самоускорения реакций окисления является повышение температуры, и автокаталитическим (цепным), когда ускорение процесса достигается накоплением промежуточных катализирующих продуктов (активных центров). Автокаталитическое горение осуществляется при сравнительно низких температурах. При достижении определенных концентраций промежуточных каталитических продуктов автокаталитическое горение может переходить в тепловое. При этом температура горения резко возрастает.

Горение может возникать и развиваться спонтанно, стихийно (пожар), но может быть специально организованным, целесообразным: энергетическое горение (в целях получения тепловой или электрической энергии) и технологическое горение (доменный процесс, металлотермия, синтез тугоплавких неорганических соединений и т.д.).

Горение характеризуется такими величинами, как: температура, скорость, полнота, состав продуктов. Располагая данными о механизме горения и его характерных особенностях, можно увеличивать скорость и температуру горения (промотирование горения) или снижать их вплоть до прекращения горения (ингибирование горения).

Источники: Основные характеристики горения. Мальцев В.М., Мальцев М.И., Кашпоров Л.Я. —М., 1977; Процессы горения в химической технологии и металлургии. Мержанов А.Г. —Черноголовка, 1975; Физика горения и взрыва. Хитрин Л.Н. —М., 1957.

Характеристика процесса горения

Всем нам практически ежедневно приходится сталкиваться с тем или иным проявлением процессом горения. В нашей статье мы хотим более подробно рассказать какие особенности включает в себя данный процесс с научной точки зрения.

Горение является основной составляющим процессом на пожаре. Пожар начинается с возникновения горения, его интенсивность развития как правило путь пройденный огнем, то есть скорость горения, а тушение заканчивается прекращением горения.

Под горением обычно понимают экзотермическую реакцию между горючим и окислителем, сопровождающуюся, по крайней мере, одним из трех следующих факторов: пламенем, свечением, дымообразованием. Из-за сложности процесса горения указанное определение не является исчерпывающим. В нем не учтены такие важнейшие особенности горения, как быстрое протекание лежащей в его основе экзотермической реакции, ее самоподдерживающийся характер и способность к самораспространению процесса по горючей смеси.

Различие между медленной экзотермической окислительно-восстановительной реакцией (коррозия железа, гниение) и горением заключается в том, что последняя протекает настолько быстро, что теплота производится быстрее, чем рассеивается. Это приводит к по­вышению температуры в зоне реакции на сотни и даже тысячи гра­дусов, к видимому свечению и образованию пламени. По сути так образуется пламенное горение.Если происходит выделение тепла но пламя при это отсутствует, то этот процесс называется тлением.И в том и в другом процессе происходит образование дыма – аэрозоля полного или неполного сгорания ве­ществ. Стоит отметить, что при горении некоторых веществ пламени не видно, а также отсутствует и выделение дыма, к таким веществам относится водород. Слишком быстрые реакции (взрывчатое пре­вращение) также не входят в понятие горения.

Необходимым условием для возникновения горения является на­личие горючего вещества, окислителя (при пожаре его роль выполняет кислород воздуха) и источника зажигания. Для непосредственно­го возгорания необходимо наличие критических условий по составу горючей смеси, геометрии и температуре горючего материала, давлению и др. После возникновения горения в качестве источника зажигания выступает уже само пламя или зона реакции.

Например, метан способен окисляться кислородом с выделением тепла до метилового спирта и муравьиной кислоты при 500-700 К. Однако, чтобы реакция продолжилась, необходимо пополнение теп­лоты за счет внешнего подогрева. Горением это не является. При на­гревании реакционной смеси до температуры выше 1000 К скорость окисления метана возрастает настолько, что выделяющегося тепла становится достаточно для дальнейшего продолжения реакции, необходимость в подводе теплоты извне исчезает, начинается горение. Та­ким образом, реакция горения, возникнув, способна сама себя поддерживать. Это главная отличительная особенность процесса горения. Другая, связанная с ней особенность — способность пламени, являю­щегося зоной химической реакции, самопроизвольно распространяться по горючей среде или горючему материалу со скоростью, оп­ределяемой природой и составом реакционной смеси, а также условиями процесса. Это основной механизм развития пожара.

Типичная модель горения построена на реакции окисления органических веществ или углерода кислородом воздуха. Множество физических и химических процессов сопровождают горение. Физика это перенос тепла в систему. Окислительные и восстановительные реакции это составляющая природы горения со стороны химии. Отсюда из понятия горение вытекают самые разные химические превращения, включая разложение исходных соединений, диссоциации и ионизации продуктов.

Совокупность горючего вещества или материала с окислителем представляет собой горючую среду. В результате разложения горю­чих веществ под воздействием источника зажигания происходит об­разование газопаровоздушной реакционной смеси. Горючие смеси, которые по составу (соотношению компонентов горючего и окисли­теля) отвечают уравнению химической реакции, называются смесями стехиометрического состава. Они наиболее опасны в пожарном от­ношении: легче воспламеняются, интенсивнее горят, обеспечивая полное сгорание вещества, в результате чего выделяют максимальное количество теплоты.

Рис. 1. Формы диффузионных пламен

а – горение реактивной струи, б – горение разлитой жидкости, в – горение лесной подстилки

По соотношению количества горючего материала и объема окислителя различают бедные и богатые смеси: бедные содержат в изобилии окислитель, богатые — горючий материал. Минимальное количество окислителя, необходимое для полного сгорания единицы массы (объема) того или иного горю­чего вещества, определяется по уравнению химической реакции. При горении с участием кислорода требуемый (удельный) расход воздуха для большинства горючих веществ находится в пределах 4-15 м³/кг. Горение веществ и материалов возможно только при обусловленном содержании в воздухе их паров или газообразных продуктов, а также при концентрации кислорода не ниже заданного предела.

Так, для картона и хлопка самопотухание наступает уже при 14 об. % кислорода, а полиэфирной ваты — при 16 об. %. В процессе горения, как и в других химических процессах, обязательны два этапа: создание молекулярного контакта между реагентами и само взаимодействие молекул горючего с окислителем с об­разованием продуктов реакции. Если скорость превращения исход­ных реагентов определяется диффузионными процессами, т.е. скоростью переноса (пары горючих газов и кислорода переносятся в зону реакции за счет градиента концентраций в соответствии с зако­нами диффузии Фика), то такой режим горения называется диффузионным. На рис. 1 приведены различные формы диффузионных пламен. При диффузионном режиме зона горения размыта, и в ней образуется значительное количество продуктов неполного сгорания. Если же скорость горения зависит только от скорости химической реакции, которая значительно выше скорости диффузии, то режим горения называется кинетическим. Ему свойственны более высокие скорости и полнота сгорания и как следствие высокие ско­рости тепловыделения и температура пламени. Этот режим имеет место в предварительно перемешанных смесях горючего и окисли­теля. Отсюда, если реагенты в зоне химической реакции находятся в одинаковой (обычно газовой) фазе, то такое горение называют гомогенным, при нахождении горючего и окислителя в зоне реакции в разных фазах — гетерогенным. Гомогенным является горение не только газов, но и жидкостей, а также большинства твердых ве­ществ и материалов. Объясняется это тем, что в зоне реакции горят не сами материалы, а их пары и газообразные продукты разложе­ния. Наличие пламени является отличительным признаком гомоген­ного горения.

Примерами гетерогенного горения служат горение углерода, углистых остатков древесины, нелетучих металлов, которые даже при высоких температурах остаются в твердом состоянии. Химическая реакция горения в этом случае будет происходить на поверхности раздела фаз (твердой и газообразной). Отметим, что конечными про­дуктами горения могут быть не только оксиды, но и фториды, хлориды, нитриды, сульфиды, карбиды и др.

Характеристики процесса горения разнообразны. Их можно подразделить на следующие группы: форма, размер и структура пламени; температура пламени, его излучательная способность; тепловыделение и теплота сгорания; скорость горения и концентрационные пределы устойчивого горения и др.

Всем известно, что при горении образуется свечение которое сопровождает пламя продукта горения.

Рассмотрим две системы:

• газообразная система
• конденсированная система

В первом случае при возникновении горения весь процесс будет происходить в пламени, во втором же случае часть реакций будет происходить в самом материале, либо его поверхности. Как упоминалось выше существуют газы которые могут гореть без пламени, но если рассматривать твердые вещества существуют также группы металлов которые также способны гореть без проявления пламени.

Часть пламени с максимальным значением, где происходят интенсивные превращения, называется фронтом пламени.

Теплообменные процессы и диффузия активных частиц из зоны горения которые являются ключевыми механизмами движения фронта пламени по горючей смеси.

Скорость распространения пламени принято разделять на:

• дефлаграционное (нормальное), протекаю­щее с дозвуковыми скоростями (0,05-50 м/с)
• детонационное, когда скорости достигают 500-3000 м/с.

Рис. 2. Ламинарное диффузионное пламя

В зависимости от характера скорости движения газового потока, создающего пламя, различают ламинар­ные и турбулентные пламена. В ламинарном пламени движение газов происходит в разных слоях, все процессы тепло-, массообмена происходят путем мо­лекулярной диффузии и конвекции. В турбулентных пламенах про­цессы тепло-, массообмена осуществляются в основном за счет макроскопического вихревого движения. Пламя свечи — пример лами­нарного диффузионного пламени (рис. 2). Любое пламя высотой более 30 см будет уже обладать случайной газовой механической не­устойчивостью, которая проявляется видимыми завихрениями дыма и пламени.

