Скорость горения некоторых видов горючих материалов

Различают нормальную, или линейную, и (м/с) и массовую и* [кг/(м2•с)] скорости горения. Нормальной скоростью горения называют скорость распространения фронта пламени по отношению к несгоревшим реагентам. Скорость горения зависит от ряда физико-химических свойств реагентов, в частности теплопроводности и скорости химической реакции, и имеет вполне определенное значение для каждого горючего (при постоянных условиях горения). В табл. 1.24 приведены скорости горения (и пределы воспламенения) некоторых газообразных смесей. Концентрации горючего в смесях определены при 25°С и нормальном атмосферном давлении. Пределы воспламенения за отмеченными исключениями получены при распространении пламени в трубе диаметром 0,05 м, закрытой с обеих сторон. Коэффициенты избытка горючего определены как отношение объемных содержаний горючего в реальной смеси к стехиометрической смеси (j1) и к смеси при максимальной скорости горения (j2).

Таблица 1.24

Скорости горения конденсированных смесей (неорганический окислитель + магний)

Окислитель

Стехиометрическая смесь

Богатая горючим смесь

[Mg], % (масс.)

u• 102, м/с

и*, кг/(м2•с)

[Mg], % (масс.)

umax•102, м/с

и*, кг/(м2•с)

LiNO3

46,8

1,87

83,3

2,96

NaNO3

41,6

1,60

28,8

74,9

2,48

39,4

KNO3

37,6

0,74

12,5

75,5

1,30

20,0

Ca(NO3)2

42,6

0,46

73,1

1,00

Ba(NO3)2

31,8

0,34

62,8

0,74

Sr(NO3)2

36,5

0,32

6,4

65,4

0,72

12,3

Pb(NO3)2

26,8

0,26

60,2

0,70

NaClO4

44,3

0,24

78,0

0,96

КСlO4

41,3

0,23

4,2

77,1

0,68

10,9

NH4ClO4

29,2

0,22

3,6

79,3

0,42

6,5

Как видно, при горении воздушных газовых смесей при атмоферном давлении umах лежит в пределах 0,40-0,55 м/с, а – в пределах 0,3-0,6 кг/(м2-с). Лишь для некоторых низкомолкулярных непредельных соединений и водорода umах лежит в пределах 0,8-3,0 м/с, а достигает 1–2 кг/ (м2с). По увеличению иmах исследованные горючие в смесях с воздухом можно расположить в следующий ряд: бензин и жидкие ракетные топлива – парафины и ароматические соединения – оксид углерода – циклогексан и циклопропан – этилен – оксид пропилена – оксид этилена – ацетилен – водород.

Влияние структуры молекулы горючего на скорость горения удалось проследить для низкомолекулярных углеводородов с прямой цепью. Скорость горения растет с увеличением степени непредельности в молекуле: алканы – алкены – алкадиены – алкины. С ростом длины цепи этот эффект уменьшается, но все же скорость горения воздушных смесей для н-гексена примерно на 25% выше, чем для н-гексана.

Линейная скорость горения кислородных смесей значительно выше, чем воздушных (для водорода и оксида углерода – в 2-3 раза, а для метана – больше чем на порядок). Массовая скорость горения изученных кислородных смесей (кроме смеси СО + O2) лежит в пределах 3,7-11,6 кг/(м2•с).

В табл. 1.25 приведены (по данным Η. А. Силина и Д. И. Постовского) скорости горения уплотненных смесей нитратов и перхлоратов с магнием. Для приготовления смесей использовали порошкообразные компоненты с размерами частиц нитратов 150-250 мкм, перхлоратов 200-250 мкм и магния 75-105 мкм. Смесью заполняли картонные оболочки диаметром 24-46 мм до коэффициента уплотнения 0,86. Образцы сгорали на воздухе при нормальных давлении и начальной температуре.

Из сопоставления данных табл. 1.24 и 1.25 следует, что конденсированные смеси превосходят газовые смеси по массовой и уступают им по линейной скорости горения[1]. Скорость горения смесей с перхлоратами меньше скорости горения смесей с нитратами, а смеси с нитратами щелочных металлов горят с более высокой скоростью, чем смеси с нитратами щелочноземельных металлов.

Таблица 1.25

Пределы воспламенения и скорости горения смесей с воздухом (I) и кислородом (II) при нормальном давлении и комнатной температуре

Горючее

Мольная доля горючего, a=1(I)

Пределы воспламенения (I)

j1(Ι)

umax (I), м/с

бедная смесь j1

богатая смесь φ2

I

II

I

II

Водород

0,2950

-1,70

3,06

1,98

3,85

1,48

Оксид углерода

0,2950

0,34*

6,76*

1,70

0,45**

0,51-0,62

1,25-1,35

0,37

1,35

Метан

0,0917

0,46

6,40

1,06

0,39

0,35-0,52

3,7-5,1

0,38-0,45

4,15

Этан

0,0564

0,50

2,72

1,12

0,46

Пропан

0,0402

0,51

2,83

1,14

0,45

0,57

0,41

Бутан

0,0312

0,54

3,30

1,13

0,44

0,54

н-Пентан

0,0255

0,54

3,59

1,15

0,44

н-Гексан

0,0216

0,51

4,00

1,17

0,45

н-Гептан

0,0187

0,53

4,50

1,22

0,45

Циклопропан

0,0444

0,58*

2,76*

1,13

0,55

Циклогексан

0,0227

0,48

4,01

1,17

0,45

Этилен

0,0652

0,41

<6,1

1,15

0,79

0,88

0,72-0,89

7,61 6,45

Пропилен

0,0444

0,48

2,72

1,14

0,50

Бутен-1

0,0337

0,53

3,53

1,16

0,50

Ацетилен

0,0772

0,39*

1,33

1,63

1,86

1,65-1,73

11,6

Бутин-1

0,0366

1,20

0,67

Бензол

0,0271

0,43

3,36

1,08

0,47

0,61

4,6

0,6

4,6

Толуол

0,0277

0,43

3,22

1,05

0,40

Гетралин C10H12

0,0158

1,01

0,38

Оксид этилена

0,0772

1,25

1,05

1,13

1,12

Оксид пропилена

0,0497

0,47

1,28

0,81

Ацетон

0,0497

0,59*

2,33*

1,31

0,49

Метанол

0,1224

0,48

4,08

1,00

0,55

Примечания: * – открыт нижний конец трубы; ** – сухой воздух, 0,97% H2 в монооксиде углерода.

  • [1] Кокочашвили В. И. Особенности горения смесей водорода с бромом //

    Журнал физической химии. 1951. Т. 25. Вып. 4. С. 445-460.

 
< Пред   СОДЕРЖАНИЕ     След >