Каждое жидкое горючее, так же как любое жидкое вещество, приг данной температуре обладает определенной упругостью пара над своей поверхностью, которая увеличивается с ростом температуры.
При зажигании^ жидкогогорючего,имеющегосвобод* нуюуповерхность, загорается его пар, содержащийся в пространстве над поверхностью, образуя горящий факел. За счет тепла, излучаемого факелом, испарение резко увеличивается. При установившемся режиме теплообмена между факелом и зеркалом жидкости количество» испаряющегося» а следовательно, и сгорающего горючего достигает ма^ ксимального значения и далее остается постоянным во времени.
Опыты показывают, что при сжигании жидких топлив со свободной поверхностью горение протекает в паровой фазе; факел устанавливаете» на некотором удалении от поверхности жидкости и ясно видна темная полоска, отделяющая факел от обреза тигля с жидким горючим. Интенсивность излучения зоны горения на зеркало испарения не зависит от его формы и величины, а зависит только от физико-химических сцойств» горючего и является характерной константой для каждого жидкого горючего.
Температура жидкого горючего, при которой пары над его поверхностью образуют с воздухом смесь, способную воспламениться при поднесенииисточниказажигания,называется 'температурой вспышки..
Поскольку жидкие горючие сгорают в паровой фазе, то при установившемся режиме скорость горения определяется скоростью испарения жидкости с ее зеркала. Ввиду того что тепло, излучаемое факелом на зеркало горючей жидкости, расходуется на подогрев жидкости до температуры кипения и на парообразование, можно записать уравнение теплового баланса
для данной жидкости массовая* скорость горения со свободной поверхности зависит от температуры подогрева жидкости и интенсивности излучения ее диффузионного факел& на зеркало испарения, а для различных жидкостей зависит также от* величины теплоты парообразования и теплоемкости (табл. 10-1).
Процесс горения жидкие горючих со свободной поверхностью происходит следующим образом. При установившемся режиме горения за счет гепла, излучаемого факелом, жидкое горючее испаряется. В восходящий поток горючего, находящегося в паровой фазе, посредством, диффузии проникает воздух из окружающего пространства. Полученная таким образом смесь образует горящий факел в виде конуса, отстоящего от зеркала испарения на 0,5—1 мм. Устойчивое горение протекает на поверхности, где смесь достигает пропорции^соответствующей, стехиоме-трическому соотношению горючего и воздуха. Это предположение следует из тех же соображений» что и в случае диффузионного горения га*.
Химическая реакция протекает в очень тонком слое фронта: факела^ толщина которого не превышает нескольких долей миллиметра. Объем, занимаемый факелом, зоной горения делится на две части: внутри факела находятся пары горючей жидкости и продукты сгорания,. а< вне зоны горения — смесь продуктов горения с воздухом.
Горение восходящих внутри факела паров жидких тошшв можно представить состоящим из двух стадий: диффузионного подвода кислорода к зоне горения и самой химической реакции, протекающей во фронте пламени. Скорости этих двух стадий не одинаковы; химическая реакция при имеющих место высоких температурах протекает очень быстро, тогда как диффузионный подвод кислорода является медлен-, ным процессом, ограничивающим о^щую скорость горения. Следовательно, в данном случае горение протекает в диффузионной области* а скорость горения определяется скоростью диффузии кислорода в'зону горения.
Так как условия подвода кислорода к зоне горения при сжигании* различных жидких горючих со свободной поверхности примерно одинаковы, следует ожидать, что скорость ирс горения, отнесенная к фронту пламени
для данной жидкости массовая* скорость горения со свободной поверхности зависит от температуры подогрева жидкости и интенсивности излучения ее диффузионного факела? на зеркало испарения, а для различных жидкостей зависит также от величины теплоты парообразования и теплоемкости (табл. 10-1).
Процесс горения жидкие горючих со свободной поверхностью происходит следующим образом. При установившемся режиме горения за счет тепла» излучаемого факелом, жидкое горючее испаряется. В восходящий поток горючего, находящегося в паровой фазе, посредством диффузии проникает воздух из окружающего пространства. Полученная таким образом смесь образует горящий факел в виде конуса, отстоящего от зеркала испарения на 0,5—1мм. Устойчивое горение протекает на поверхности, где смесь достигает пропорции,соответствующей стехиоме-трическому соотношению горючего и воздуха. Это предположение следует из тех же соображений, что и в случае диффузионного горения газа» изложенного в § 9ŕ3,
Химическая реакция протекает в очень тонком слое фронта факела* толщина которого не превышает нескольких долей миллиметра. Объему занимаемый факелом, зоной горения делится на две части: внутри факела находятся пары горючей жидкости и продукты сгорания, а^ вне зоны горения — смесь продуктов горения с воздухом.