Рис. 3. Переход ламинарного потока в турбулентный

Очень наглядным примером перехода ламинарного потока в турбулентный является струйка сигаретного дыма (рис. 3), которая, поднявшись на высоту около 30 см, приобретает турбулентность.

При пожарах пламена имеют диффузионный турбулентный ха­рактер. Присутствие турбулентности в пламени усиливает перенос тепла, а смешивание влияет на химические процессы. В турбулентном пламени выше также скорости горения. Это явление делает затруднительным перенос поведения мелкомасштабных пламен на крупномасштабные, имеющих большую глубину и высоту.

Экспериментально доказано, что температура горения веществ в воздухе гораздо ниже температуры горения в атмосферной кислородной среде

В воздухе температура будет колебаться от 650 до 3100 °С, а в кислородной показатели температуры возрастут на 500-800 °С.

Процессы горения

Телефон и факс:+7 (3854) 43-25-81

В химической технологии процессы горения имеют самые различные назначения [4]. В частности, выделим два основных процесса:

1. Сжигание топлива с целью получения необходимого количества тепла для проведения химических процессов.
2. Cжигание продуктов с целью получения веществ, необходимых для дальнейшей переработки.

Иногда эти процессы протекают совместно. Интенсификация процессов горения является очень важной задачей, т.к. позволяет увеличить КПД и уменьшить размеры устройств для сжигания, сэкономить топливо, увеличить выход условного продукта.
Как известно, при горении происходят следующие основные процессы:

1. Прогрев частиц горючего вещества до начала испарения
2. Испарение горючего вещества
3. Горение, связанное с транспортированием кислорода к горючему и окисление последнего.

Два первых процесса протекают в гетерогенной системе: газ — твердое вещество, газ — жидкость (кроме горения газа). Третий процесс протекает в гомогенной газовой среде. Практически все три процесса протекают одновременно. Применение УЗ колебаний основано на турбулизации факела горения и прилегающей к нему области с помощью УЗК. При этом, возможно воздействие как на сами частицы, так и окружающую среду.
Возникновение высокочастотных турбулентных пульсаций в топочной камере под воздействием акустического поля связано с появлением поверхностных волн на плоском фронте пламени, представляющем собой своеобразную поверхность разрыва.
При горении нет предварительно подготовленной смеси, и струя горючего подается в топочную камеру, наполненную окислителем (воздухом). В этом случае отсутствует четко выраженный фронт горения, а воспламенение происходит в области соприкосновения потока горючего с окислителем. Скорость горения при этом зависит от скорости перемешивания горючего с окислителем.
Воздействие акустических колебаний резко меняет характер горения диффузионного факела. Во-первых, сильно сокращается длина «холодного» ядра, и зона воспламенения приближается к горелке; во-вторых, резко возрастает градиент температур в зоне горения; в-третьих, примерно в четыре раза увеличивается глубина выгорания топлива.
Изменение характера горения объясняется возникновением турбулентных вихрей в связи с сильным затуханием и рассеиванием акустических колебаний на границе раздела сред. Однако, для эффективного воздействия акустических колебаний на процесс горения необходимо подбирать частоту и интенсивность акустических колебаний.
Частоту акустических колебаний можно подбирать, исходя из того, что при движении струи газа воздействие акустических колебаний приводит к увеличению неустойчивости струи и появлению вихрей.
Механизм ускорения процессов заключается в том, что малые частицы колеблются в фазе и с амплитудой среды. Крупные отстают от колебаний среды и вокруг них образуются гидравлические потоки, т.е. сложные вихревые движения. Они и определяют интенсификацию процесса горения. Расчеты и опыты показывают, что для создания потоков вокруг частиц необходима интенсивность порядка 145 — 155 дБ.
УЗ устройства, вмонтированные в камеры сгорания, позволяют интенсифицировать процесс горения жидкого топлива до эффективности сжигания газообразного топлива.
УЗ аппараты и устройства для ускорения химических реакций, связанных с горением
Воздействие осуществляется либо в специальных резонансных камерах — топках, либо в топках с акустическими форсунками. Акустическая камера сгорания представляет собой емкость, в которую подается сжигаемый материал и одновременно создаются колебания. Источником УЗ колебаний служат свистки-сирены, монтируемые в стенках камеры. Воздух, питающий свистки, является одновременно и окислителем. Частота колебаний выбирается соответствующей резонансной частоте камеры.
Акустические форсунки представляют собой статические сирены (Рисунок 6.8), в которые одновременно с окислителем (воздухом) в область формирования УЗ колебаний через трубку подается топливо.

Рисунок 6.8 – Статическая сирена для процессов горения
Таким образом, интенсифицируется процесс горения жидкого топлива при выплавке чугуна (f = 4 кГц, J = 150 дБ).
Количество СО в отходящих газах < 1%.

© 2021, ООО «Центр ультразвуковых технологий»
Любое использование материалов сайта возможно лишь с разрешения правообладателя и только при наличии ссылки на www.u-sonic.ru

Создание сайта — Mitra

Горение — это… Что такое Горение?

Горе́ние — сложный физико-химический процесс превращения компонентов горючей смеси в продукты сгорания с выделением теплового излучения, света и лучистой энергии. Описать природу горения можно как бурно идущее окисление.

Дозвуковое горение (дефлаграция) в отличие от взрыва и детонации протекает с низкими скоростями и не связано с образованием ударной волны. К дозвуковому горению относят нормальное ламинарное и турбулентное распространения пламени, к сверхзвуковому — детонацию.

Горение подразделяется на тепловое и цепное. В основе теплового горения лежит химическая реакция, способная протекать с прогрессирующим самоускорением вследствие накопления выделяющегося тепла. Цепное горение встречается в случаях некоторых газофазных реакций при низких давлениях.

Условия термического самоускорения могут быть обеспечены для всех реакций с достаточно большими тепловыми эффектами и энергиями активации.
Горение может начаться самопроизвольно в результате самовоспламенения либо быть инициированным зажиганием. При фиксированных внешних условиях непрерывное горение может протекать в стационарном режиме, когда основные характеристики процесса — скорость реакции, мощность тепловыделения, температура и состав продуктов — не изменяются во времени, либо в периодическом режиме, когда эти характеристики колеблются около своих средних значений. Вследствие сильной нелинейной зависимости скорости реакции от температуры, горение отличается высокой чувствительностью к внешним условиям. Это же свойство горения обусловливает существование нескольких стационарных режимов при одних и тех же условиях (гистерезисный эффект).

Процесс возникновения горения подразделяется на несколько видов: вспышка, возгорание, воспламенение, самовозгорание, самовоспламенение, взрыв и детонация. Кроме того, существуют и особые виды горения: тление и холоднопламенное горение. Вспышка — процесс мгновенного сгорания паров легковоспламеняющихся и горючих жидкостей, вызванный непосредственным воздействием источника воспламенения. Возгорание — явление возникновения горения под действием источника зажигания. Воспламенение — возгорание, сопровождающееся появлением пламени. При этом вся остальная масса горючего вещества остается относительно холодной. Самовозгорание — явление резкого увеличения скорости экзотермических реакций в веществе, приводящее к возникновению горения при отсутствии источника зажигания. Самовоспламенение — это самовозгорание, сопровождающееся появлением пламени. В производственных условиях могут самовозгораться древесные опилки, промасленная ветошь. Самовоспламеняться может бензин, керосин. Взрыв — быстрое химическое превращение вещества (взрывное горение), сопровождающееся выделением энергии и образованием сжатых газов, способных производить механическую работу.

Теория горения

При адиабатическом сжигании горючей смеси могут быть рассчитаны количество выделившегося при горении тепла, температура Т_Г, которая была бы достигнута при полном сгорании (адиабатическая температура горения) и состав продуктов, если известны состав исходной смеси и термодинамические функции исходной смеси и продуктов. Если состав продуктов заранее известен, Т_Г может быть рассчитана из условия равенства внутренней энергии системы при постоянном объёме или её энтальпии при постоянном давлении в исходном и конечном состояниях с помощью соотношения: Т_Г = Т0 + Q_r/C, где Т₀ — начальная температура смеси, С — средняя в интервале температур от Т₀ до Т_Г удельная теплоёмкость исходной смеси (с учетом её изменения при возможных фазовых переходах), Q_r — удельная теплота сгорания смеси при температуре Т_Г. При относительном содержании а₀ в смеси компонентов, полностью расходуемых в реакции, Q_Г = Q*а₀ где Q — тепловой эффект реакции горения. Значение Т_Г при постоянном объёме больше, чем при постоянном давлении, поскольку в последнем случае часть внутренней энергии системы расходуется на работу расширения. На практике условия адиабатичекого горения обеспечиваются в тех случаях, когда реакция успевает завершиться прежде, чем станет существенным теплообмен между реакционным объёмом и окружающей средой, например в камерах сгорания крупных реактивных двигателей, в больших реакторах, при быстро распространяющихся волнах горения.
Термодинамический расчёт даёт лишь частичную информацию о процессе — равновесный состав и температуру продуктов. Полное описание горения, включающее также определение скорости процесса и критических условий при наличии тепло- и массообмена с окружающей средой, можно провести только в рамках макрокинетического подхода, рассматривающего химическую реакцию во взаимосвязи с процессами переноса энергии и вещества.
В случае заранее перемешанной смеси горючего и окислителя реакция горения может происходить во всём пространстве, занятом горючей смесью (объёмное горение), или в сравнительно узком слое, разделяющем исходную смесь и продукты и распространяющемся по горючей смеси в виде так называемой волны горения. В неперемешанных системах возможно диффузионное горение, при котором реакция локализуется в относительно тонкой зоне, отделяющей горючее от окислителя, и определяется скоростью диффузии реагентов в эту зону.

