Измеренные температуры

Температуры пламен воздушных смесей и диффузионного пламени амилацетата приведены в табл. 1.3. Измерения проведены методом обращения линий натрия в окрашенных пламенах влажных смесей при комнатной температуре (за исключением специально отмеченных в примечании к табл. 1.3 случаев).

Таблица 1.2

Расчетные адиабатические температуры горения интерметаллических и термитных смесей

Реакция

ТК

Реакция

ТК

Ti + 0,5N2 → TiN

4900

Ti + С → TiC

3210

Zr + 0,5N2 → ZrN

4900

Zr + C → ZrC

3400

Hf + 0,5N2 → HfN

5100

Hf+C→ HfC

3900

V + 0,5N2 → VN

3500

Nb + C → NbC

2800

3Si + 2N2 → S13N4

4300“

5Ti + 3Si → Ti3Sis

2500в

В + 0,5N2 → BN

3700“

Zr + Si → ZrSi

2700в

3Mg + N2 → Mg3N2

2900

Mn + S → MnS

3000г

A1 + 0,5N2 → AIN

2900

2MoO3 + 5B → Mo2B + 2B2O3

3000

3Be + N2 → Be3N2

3200

2WO3 + 5/2B2O3 + 27/2Mg → → W2B3 + 27/2MgO

3100

Nb + 0,5N2 → NbN

3500

5MoO3+21/2Si → Mo5Si3 + 15/2SiO3

4000

Ti + 2B → TiB2

3190

MoO3+ 2A1 + 2Si → MoSi2 + A12O3

3300

Zr + 2B → ZrB2

3310

NiO + Mg → MgO + Ni

3100г

Hf + 2B → HfB2

3520

SnO + Si → SiO2 + Sn

3100

V + 2B → VB2

2670й

3Fe3O4 + 8Al → 4A12O3 + 9Fe

3000

Cr + 2B → CrB2

2470

Fe2O3 + 2A1 → A12O3 + 2Fe

3200

Примечания: а – без учета теплот сублимации; б – оценочные данные; в – без учета теплот плавления; г – без учета теплот испарения.

Приведенные значения являются максимальными температурами пламен, определенными для данного топлива. Концентрации даны в объемных процентах для сухих смесей. Все значения температуры указаны для исходных смесей при комнатной температуре и нормальном атмосферном давлении. На экспериментальные значения температур пламени, по-видимому, влияют потери тепла и перемешивание с окружающим воздухом. Однако это влияние во многих случаях не вызывает заметного отклонения от расчетных температур пламени; эти значения могут быть использованы как приблизительные значения температур пламени исследуемых смесей. Как следует из данных табл. 1.3, при горении воздушных смесей Н2, СО и углеводородов достигается сравнительно высокая температура (1875-2045°С), в ряде случаев приближающаяся к расчетной адиабатической температуре. Наиболее высокой температурой (по сравнению с другими исследованными пламенами газообразных смесей) обладает пламя ацетилена (2325°С). Пламена воздушных смесей природного газа также имеют сравнительно высокие температуры (1930°С).

Таблица 1.3

Температуры пламен воздушных смесей, измеренные при Р=0,1 МПа (некоторые – в сравнении с расчетными температурами)[1]

Горючее

Содержание горючего в смеси, % (об.)

tизм,°C

tрасч,°C

Н2

31,6

2045

2047

СО

37

-

2000

20СО + СO2

35,

1890*

-

10СО + CO2

36,5

1850*

-

5СО + СО2

37,6

1797*

10CO+3CO2

38,6

1764*

-

Метан

10

1875

1910

Этан

5,8

1895

-

Стехиометр

1900

1925

Пропан

4,14

1925

1925

Бутан

3,2

1895

-

Изобутан

3,2

1900

Этилен

7,0

1975

2065

Стехиометр

1945

2045

Пропилен

4

1935

-

Бутилен

3,4

1930

-

Ацетилен

9,0

2325

-

Питсбургский природный газ

9

1930*

1950

Амилацетат

-

1422**

-

Примечания: * – частично окрашенное пламя, сухая смесь; ** – температура измерена двухцветным методом, диффузионное пламя.

Интересно отметить значительно более низкую температуру диффузионных пламен (1422°С) при горении в воздухе амилацетата по сравнению с температурами пламен воздушных смесей. Это объясняется, очевидно, тем, что диффузионные пламена теряют гораздо больше тепла, чем пламена горючих, предварительно смешанных с окислителем.

Температуры пламен кислородных смесей приведены в табл. 1.4. Условия измерения температур аналогичны условиям измерения температур воздушных смесей, приведенных в табл. 1.3.

Таблица 1.4

Температуры пламен кислородных смесей

Горючее

Содержание горючего в смеси, % (об.)

tизм,°C

67,0(Н2 + 0,5O2)

2483

Водород

73

2527

78

2660

82

2427

18,0 (смесь с избытком кислорода)

2927

Ацетилен

33 (смесь с избытком горючего)

3007

44,0

3137

50,0

2927

65

2730

Городской газ, 578 кДж

45

2930

Природный газ, 1080 кДж

57

2810

Смешанный природный и коксовый газ, 854 кДж

50

2800

Как следует из приведенных данных, при горении в кислороде измеренные температуры значительно выше, чем при горении в воздухе. Максимальная температура пламени кислородных смесей водорода – 2660°С, различных по составу углеводородных газов – 2730–2930°С и ацетилена – 3137°С.