Горение восходящих внутри факела паров жидких топлив можно представить состоящим из двух стадий: диффузионного подвода кислорода к зоне горения и самой химической реакции, протекающей во фронте пламени. Скорости этих двух стадий не одинаковы; химическая реакция при имеющих место высоких температурах протекает очень быстро, тогда как диффузионный подвод кислорода является медленным процессом, ограничивающим орцую скорость горения. Следовательно, в данном случае горение протекает в диффузионной области, а скорость горения определяется скоростью диффузии кислорода в'зону горения.
Так как условия подвода кислорода к зоне горения при сжигание различных жидких горючих со свободной поверхности примерно одинаковы, следует ожидать, что скорость ирс горения, отнесенная к фронту пламени
Скорость горения жидких горючих со свободной поверхности, отнесённая к поверхности фронта пламени.
наковой, а длина факела будет тем больше, чем больше скорость испарения.
Данные о скорости горения, отнесенные к фронту пламени, вычисленному по фотографическим снимкам, приведены в табл. 10-2 [Л. 28].
Из табл. 10-2видно, что массовая скорость горения, отнесенная к фронту пламени для одного и того же горючего, не зависит от величины и формы зеркала испарения и является постоянной величиной. Для различных горючих с увеличением теплоты сгорания массовая скорость горения уменьшается, а скорость выделения тепла, отнесенная к единице фронта пламени, т. е. теплонапряжение зоны горения, остается примерно одинаковой. Некоторые отклонения в значениях скорости горения, отнесенной к фронту пламени, объясняются трудностями определения поверхности факела.
Таким образом, можно сделать интересный вывод: теплонапряжение боковой поверхности факела, устанавливающегося над свободной поверхностью жидкого горючего, практически не зависит от диаметра тигля и рода топлива. '
Специфической особенностью горения жидких горючих со свободной поверхности является большой химический недожог. Каждое горючее, представляющее собой углеродистое соединение при сжигании со свободной поверхности, имеет свойственную ему величину ^химического недожога ^7з, которая составляет, %:
Картину возникновения химического недожога можно представить следующим образом.
Парообразные углеводороды при движении внутри конусообразного факела до фронта пламени при нахождении в области высоких температур при отсутствий кислорода, подвергаются термическому разложению вплоть до образования свободного углерода и водорода по уравнению: ~
СпНт--»/Ю + -^Н2, (10-2)
или
СпНт—»хС+уН2+Сп-хНгг^2у-(10-3) Свечение пламени обусловливается нахождением в нем частиц свободного углерода. Последние, раскалившись за счет выделяемого при горении тепла, излучают более или менее яркий свет.
Часть свободного углерода не успевает сгорать и в виде сажи уносится продуктами сгорания, образуя коптящий факел.
Кроме того, наличие углерода согласно равновесию С + С02ч^2СОу вызывает образование СО.
Высокая температура и пониженное парциальное давление СО и С02 в продуктах сгорания благоприятствуют образованию СО.
Присутствующие в продуктах сгорания (количества углерода и СО обусловливают величину хийическбго недожога. Чем больше содержание углерода в жидком топливе и чем меньше он насыщен водородом,, тем больше образование чистого углерода, ярче ф&кел, больше химический недожог.
Таким образом, исследования горения жидких горючирс со свободной поверхности показали, что:
1)горение жидких топлив происходит после их испарения в паровой фазе. Скорость горения жидких топлив со свободной поверхности определяется скоростью их испарения за счет тепла, излучаемого зоной горения, при установившемся режиме теплообмена между факелом и зеркалом испарения;
2)скорость горения жидких горючих со свободной поверхности растет с увеличением температуры их подогрева, с переводом к горючим с большей интенсивностью излучения зоны горения, меньшей теплотой парообразования и теплоемкостью и не зависит от величины и формы зеркала испарения;
3)интенсивность излучения зоны горения на зеркало испарения, горящего со свободной поверхности жидкого горючего, зависит только от его физико-химических свойств и является характерной константой для каждого жидкого горючего;
4)теплонапряжение фронта диффузионного факела над поверхностью испарения жидкого горючего практически не зависит от диаметра тигля и рода топлива;
5)горению жидких горючих со свободной поверхности присущ повышенный химический недожог, величина которого характерна для каждого горючего.