Описание процессов горения

Важность процесса горения в технических устройствах способствовала созданию различных моделей, позволяющих с необходимой точностью его описывать. Так называемое нулевое приближение включает описание химических реакций, изменение температуры, давления и состава реагентов во времени без изменения их массы. Оно соответствует процессам происходящим в закрытом объёме, в который была помещена горючая смесь и нагрета выше температуры воспламенения. Одно-, двух- и трёхмерные модели уже включает в себя перемещение реагентов в пространстве. Количество измерений соответствует количеству пространственных координат в модели. Режим горения бывает как и газодинамическое течение: ламинарным или турбулентным. Одномерное описанное ламинарного горения позволяет получить аналитически важные выводы о фронте горения, которые затем используются в более сложных турбулентных моделях.

Объёмное горение

Объемное горение происходит, например, в теплоизолированном реакторе идеального перемешивания, в который поступает при температуре Т₀ исходная смесь с относительным содержанием горючего а₀; при другой температуре горения реактор покидает смесь с иным относительным содержанием горючего а. При полном расходе G через реактор условия баланса энтальпии смеси и содержания горючего при стационарном режиме горения могут быть записаны уравнениями:

1. G(Qa₀ + CT₀) = G(Qa + CT)
2. Ga₀ — Ga = w(a, T)V

где w(а, Т) — скорость реакции горения, V — объём реактора. Используя выражение для термодинамической температуры Т_Г, можно из (1) получить:

а = а₀(Т_Г — Т)/(Т_Г — Т₀)

и записать (2) в виде:

q_—T = q₊T

где q_—T = GC(T — Т₀) — скорость отвода тепла из реактора с продуктами сгорания, q₊T = Qw(a, Т)V — скорость выделения тепла при реакции. Для реакции n-ного порядка с энергией активации:

Диффузионное горение

Характеризуется раздельным подачей в зону горения горючего и окислителя. Перемешивание компонентов происходит в зоне горения. Пример: горение водорода и кислорода в ракетном двигателе, горение газа в бытовой газовой плите.

Горение предварительно смешанной среды

Как следует из названия, горение происходит в смеси, в которой одновременно присутствуют горючее и окислитель. Пример: горение в цилиндре двигателя внутреннего сгорания бензиново-воздушной смеси после инициализации процесса свечой зажигания.

Особенности горения в различных средах

Беспламенное горение

В отличие от обычного горения, когда наблюдаются зоны окислительного пламени и восстановительного пламени, возможно создание условий для беспламенного горения. Примером может служить каталитическое окисление органических веществ на поверхности подходящего катализатора, например, окисление этанола на платиновой черни.

Твердофазное горение

Это автоволновые экзотермические процессы в смесях неорганических и органических порошков, не сопровождающиеся заметным газовыделением, и приводящие к получению исключительно конденсированных продуктов. В качестве промежуточных веществ, обеспечивающих массо-перенос, образуются газовые и жидкие фазы, не покидающие, однако, горящую систему. Известны примеры реагирующих порошков, в которых образование таких фаз не доказано (тантал-углерод).

Как синонимы используются тривиальные термины «безгазовое горение» и «твердопламенное горение».

Примером таких процессов служит СВС (самораспространяющийся высокотемпературный синтез) в неорганических и органических смесях.

Тление

Вид горения, при котором пламя не образуется, а зона горения медленно распространяется по материалу. Тление обычно наблюдается у пористых или волокнистых материалов с высоким содержанием воздуха или пропитанных окислителями.

Автогенное горение

Самоподдерживающиеся горение. Термин используется в технологиях сжигания отходов. Возможность автогенного (самоподдерживающегося) горения отходов определяется предельным содержанием балластирующих компонентов: влаги и золы. На основе многолетних исследований шведский учёный Таннер предложил для определения границ автогенного горения использовать треугольник-схему с предельными значениями: горючих более 25 %, влаги менее 50 %, золы менее 60 %.

См. также

Примечания

Ссылки

Условия, необходимые для возникновения и развития процесса горения

Горением называется химическая реакция окисления, со­провождающаяся выделением тепла и излучением света. Горение возникает и протекает при определенных условиях. Для пего необходимы горючее вещество, кислород и источник вос­пламенения.

Чтобы возникло горение, горючее вещество должно быть на­грето до определенной температуры источником воспламенения (пламенем, искрой, накаленным телом) или тепловым прояв­лением какого-либо другого вида энергии: химической (экзо­термическая . реакция), механической (удар, сжатие, трение) и т. д.

Выделившиеся при нагревании горючего вещества пары и газы смешиваются с воздухом и окисляются, образуя горючую смесь. По мере накопления тепла в результате окисления газов и паров скорость химической реакции увеличивается, вследствие чего происходит самовоспламенение горючей смеси и появля­ется пламя.

С появлением пламени наступает горение, которое при бла-« гоприятных условиях продолжается до полного сгорания ве­щества.

В установившемся процессе горения постоянным источником воспламенения является зона горения, т. е. область, где про­текает химическая реакция, выделяется тепло и излучается свет.

Для возникновения и протекания горения горючее вещество н кислород должны находиться в определенном количественном соотношении. Содержание кислорода в воздухе для большинства горючих веществ должно быть не менее 14—18%’.

Известно много различных видов очагов горения (горение свечи, мощной промышленной топки, пожар здания или соору­жения и прочее). Все они значительно отличаются друг от друга и различны по характеру горючего вещества, однако основ­ные явления, протекающие при горении и в процессе его, оди­наковы.

Рассмотрим процесс горения простого светильника (свечи восковой, стеариновой и др.). Зажженная свеча горит устойчиво в нормальной среде воздуха до тех пор, пока хватает для этого содержащегося в ней горючего (воска, стеарина, парафина). Свеча потухнет вследствие нарушения одного из основных условий

процесса горения (наличия горючего вещества, кислорода и источника воспламенения), если не поддерживается достаточ­ная температура для подогревания горючего вещества и обра­зования паров горючего газа, но имеется топливо (воск, стеа­рин, парафин), и если прекратилась подача топлива и отсут­ствует окислитель (кислород воздуха).

При нормальном горении свечи (рис. 1) твердое ее вещество, расплавленное под воздействием пламени, впитывается фити­лем и подается к основанию пламени. Здесь при более высо­кой температуре происходит первичное разложение горючего вещества, образуется углеводородный пар, который поступает в зону горения.

В верхней зоне горения происходит окончательное расщепле­ние углеводородов, образуется светящаяся часть пламени собильным выделением его частиц и других продуктов горения, оставляющих дым и являющихся результатом разложения первоначальных молекул органического происхождения.

Пожарная энциклопедия определение термина «горение»