Впервые горение алюминиевого порошка в смеси с газообразным кислородом применили С. Бекер и Г. Стронг в разработанной ими кислород-алюминиевой паяльной лампе в 1930 г. В качестве горючего они использовали тонкий алюминиевый порошок, 94% (масс.) которого проходило через сито с 80 отверстиями на один сантиметр. Для того чтобы горение было устойчивым, прибор обеспечивал образование и непрерывную подачу однородной суспензии алюминиевой пыли в кислороде. Поджигание осуществлялось бунзеновской газовой горелкой. Смесь сгорала с образованием очень яркого, ослепительно белого пламени и с выделением большого количества дыма оксида алюминия. Частички дыма были настолько малы, что дым не оседал в течение суток. С. Бекер и Г. Строн установили, что продукты горения содержат около 2% свободного алюминия. Испытывая действие пламени кислород-алюминиевой лампы на различных материалах, они приблизительно определили температуру пламени (табл. 1.5) Молибден в пламени плавился, а вольфрамовую проволоку толщиной 1 мм расплавить не удалось. Таким образом, температура горения алюминия в смеси с кислородом находится между 2535°С (температура плавления молибдена) и 3400°С (температура плавления вольфрама).

Таблица 1.5

Температуры продуктов сгорания металлов при Р = 0,1 МПа

t,°C

Метод измерения

Горючее

Среда

расчетная (α = 1)

измеренная

Магний

Воздух

2720

-

-

Кислород

2480

Яркостный (красный фильтр)

2956

2620

Яркостный (зеленый фильтр)

2800

Обращение линий

Алюминий

Воздух

3270

2900 ± 150

Обращение линий

Кислород

3635

В пределах 2535-3400

Наблюдение плавления молибдена и вольфрама

3030-3530

Оптический пирометр

2930-3180

Яркостный

3530

Цветовой

3000

Обращение линий

В пределах 3100-3700

–// –

3260(α =1)

Яркостный

Титан

Кислород

-

В пределах 2950-3500

Наблюдение испарения золота и платины

Цирконий

Кислород

-

Более 3000

Н. Квеллерон и К. Скартазини для изучения горения порошкообразного алюминия в кислороде сконструировали горелку, дававшую непрерывное и устойчивое пламя. Горение порошкообразного магния в кислороде на этой горелке исследовал Скартазини[2]. Образующееся при горении алюминия и магния ослепительно белое пламя имело длину около 0,15 м. Оксид алюминия создавал большое дымовое облако, состоящее из очень мелких частиц. Колебания в составе смеси, даже очень небольшие, вызывали сильное изменение температуры пламени. Так, избыток кислорода в смеси в 2,5% (масс.) по сравнению со стехиометрическим ее составом (47% кислорода) понижал температуру пламени алюминия на 400°С. Образующийся при горении оксид магния состоял из очень мелких кристаллических частиц, размеры которых лежали в пределах 20-1500 нм. Максимальная яркостная температура по высоте исследованных пламен алюминия составила 3260°С, а пламен магния – 2480 (λ = 665 нм) и 2620 (λ = 540 нм).

При изучении особенностей горения так называемого алюминиевого солнца (горение капли алюминия в кислороде) Г. Хоттел и В. Гаусорн (1949) провели измерение температуры зоны реакции с помощью оптического пирометра. По этим измерениям температура пламени лежит в пределах 3030-3530°С. В работе В. И. Блинова (1954) исследована цветовая и яркостная температуры кислород-алюминиевой лампы-вспышки. Для всех типов ламп максимальная температура (определенная пирометром) равна 3500°С и приближается к расчетной. Их яркостная температура несколько меньше и лежит в пределах 2930-3180°С.

Максимальные значения температур продуктов сгорания металлов по данным ряда авторов сведены в табл. 1.5. На основании этих данных можно считать, что измеренная температура кислородных пламен магния достигает 2800°С, кислородных пламен аллюминия – 3000-3500°С. Температура горения титана в кислороде лежит около 3000°С, циркония – 3000°C.

Рассмотренные температуры рассчитаны или в большинстве случаев экспериментально определены для стехиометрических смесей, сгорающих при нормальном давлении. Вследствие диссоциации продуктов сгорания расчетные и измеренные максимальные температуры пламен соответствуют несколько обогащенным по сравнению со стехиометрическими горючим смесям. Увеличение расчетных значений температуры с повышением давления среды происходит вследствие подавления диссоциации продуктов сгорания. Рост измеренных значений температур с увеличением давления может происходить также вследствие увеличения полноты сгорания.

  • [1] Колмогоров А. Н., Петровский И. Г., Пискунов П. С. Указ. соч.
  • [2] Buckmaster J. Op. cit.
 
< Пред   СОДЕРЖАНИЕ     След >