Определение	Источник
экзотермическая реакция, протекающая в условиях ее прогрессивного самоускорения	пункт 2.1.1 ГОСТ 12.1.044-89  (ИСО 4589-84) «Пожаровзрывоопасность веществ и материалов»
экзотермическая реакция окисления вещества, сопровождающаяся по крайней мере одним из трех факторов: пламенем, свечением, выделением дыма	пункт 1.5 СТ СЭВ 383-87 «Пожарная безопасность в строительстве» термины и определения (утратил силу)
химическая реакция окисления, сопровождающаяся выделением большого количества тепла и обычно свечением	пункт 1 ОСТ 78-2-73 Горение и пожарная опасность веществ. Терминология (утратил силу)
экзотермическая реакция сгорания вещества в окислителе	пункт 23 Международного стандарта 89/396/FDIS ИСО 13943 Пожарная безопасность — Словарь
химический процесс, основывающийся на избирательном сродстве кислотвора воздуха к горящему телу и во взаимном их химическом соединении	«Практическое наставление брандмейстерам» Санктпетерберг, Типография В. Плавильщикова 1818 г., стр.71
всякое быстрое соединение какого-нибудь вещества с кислородом, при котором отделяется такое количество тепла, что происходит накаливание, обыкновенно называется горением этого вещества. Но это определение не полно, потому что предметы могут гореть не в одном только кислороде, но и во многих других газах.Поэтому горением следует называть все происходящие в предметах изменения, называемые реакцией, которые только сопровождаются отделением света и большого количества теплоты.	Николаев А. Пожарная книга. Постановления закона о предосторожностях от огня и руководство к тушению всякого рода пожаров. С-Петерберг, Типография М. Стасюлевича 1875 г., стр.42
всякий химический экзотермический процесс, сопровождающийся столь энергичным выделением тепла, что при этом процессе появляется свечение	Тидеман Б.Г. Сциборский Д.Б. Химия горения, Издательство Наркомхоза РСФСР, Ленинград 1940 Москва, с 6
химический процесс, сопровождающийся выделением тепла и света	Демидов П.Г. Основы горения веществ, издательство Министерства коммунального хозяйства РСФСР, Москва, 1951 год. с.7
быстро протекающая химическая реакция, сопровождающаяся выделением тепла и излучением света	Годжелло М.Г., Демидов П.Г., Джалалов Е.М., Коршак З.В., Рябов И.В. «Легковоспламеняющиеся и горючие жидкости» Из-во Министерства коммунального хозяйства РСФСР, Москва, 1956
всякая быстро протекающая химическая реакция, сопровождающаяся выделением тепла и света	Хитрин Л.Н. Физика горения и взрыва, Москва, Издательство Московского универтитета 1957 год с.5
всякая химическая реакция, сопровождающаяся выделением тепла и излучением света, например, реакции взаимодействия водорода с хлором, красного фосфора с бромом, бензина с кислородом воздуха, разложение сжатого ацетилена и т.д.	Челышев Ф.С., Сомова З.М. Демидов П.Г. Пожарная опасность речных судов и противопожарные мероприятия, издательство «Речной транспорт», Москва, 1959 год с.5.
сложный физико-химический процесс взаимодействия горючего вещества и окислителя, сопровождающийся выделением тепла и излучением света.	Алексеев М.В., Демидов П.Г. Ройтман М.Я., Тарасов Агалаков Н.А. Основы пожарной безопасности. Учебное пособие для высших учебных заведений, «Высш. школа», 1971, с 7
основной процесс на пожаре, сложный физико-химический процесс превращения горючих веществ и материалов в продукты сгорания, сопровождаемый интенсивным выжедением тепла, дыма и световым излучением, в основе которого лежат быстротекущие химические реакции окисления в атмосфере кислорода воздуха	Абдурагимов И.М. Говоров В.Ю. Макаров В.Е. Физико-химические основы развития и тушения пожаров, М. 1980 ВИПТШ МВД СССР, с.5
физико-химический процесс, для которого характерны три признака: химическое превращение, выделение тепла, излучение света.	Демидов П.Г., Шандыба В.А., Щеглов П.П. «Горение и свойства горючих веществ». – 2-е изд., перераб. – М.: Химия, 1981. – с.7.
процесс быстрого окисления с выделением за единицу времени значительного количества тепла, успевающего поддерживать его на уровне достаточно высоких температур	Шувалов М.Г. Основы пожарного дела: Учебник для рядового и мл. нач. состава пожарнойе охраны. – 3-е изд., перераб. И доп. – М.: Стройиздат, 1975. – с 244
сложное, быстро протекающее химическое превращение, сопровождающееся выделением большого количества теплоты и обычно свечением	Шувалов М.Г. Основы пожарного дела: Учебник для рядового и мл. нач. состава пожарнойе охраны. – 3-е изд., перераб. И доп. – М.: Стройиздат, 1983. – с 275
сложный физико-химический процесс, при котором горючие вещества и материалы под воздействием высоких температур вступают в химическое взаимодействие с окислителем (кислородом воздуха), превращаясь в продукты горения, и который сопровождается интенсивным выделением тепла и световым излучением	Абдурагимов И.М., Андросов А.С., Исаева Л.К., Крылов Е.В.. «Процессы горения». Учебник ВИПТШ М., 1984 г. с. 5
сложный физико-химический процесс превращения горючих веществ и материалов в продукты горения, сопровождающийся выделением тепла и света	Баратов А.Н., Андрианов Р.А., Корольченков А.Я. и др.; Под ред. А.Н. Баратова. – М.: Стройиздат, 1988, с.5
процесс протекания экзотермических химических реакций в условиях прогрессивного самоускорения, обусловленного накоплением в горючей среде тепла или катализирующих продуктов реакции.	Корольченко А.Я. «Процессы горения и взрыва». – М.: Пожнаука, 2007, — с.8
сложный физико-химический процесс, при котором превращение вещества сопросвождается интенсивным выделением энергии и темпло- и массообменом с окружающей средой	Брушлинский Н.Н., Соколов С.В., Вагнер П. «Человечество и пожары», М.: ООО «ИПЦ Маска» 2007 — с.21
совокупность одновременно протекающих физических процессов (плавление, испарение, ионизация) и химических реакций окисления горючих веществ и материалов, сопровождающихся ярким свечением (пламенем), тепловым излучением и выделением дыма	Шувалов М.Г. Основы пожарно-спасательного дела, учебное пособие. Москва, 2012 год, с. 327

Определение горения в химии

Горение — это химическая реакция, которая происходит между топливом и окислителем, производящим энергию, обычно в виде тепла и света. Горение считается экзергонической или экзотермической химической реакцией. Это также известно как горение. Горение считается одной из первых химических реакций, намеренно контролируемых человеком.

Причина, по которой при горении выделяется тепло, заключается в том, что двойная связь между атомами кислорода в O ₂ слабее, чем одинарные связи или другие двойные связи.Таким образом, хотя энергия поглощается в реакции, она высвобождается, когда образуются более прочные связи с образованием диоксида углерода (CO ₂ ) и воды (H ₂ O). Хотя топливо играет роль в энергии реакции, по сравнению с ней она незначительна, потому что химические связи в топливе сопоставимы с энергией связей в продуктах.

Механика

Горение происходит, когда топливо и окислитель вступают в реакцию с образованием окисленных продуктов. Обычно для инициирования реакции необходимо подводить энергию.После начала горения выделяющееся тепло может сделать горение самоподдерживающимся.

Например, возьмем дровяной пожар. Древесина в присутствии кислорода в воздухе не подвергается самовозгоранию. Энергия должна подаваться, как от зажженной спички, так и от воздействия тепла. Когда энергия активации реакции доступна, целлюлоза (углевод) в древесине вступает в реакцию с кислородом воздуха с выделением тепла, света, дыма, золы, углекислого газа, воды и других газов. Тепло от огня позволяет реакции продолжаться до тех пор, пока огонь не станет слишком холодным или пока не закончится топливо или кислород.

Пример реакции

Простым примером реакции горения является реакция между газообразным водородом и газообразным кислородом с образованием водяного пара:

2H ₂ (г) + O ₂ (г) → 2H ₂ O (г)

Более знакомый тип реакции горения — это горение метана (углеводорода) с образованием диоксида углерода и воды:

CH ₄ + 2O ₂ → CO ₂ + 2H ₂ O

что приводит к одной общей форме реакции горения:

углеводород + кислород → углекислый газ и вода

Окислители

Реакцию окисления можно рассматривать с точки зрения переноса электронов, а не кислорода элемента.Химики признают несколько видов топлива, способных действовать как окислители при горении. К ним относятся чистый кислород, а также хлор, фтор, закись азота, азотная кислота и трифторид хлора. Например, газообразный водород горит, выделяя тепло и свет, когда реагирует с хлором с образованием хлористого водорода.

Катализ

Горение обычно не является катализируемой реакцией, но платина или ванадий могут действовать как катализаторы.

Полное сгорание и неполное сгорание

Сжигание считается «полным», когда в результате реакции образуется минимальное количество продуктов.Например, если метан реагирует с кислородом и производит только углекислый газ и воду, процесс сгорает полностью.

Неполное сгорание происходит, когда в топливе недостаточно кислорода для полного превращения в диоксид углерода и воду. Также может произойти неполное окисление топлива. Это также происходит, когда пиролиз происходит перед сгоранием, как в случае с большинством видов топлива. При пиролизе органическое вещество подвергается термическому разложению при высоких температурах, не вступая в реакцию с кислородом.Неполное сгорание может привести к появлению многих дополнительных продуктов, в том числе полукокса, окиси углерода и ацетальдегида.

Основы двигателя внутреннего сгорания

| Министерство энергетики

Двигатели внутреннего сгорания обеспечивают исключительную управляемость и долговечность, от них в Соединенных Штатах полагается более 250 миллионов транспортных средств, работающих по шоссе. Наряду с бензином или дизельным топливом они также могут использовать возобновляемые или альтернативные виды топлива (например, природный газ, пропан, биодизель или этанол).Их также можно комбинировать с гибридными электрическими силовыми агрегатами для увеличения экономии топлива или подключаемыми гибридными электрическими системами для расширения ассортимента гибридных электромобилей.

Как работает двигатель внутреннего сгорания?

Горение, также известное как горение, является основным химическим процессом высвобождения энергии из топливно-воздушной смеси. В двигателе внутреннего сгорания (ДВС) воспламенение и сгорание топлива происходит внутри самого двигателя. Затем двигатель частично преобразует энергию сгорания в работу.Двигатель состоит из неподвижного цилиндра и подвижного поршня. Расширяющиеся газы сгорания толкают поршень, который, в свою очередь, вращает коленчатый вал. В конечном итоге это движение приводит в движение колеса транспортного средства через систему шестерен трансмиссии.

В настоящее время производятся два типа двигателей внутреннего сгорания: бензиновый двигатель с искровым зажиганием и дизельный двигатель с воспламенением от сжатия. Большинство из них представляют собой четырехтактные двигатели, а это означает, что для завершения цикла требуется четыре хода поршня.Цикл включает четыре различных процесса: впуск, сжатие, сгорание, рабочий ход и выпуск.

Бензиновые двигатели с искровым зажиганием и дизельные двигатели с воспламенением от сжатия различаются по способу подачи и воспламенения топлива. В двигателе с искровым зажиганием топливо смешивается с воздухом, а затем вводится в цилиндр во время процесса впуска. После того, как поршень сжимает топливно-воздушную смесь, искра воспламеняет ее, вызывая возгорание. Расширение дымовых газов толкает поршень во время рабочего хода.В дизельном двигателе только воздух всасывается в двигатель, а затем сжимается. Затем дизельные двигатели распыляют топливо в горячий сжатый воздух с подходящей дозированной скоростью, вызывая его возгорание.

Улучшение двигателей внутреннего сгорания

За последние 30 лет исследования и разработки помогли производителям снизить выбросы ДВС таких загрязнителей, как оксиды азота (NOx) и твердые частицы (PM), более чем на 99%, чтобы соответствовать стандартам выбросов EPA. . Исследования также привели к улучшению характеристик ДВС (мощность в лошадиных силах и время разгона 0-60 миль в час) и эффективности, помогая производителям поддерживать или увеличивать экономию топлива.

Узнайте больше о наших передовых исследованиях и разработках двигателей внутреннего сгорания, направленных на повышение энергоэффективности двигателей внутреннего сгорания с минимальными выбросами.

Что такое реакция горения?

Реакция горения, иногда сокращенно RXN, — это любая реакция, в которой горючий материал соединяется с кислородом или окисляется. Наиболее распространенной реакцией горения является пожар, при котором углеводороды горят в воздухе с образованием углекислого газа, водяного пара, тепла, света и часто золы.В то время как другие химические реакции могут выделять тепло, реакции горения всегда обладают определенными характеристиками, которые должны присутствовать, чтобы реакция была настоящей реакцией горения.

TL; DR (слишком долго; не читал)

Реакция горения — это химическая реакция, при которой материал соединяется с кислородом, выделяя свет и тепло. В наиболее распространенных реакциях горения углеводородсодержащие материалы, такие как древесина, бензин или пропан, горят на воздухе с выделением диоксида углерода и водяного пара.Другие реакции горения, такие как сжигание магния с образованием оксида магния, всегда используют кислород, но не обязательно производят диоксид углерода или водяной пар.

Как происходит горение

Для протекания реакции горения должны присутствовать горючие материалы и кислород, а также внешний источник энергии для начала горения. В то время как некоторые материалы самопроизвольно воспламеняются при контакте с газообразным кислородом, большинству веществ требуется искра или другой источник энергии, чтобы начать горение.Как только начинается реакция горения, тепла, выделяемого в результате реакции, достаточно, чтобы она продолжалась.

Например, когда вы разжигаете дровяной огонь, углеводороды в древесине соединяются с кислородом воздуха, образуя углекислый газ и водяной пар, высвобождая энергию в виде тепла и света. Чтобы разжечь огонь, вам понадобится внешний источник энергии, например, спичка. Эта энергия разрывает существующие химические связи, так что атомы углерода, водорода и кислорода могут вступить в реакцию.

При реакции горения выделяется гораздо больше энергии, чем требуется для разрыва химических связей.В результате древесина продолжает гореть до тех пор, пока углеводороды не израсходуются. Любые неуглеводородные примеси в древесине откладываются в виде золы. Мокрая древесина плохо горит, потому что превращение воды во влажной древесине в пар требует энергии. Если вся энергия, произведенная в результате реакции горения, используется для испарения воды в древесине, ничего не остается, чтобы поддерживать реакцию, и огонь гаснет.

Примеры реакций горения

Сжигание метана, основного компонента природного газа, является примером типичной реакции горения.Печи и печи, работающие на природном газе, имеют запальную лампу или искру, чтобы обеспечить внешнюю энергию, необходимую для начала реакции горения.

Метан имеет химическую формулу CH ₄ , и он горит молекулами кислорода из воздуха, химическая формула O ₂ . Когда два газа вступают в контакт, горение не начинается, потому что молекулы стабильны. В искре или пилотной лампе одинарная кислородная связь и четыре метановые связи разрываются, и отдельные атомы вступают в реакцию с образованием новых связей.

Два атома кислорода реагируют с атомом углерода с образованием молекулы диоксида углерода, а еще два атома кислорода реагируют с четырьмя атомами водорода с образованием двух молекул воды. Химическая формула: CH ₄ + 2O ₂ = CO ₂ + 2H ₂ O. При образовании новых молекул выделяется значительное количество энергии в виде тепла и света.

При горении магния не выделяется диоксид углерода или водяной пар, но это все же реакция горения, поскольку это экзотермическая реакция горючего материала с кислородом.Помещения магния в воздух недостаточно, чтобы начать горение, но искра или пламя разрывают связи молекул кислорода в воздухе, чтобы реакция продолжилась.

Магний соединяется с кислородом воздуха с образованием оксида магния и избыточной энергии. Химическая формула реакции: O ₂ + 2Mg = 2MgO, а избыточная энергия выделяется в виде сильного тепла и яркого белого света. Этот пример показывает, что химическая реакция может быть реакцией горения, не имеющей характеристик традиционного пожара.

Горение в будущем: важность химии

Абстрактный

Горение включает химические реакции, которые часто очень экзотермичны. Системы сжигания используют энергию химических соединений, выделяемых во время этого реактивного процесса, для транспортировки, выработки электроэнергии или обеспечения тепла для различных применений.Химия и горение взаимосвязаны несколькими способами. Результат процесса сгорания с точки зрения его энергетического и материального баланса, в отношении выполнения полезной работы, а также образования вредных выбросов во многом зависит от молекулярной природы соответствующего топлива. Разработка эффективных процессов сгорания с низким уровнем выбросов в соответствии с целями в области качества воздуха и климата предполагает более тщательное изучение молекулярных свойств и реакций обычного, биологического и синтетического топлива.Информация о воспламеняемости, интенсивности реакции и потенциально опасных побочных продуктах горения важна также с точки зрения безопасности. Более того, некоторые из соединений, которые служат топливом, могут играть важную роль в хранении и преобразовании химической энергии. Кроме того, процессы сжигания можно использовать для синтеза материалов с привлекательными свойствами. Таким образом, систематическое понимание поведения горения требует химических знаний. Желательная информация включает в себя свойства термодинамических состояний до и после реакций горения и соответствующие подробности о динамических процессах, которые происходят во время реактивных превращений топлива и окислителя в продукты при заданных граничных условиях.Системы сжигания могут быть описаны, адаптированы и улучшены с учетом химических знаний. Сочетание теории, эксперимента, разработки модели, моделирования и систематического анализа неопределенностей позволяет делать качественные или даже количественные прогнозы для многих ситуаций сгорания, имеющих практическое значение. В этой статье можно выделить лишь некоторые из многочисленных исследований химических процессов для горения и связанных с горением наук и приложений, с основным акцентом на газофазные реакционные системы.В нем делается попытка представить краткий обзор последних достижений и руководство по захватывающим возможностям, которые побуждают такие исследования выходить за рамки сжигания ископаемых.

Ключевые слова: 2M2B, 2-метил-2-бутен; АСМ, атомно-силовая микроскопия; ALS, усовершенствованный источник света; APCI, химическая ионизация при атмосферном давлении; ARAS — атомно-резонансная абсорбционная спектроскопия; ATcT, активные термохимические таблицы; BC, сажа; BEV, аккумуляторный электромобиль; BTL, преобразование биомассы в жидкость; Биотопливо; CA, угол поворота коленвала; CCS, улавливание и хранение углерода; CEAS — абсорбционная спектроскопия с усилением резонатора; CFD, вычислительная гидродинамика; CI — воспламенение от сжатия; CRDS, резонаторная кольцевая спектроскопия; CTL, переход угля в жидкость; Горение; Химия горения; Диагностика горения; Кинетика горения; Моделирование горения; Синтез горения; DBE, ди-н-бутиловый эфир; DCN — производное цетановое число; ДЭЭ, диэтиловый эфир; DFT, теория функционала плотности; DFWM, вырожденное четырехволновое смешение; DMC, диметилкарбонат; DME, диметиловый эфир; DMM, диметоксиметан; DRIFTS — инфракрасная спектроскопия с преобразованием Фурье диффузного отражения; EGR, рециркуляция выхлопных газов; ЭИ — электронная ионизация; Выбросы; Энергия; Преобразование энергии; FC, топливный элемент; FCEV, электромобиль на топливных элементах; FRET — резонансный перенос энергии флуоресценции; FT, Фишер-Тропш; FTIR, инфракрасное излучение с преобразованием Фурье; Топливо; ГХ, газовая хроматография; ПГ, парниковый газ; GTL, переход газа в жидкость; GW — глобальное потепление; HAB, высота над горелкой; HACA, добавление ацетилена для отвода водорода; HCCI, воспламенение от сжатия однородного заряда; HFO, мазут; HRTEM, просвечивающая электронная микроскопия высокого разрешения; IC, внутреннего сгорания; ICEV, автомобиль с двигателем внутреннего сгорания; IE — энергия ионизации; МГЭИК, Межправительственная группа экспертов по изменению климата; ИК, инфракрасный; JSR — реактор с струйным перемешиванием; KDE, оценка плотности ядра; KHP, кетогидропероксид; LCA, анализ жизненного цикла; Lh3, жидкий водород; LIF — флуоресценция, индуцированная лазером; LIGS — лазерно-решеточная спектроскопия; LII — накаливание, индуцированное лазером; СПГ, сжиженный природный газ; LOHC, жидкий органический водородный носитель; LT, низкотемпературный; LTC, низкотемпературное горение; MBMS, молекулярно-лучевая масс-спектрометрия; МДО, судовое дизельное топливо; МС, масс-спектрометрия; МТО, превращение метанола в олефины; MVK, метилвинилкетон; NOx, оксиды азота; NTC, отрицательный температурный коэффициент; OME, оксиметиленовый эфир; ОТМС, Orbitrap MS; PACT, прогнозирующая автоматизированная вычислительная термохимия; ПАУ, полициклический ароматический углеводород; PDF, функция плотности вероятности; ПЭМ, мембрана из полимерного электролита; PEPICO — фотоионное совпадение фотоэлектронов; ППЭ, фотоэлектронный спектр / спектры; PFR, поршневой реактор; ИП — фотоионизация; PIE — эффективность фотоионизации; PIV, велосиметрия с визуализацией частиц; PLIF, планарная лазерно-индуцированная флуоресценция; ТЧ, твердые частицы; PM10 PM2,5, отобранные фракции размером до ∼10 и ∼2,5 мкм; PRF — первичное эталонное топливо; ККЛ — квантово-каскадный лазер; RCCI, воспламенение от сжатия с контролируемой реактивностью; RCM, машина быстрого сжатия; REMPI, многофотонная ионизация с усилением резонанса; РМГ, генератор механизма реакции; RON — октановое число по исследовательскому методу; Механизмы реакции; SI — искровое зажигание; ВИМС, масс-спектрометрия вторичных ионов; SNG, синтетический природный газ; SNR, отношение сигнал / шум; SOA, вторичный органический аэрозоль; SOEC, ячейка твердооксидного электролиза; ТОТЭ, твердооксидный топливный элемент; SOx, оксиды серы; СТМ, сканирующая туннельная микроскопия; SVO, прямое растительное масло; Синтетическое топливо; TDLAS, перестраиваемая лазерная абсорбционная спектроскопия; TOF-MS, времяпролетная МС; TPES, пороговые фотоэлектронные спектр / спектры; TPRF, первичное эталонное топливо толуол; TSI, пороговый индекс сажеобразования; TiRe-LII, LII с временным разрешением; UFP, сверхмелкозернистая частица; ЛОС, летучие органические соединения; ВУФ, вакуумный ультрафиолет; WLTP, Всемирная согласованная процедура испытаний легковых автомобилей; XAS, рентгеновская абсорбционная спектроскопия; YSI, дает индекс сажеобразования.

© 2020 Институт горения. Опубликовано Elsevier Inc. Все права защищены.

Сгорание в дизельных двигателях

Сгорание в дизельных двигателях

Ханну Яэскеляйнен, Магди К. Хаир

Это предварительный просмотр статьи, ограниченный некоторым исходным содержанием. Для полного доступа требуется подписка DieselNet.
Пожалуйста, войдите в систему , чтобы просмотреть полную версию этого документа.

Abstract : В дизельных двигателях топливо впрыскивается в цилиндр двигателя ближе к концу такта сжатия.Во время фазы, известной как задержка воспламенения, топливо распыляется на мелкие капли, испаряется и смешивается с воздухом. По мере того как поршень продолжает приближаться к верхней мертвой точке, температура смеси достигает температуры воспламенения топлива, вызывая воспламенение некоторого количества предварительно смешанного топлива и воздуха. Остаток топлива, которое не участвовало в сгорании с предварительной смесью, расходуется на фазе сгорания с регулируемой скоростью.

Компоненты процесса горения

Сгорание в дизельных двигателях очень сложно, и до 1990-х годов его подробные механизмы не были хорошо изучены.В течение десятилетий его сложность, казалось, не поддавалась попыткам исследователей раскрыть его многочисленные секреты, несмотря на доступность современных инструментов, таких как высокоскоростная фотография, используемая в «прозрачных» двигателях, вычислительная мощность современных компьютеров и множество математических моделей, предназначенных для имитации горения в дизельном топливе. двигатели. Применение лазерного луча к обычному процессу сжигания дизельного топлива в 1990-х годах было ключом к значительному углублению понимания этого процесса.

В этой статье мы рассмотрим наиболее распространенную модель сгорания для обычного дизельного двигателя .Это «обычное» сгорание дизельного топлива в первую очередь регулируется смешиванием, возможно, с некоторым предварительным сгоранием, которое может происходить из-за смешивания топлива и воздуха перед воспламенением. Это отличается от стратегий сжигания, которые пытаются значительно увеличить долю происходящего горения предварительно приготовленной смеси, например, различные ароматы низкотемпературного горения.

Основная предпосылка сжигания дизельного топлива — это его уникальный способ высвобождения химической энергии, хранящейся в топливе. Для выполнения этого процесса кислород должен поступать в топливо особым образом, чтобы облегчить сгорание.Одним из наиболее важных аспектов этого процесса является смешивание топлива и воздуха, которое часто называют приготовлением смеси .

В дизельных двигателях топливо часто впрыскивается в цилиндр двигателя ближе к концу такта сжатия, всего на несколько градусов угла поворота коленчатого вала до верхней мертвой точки [391] . Жидкое топливо обычно впрыскивается с высокой скоростью в виде одной или нескольких струй через небольшие отверстия или сопла в наконечнике инжектора. Он распыляется на мелкие капельки и проникает в камеру сгорания.Распыленное топливо поглощает тепло из окружающего нагретого сжатого воздуха, испаряется и смешивается с окружающим высокотемпературным воздухом под высоким давлением. По мере того как поршень продолжает приближаться к верхней мертвой точке (ВМТ), температура смеси (в основном воздуха) достигает температуры воспламенения топлива. Быстрое воспламенение некоторого количества предварительно смешанного топлива и воздуха происходит после периода задержки воспламенения. Это быстрое зажигание считается началом сгорания (также концом периода задержки зажигания) и отмечается резким повышением давления в цилиндре по мере сгорания топливно-воздушной смеси.Повышенное давление в результате предварительно смешанного сгорания сжимает и нагревает несгоревшую часть заряда и сокращает время задержки перед воспламенением. Это также увеличивает скорость испарения оставшегося топлива. Распыление, испарение, смешивание паров топлива с воздухом и сгорание продолжаются до тех пор, пока все впрыскиваемое топливо не сгорит.

Сгорание дизельного топлива характеризуется обедненным общим соотношением A / F. Наименьшее среднее соотношение A / F часто наблюдается в условиях максимального крутящего момента. Чтобы избежать чрезмерного дымообразования, соотношение A / F при пиковом крутящем моменте обычно поддерживается выше 25: 1, что намного выше стехиометрического (химически правильного) отношения эквивалентности, равного примерно 14.4: 1. В дизельных двигателях с турбонаддувом соотношение A / F на холостом ходу может превышать 160: 1. Таким образом, избыточный воздух, присутствующий в цилиндре после сгорания топлива, продолжает смешиваться с горящими и уже сгоревшими газами на протяжении процессов сгорания и расширения. При открытии выпускного клапана происходит выброс избыточного воздуха вместе с продуктами сгорания, что объясняет окислительный характер выхлопных газов дизельных двигателей. Хотя сгорание происходит после того, как испаренное топливо смешивается с воздухом, образует локально богатую, но горючую смесь, и достигается надлежащая температура воспламенения, общее соотношение A / F бедное.Другими словами, большая часть воздуха, подаваемого в цилиндр дизельного двигателя, сжимается и нагревается, но никогда не участвует в процессе сгорания. Кислород в избыточном воздухе помогает окислять газообразные углеводороды и окись углерода, снижая их концентрацию в выхлопных газах до чрезвычайно малых.

Следующие факторы играют основную роль в процессе сгорания дизельного топлива:

• Зарядный воздух , нагнетаемый , его температура и кинетическая энергия в нескольких измерениях.
• Распыление, проницаемость, температура и химические характеристики впрыскиваемого топлива .

Хотя эти два фактора являются наиболее важными, существуют и другие параметры, которые могут существенно повлиять на них и, следовательно, играть второстепенную, но все же важную роль в процессе горения. Например:

• Конструкция впускного канала , которая сильно влияет на движение наддувочного воздуха (особенно когда он входит в цилиндр) и, в конечном итоге, на скорость смешения в камере сгорания.Конструкция впускного канала также может влиять на температуру наддувочного воздуха. Это может быть достигнуто за счет передачи тепла от водяной рубашки нагнетаемому воздуху через площадь поверхности впускного отверстия.
• Размер впускного клапана , который контролирует общую массу воздуха, вводимого в цилиндр за конечный промежуток времени.
• Степень сжатия , которая влияет на испарение топлива и, следовательно, на скорость смешивания и качество сгорания.
• Давление впрыска , которое контролирует продолжительность впрыска для данного размера отверстия сопла.
• Геометрия отверстия сопла (длина / диаметр), которая контролирует проникновение струи, а также распыление.
• Геометрия распылителя , которая напрямую влияет на качество сгорания за счет использования воздуха. Например, при большем угле распылительного конуса топливо может располагаться наверху поршня и за пределами чаши сгорания в дизельных двигателях с прямой камерой сгорания с открытой камерой. Это условие может привести к чрезмерному задымлению (неполному сгоранию) из-за лишения топлива доступа к воздуху, имеющемуся в чаше сгорания (камере).Большой угол конуса также может привести к разбрызгиванию топлива на стенки цилиндра, а не внутри камеры сгорания, где это необходимо. Топливо, разбрызгиваемое на стенку цилиндра, со временем соскребет вниз в масляный поддон, где сократит срок службы смазочного масла. Поскольку угол распыления является одной из переменных, влияющих на скорость смешивания воздуха с топливным жиклером рядом с выходным отверстием форсунки, он может оказывать значительное влияние на общий процесс сгорания.
• Конфигурация клапана , который контролирует положение форсунки.Двухклапанные системы обеспечивают наклонное положение форсунки, что подразумевает неравномерное распыление, что приводит к нарушению смешивания топлива и воздуха. С другой стороны, конструкции с четырьмя клапанами допускают вертикальную установку форсунок, симметричное расположение распылителей топлива и равный доступ к доступному воздуху для каждого из распылителей топлива.
• Положение верхнего поршневого кольца , которое регулирует мертвое пространство между верхней контактной площадкой поршня (область между верхней канавкой поршневого кольца и верхней частью днища поршня) и гильзой цилиндра.Это мертвое пространство / объем улавливает воздух, который сжимается во время такта сжатия и расширяется, даже не участвуя в процессе сгорания.

Поэтому важно понимать, что система сгорания дизельного двигателя не ограничивается камерой сгорания, форсунками и их непосредственным окружением. Скорее, он включает в себя любую часть, компонент или систему, которые могут повлиять на окончательный результат процесса сгорания.

###

Произошла ошибка при настройке пользовательского файла cookie

Этот сайт использует файлы cookie для повышения производительности.Если ваш браузер не принимает файлы cookie, вы не можете просматривать этот сайт.

---

Настройка вашего браузера для приема файлов cookie

Существует множество причин, по которым cookie не может быть установлен правильно. Ниже приведены наиболее частые причины:

• В вашем браузере отключены файлы cookie. Вам необходимо сбросить настройки вашего браузера, чтобы он принимал файлы cookie, или чтобы спросить вас, хотите ли вы принимать файлы cookie.
• Ваш браузер спрашивает вас, хотите ли вы принимать файлы cookie, и вы отказались.Чтобы принять файлы cookie с этого сайта, используйте кнопку «Назад» и примите файлы cookie.
• Ваш браузер не поддерживает файлы cookie. Если вы подозреваете это, попробуйте другой браузер.
• Дата на вашем компьютере в прошлом. Если часы вашего компьютера показывают дату до 1 января 1970 г., браузер автоматически забудет файл cookie. Чтобы исправить это, установите правильное время и дату на своем компьютере.
• Вы установили приложение, которое отслеживает или блокирует установку файлов cookie.Вы должны отключить приложение при входе в систему или проконсультироваться с системным администратором.

---

Почему этому сайту требуются файлы cookie?

Этот сайт использует файлы cookie для повышения производительности, запоминая, что вы вошли в систему, когда переходите со страницы на страницу. Чтобы предоставить доступ без файлов cookie потребует, чтобы сайт создавал новый сеанс для каждой посещаемой страницы, что замедляет работу системы до неприемлемого уровня.

---

Что сохраняется в файле cookie?

Этот сайт не хранит ничего, кроме автоматически сгенерированного идентификатора сеанса в cookie; никакая другая информация не фиксируется.

Как правило, в файлах cookie может храниться только информация, которую вы предоставляете, или выбор, который вы делаете при посещении веб-сайта. Например, сайт не может определить ваше имя электронной почты, пока вы не введете его. Разрешение веб-сайту создавать файлы cookie не дает этому или любому другому сайту доступа к остальной части вашего компьютера, и только сайт, который создал файл cookie, может его прочитать.

Понимание эффективности сгорания и уравнения сгорания

Понимание эффективности сгорания

Эффективность сгорания — это показатель того, насколько хорошо сжигаемое топливо используется в процессе сгорания.Это отличается от показателя эффективности анализатора, который отражает общее количество тепла, доступного от топлива, за вычетом потерь от газов, поднимающихся вверх по дымовой трубе. Потери в дымовой трубе — это мера тепла, уносимого сухими дымовыми газами, и потеря влаги. Это хороший показатель эффективности устройства. Температура дымовой трубы — это температура дымовых газов (сухого и водяного пара), выходящих из устройства, и отражает энергию, которая не передается от топлива к теплообменнику.Чем ниже температура дымовой трубы, тем эффективнее конструкция теплообменника или теплопередача и тем выше эффективность топлива-воздуха / воды / пара. При расчете эффективности сгорания учитывается как температура дымовой трубы, так и чистые потери тепла и влаги. Сюда входят потери от сухого газа плюс потери от влаги и потери от производства CO.

При сжигании углерод в топливе преобразуется в CO2. Для каждого типа топлива существует максимальное количество CO2, которое может быть преобразовано.Когда вы выбираете топливо в анализаторе, CO2 рассчитывается в зависимости от типа топлива по процентному содержанию O2, оставшегося в дымовых газах. Обычно для природного газа конечный выброс CO2 составляет 11,7%. Этого можно достичь, когда содержание O2 в дымовых газах составляет 0%. Некоторые анализаторы также позволяют пользователю вводить максимальное значение CO2, если известно теплосодержание топлива.

Опять же, конечное количество CO2 будет получено во время стехиометрического сгорания, в котором нет ни избытка воздуха, ни избытка топлива во время процесса сгорания.На самом деле, в индустрии HVAC мы стремимся не к стехиометрическому сгоранию, а к полному сгоранию, при котором весь водород и углерод в топливе окисляются до h3O и CO2. Чтобы произошло полное сгорание, нам необходимо иметь избыток воздуха или воздуха, подаваемого сверх того, что обычно требуется из-за плохого смешивания топлива и воздуха в процессе сгорания. Если не будет обеспечен избыток воздуха, полное превращение углерода в СО2 не будет, а в конечном итоге будут образовываться частично окисленные соединения, такие как окись углерода и альдегиды.Хотя идеальный рабочий диапазон горелок не так эффективен, как стехиометрическое сгорание, он дает нам дополнительный фактор безопасности.

Требуемый процент избыточного воздуха основан на нескольких факторах, включая

1. Применение оборудования (коммерческое, жилое, промышленное)

2. Ожидаемые изменения свойств топлива (числа колебания)

3. Скорость подачи воздуха для горения и плотность воздуха

4. Требуемый или доступный уровень надзора оператора (летние зимние регулировки)

5. Требования к контролю, такие как корректировка O2

Для максимальной эффективности сгорания желателен небольшой избыток воздуха.Для бытовых печей это обычно 50%, однако для разбавления может потребоваться дополнительный воздух, чтобы предотвратить конденсацию дымовых газов. Он может быть введен в устройство после точки сгорания через дроссель или в виде избыточного воздуха, который полностью проходит через процесс сгорания.

Каждый вид топлива имеет определенное измеримое теплосодержание. Максимальное количество тепла, которое может быть получено от топлива, основано на использовании чистого кислорода в качестве окислителя в химической реакции и максимизации смеси топливных газов.В полевых условиях кислород получают из воздуха, который состоит на 20,9% из кислорода, 78% из азота и 1% из других газов. Поскольку кислород не отделяется от воздуха перед сгоранием, это отрицательно влияет на химическую реакцию. Воздух — это в первую очередь азот. Хотя азот инертен и не играет никакой роли в процессе горения, он охлаждает химическую реакцию (температуру горения) и снижает максимальное тепловыделение, выделяемое топливом. Следовательно, невозможно достичь эффективности сгорания выше 95% для большинства видов топлива, включая природный газ, когда воздух используется в качестве окислителя в процессе сгорания.

Эффективность сгорания или максимальное теплосодержание топлива в таком случае зависит от качества смеси топлива и воздуха и количества воздуха, подаваемого в горелку, сверх того, что требуется для полного сгорания. Эффективность, вычисляемая анализатором горения, представляет собой модифицированное уравнение, которое учитывает КПД сгорания и потери в дымовой трубе. Это частично тепловой расчет, частично расчет полноты сгорания. Уравнение представляет собой разумную оценку эффективности работы устройства в установившемся режиме.Это верно для всех анализаторов, производимых в настоящее время. [1]

Вся система (печь / котел, воздуховоды и трубопроводы) должна быть оценена, чтобы определить истинную эффективность системы. Эффективность сгорания — важная часть оценки системы, но это только одна часть процесса оценки и не может использоваться как единственная причина или оправдание для сохранения или замены существующего оборудования. Если избыточный воздух тщательно контролируется, большинство печей могут работать на более высоких уровнях, чем их номинальная годовая эффективность использования топлива или уровень AFUE, уровни AFUE обычно находятся в диапазоне от 80% до 97% [2]

Максимальный тепловой КПД устройства определяется путем деления количества тепла, отдаваемого прибором, на количество потребляемого топлива.Во время процесса сгорания все печи, которые работают с одинаковой эффективностью сгорания, будут производить одинаковое количество тепла при одинаковом расходе топлива. Эффективность сгорания не влияет на то, насколько хорошо прибор использует тепло, выделяемое после процесса сгорания. Конструкция теплообменника и его способность передавать ощутимое [3] и, возможно, скрытое [4] тепло воздуху помещения определяют, насколько хорошо используется тепло, произведенное в процессе сгорания.

Расчеты чистой эффективности сгорания предполагают, что энергия, содержащаяся в водяном паре (который образуется как продукт сгорания), рекуперируется и не выводится из дымохода или дымовой трубы.Например: пользователь анализатора горения увидит чистую эффективность, скажем, 95-97% в печи 90+, поскольку вторичный теплообменник «отжимает» скрытую теплоту парообразования в водяном паре, конденсируя ее из пара в жидкость. Расчеты полной эффективности сгорания предполагают, что энергия, содержащаяся в водяном паре, не восстанавливается. В приведенном выше примере общий КПД (только от сжигания топлива) может составлять 86-88%. Обычно разница между значением чистой эффективности сгорания и значением полной эффективности сгорания для системы, работающей на природном газе, составляет около 7-9%, при этом чистая стоимость выше, чем полная.

При сгорании из топлива и окислителя образуются новые химические вещества. Эти вещества называются выхлопными газами. Большая часть выхлопных газов образуется в результате химических соединений топлива и кислорода. Когда горит углеводородное топливо (природный газ), выхлопные газы включают воду (водород + кислород) и диоксид углерода (углерод + кислород). Но выхлопные газы могут также включать химические соединения только от окислителя. Если природный газ сжигается с воздухом, который содержит 21% кислорода, 78% азота и 1% следовых газов, выхлопные газы также могут содержать оксид углерода (CO), оксиды азота (NOX, азот + кислород) и при наличии серы. в топливе диоксид серы, SO2 (Сера + кислород).

Температура выхлопа будет высокой из-за тепла, которое передается выхлопу во время сгорания. Из-за высокой температуры выхлоп обычно происходит в виде газа, но также могут быть жидкие или твердые продукты выхлопа. Вода (h3O) всегда присутствует при сжигании природного газа и нефти в бытовых печах. Сажа, представляющая собой не полностью сгоревшее топливо, представляет собой твердый выхлоп, который возникает в некоторых процессах сгорания.

В процессе сгорания, когда топливо и окислитель превращаются в продукты выхлопа, выделяется тепло.Интересно, что для начала горения также необходим некоторый источник тепла. Бензин и воздух присутствуют в топливном баке вашего автомобиля; но горения не происходит, потому что нет источника тепла. Поскольку для начала горения требуется и тепло, и само оно является продуктом горения, мы можем понять, почему горение происходит очень быстро. Кроме того, как только начинается горение, нам не нужно продолжать обеспечивать источник тепла, потому что тепло, производимое в процессе горения, будет поддерживать работу.Нам не нужно постоянно разжигать костер, он просто продолжает гореть.

Дымовые газы — это газы, образующиеся при сжигании топлива. Эти газы горячие, но не отдали все свое тепло в процессе сгорания. В зависимости от типа печи из дымохода должно выходить определенное количество тепла, чтобы газы не конденсировались. В высокоэффективных печах желательна конденсация из-за дополнительного тепла, отбираемого из дымовых газов.

Цифровой анализатор горения выполняет все математические вычисления и измерения, необходимые для определения эффективности, безопасности, точки росы и уровня загрязнения, производимого устройством.Для большинства технических специалистов значения безопасности (CO) и эффективности (EFF.) Будут наиболее важными и наиболее часто используемыми числами. Когда безопасность или эффективность находятся под угрозой, другие части химической реакции (CO2, O2) будут использоваться вместе с расчетными значениями, такими как избыток воздуха, чтобы определить причину проблемы в процессе сгорания. Другие переменные, такие как NOx и SO2, используются и контролируются, чтобы поддерживать их на уровнях, безопасных для окружающей среды и приемлемых для местных властей, обладающих юрисдикцией в отношении этих вопросов.В некоторых областях в настоящее время не регулируются уровни NOx и SO2, а там, где они не контролируются, они также обычно не измеряются. Обычно более крупные источники выхлопных газов (системы с более высоким уровнем БТЕ) являются объектами регулирования выбросов NOx и SO2. (ПРИМЕЧАНИЕ: у некоторых производителей есть полный набор доступных по цене продуктов для измерения регулируемых выбросов.)

Как специалист по обслуживанию, если какой-либо компонент не вышел из строя, есть только три вещи, которые могут быть отрегулированы на газомазутном приборе, которые повлияют на процесс горения.

• Давление топлива

• Первичный воздух (в новых печах это не регулируется)

• Осадка, влияющая на вторичный воздух

На процесс горения могут влиять другие факторы. К ним относятся, например, удар от неправильно установленного пилота, избыток воздуха из треснувшего теплообменника, недостаток воздуха для горения из-за плотной конструкции или неправильной вентиляции, неправильно установленная система вентиляции или неправильные отверстия.Они считаются дефектами или проблемами при установке и требуют механической коррекции, а не регулировки. Специалист по обслуживанию несет ответственность за определение того, вызваны ли проблемы сгорания неправильной регулировкой, неправильной установкой, неисправностью компонентов или дефектом оборудования. Поэтому важно, чтобы техник полностью понимал, как каждая из подсистем влияет на химическую реакцию, называемую горением.

Следует отметить, что не существует национального отраслевого стандарта для расчета измеренной эффективности с помощью анализатора горения.Производители анализаторов используют разные расчеты для получения значений эффективности. Часто это расхождение происходит из-за значений, которые были экстраполированы в диапазон конденсации.

Тепло, отводимое от дымовых газов в конденсационной печи, является скрытым или скрытым теплом. Анализатор горения, который измеряет только температуру, а не объем конденсата, не может измерять количество тепла, отводимого от дымового газа в процессе конденсации. Хотя термины термическая эффективность и эффективность сгорания часто используются взаимозаменяемо для агрегатов без конденсации, они не могут использоваться в одном и том же поместье для конденсационных агрегатов.

Тепловой КПД конденсационного прибора и КПД сгорания будут разными. Единственный способ рассчитать фактический тепловой КПД прибора — это измерить точный воздушный поток через теплообменник и изменение температуры воздуха через теплообменник и ввести измеренные значения в формулу явного тепла для расчета ввода тепловой энергии в теплообменник. кондиционер. Потери в шкафу печи из-за излучения и теплопроводности будут минимальными.В зависимости от того, сколько тепловой энергии экстраполируется из воды в дымовых газах, в среднем 970 БТЕ на фунт, показания эффективности могут отличаться на целых 10%. Это предполагает, что либо вся скрытая тепловая энергия была извлечена из дымовых газов после того, как они достигли точки росы, либо скрытая тепловая энергия не была извлечена.

Эта экстраполяция значений искажена и привела к тому, что производители бытовой техники непреднамеренно публикуют значения термической эффективности, превышающие фактические.Из-за показаний их анализатора. (ПРИМЕЧАНИЕ. Этот расчет не влияет на числа AFUE, которые получены другими способами.) Не принимая во внимание это несоответствие, некоторые в отрасли предположили, что топливо доставляется с низкими уровнями БТЕ. Это заставляет их предлагать повысить давление топлива, чтобы обеспечить чистую тепловую мощность, указанную производителем. По этой причине мы рекомендуем устанавливать давление топлива в соответствии с инструкциями производителя.В этом случае эффективность сгорания будет зависеть от фактического сухого дымового газа, а не от теплового КПД конденсационной установки. Это позволяет избежать использования рассчитанного, а не измеренного параметра. Некоторые производители решили использовать расчет сгорания, который не экстраполирует значения термического КПД дымовых газов ниже точки росы, поскольку эти значения не отражают тепло, которое отводится от дымовых газов в процессе конденсации. Хотя это может привести к появлению более низкого теплового КПД устройства, научные данные, используемые для измерения КПД сгорания, не являются искусственно завышенными.После того, как будут понятны различия в горении и тепловом КПД устройства, можно будет оценить и применить методологию научных измерений, основанную на экстраполяции измеренных значений, что позволит производителям публиковать значения КПД сгорания и теплового КПД, которые репрезентативны для фактического КПД их устройства, тем самым создавая стандарт это основано на фактических измерениях, а не на экстраполяции.