Скорость выгорания жидкостей

С температурой кипения связана такая характеристика жидкостей, как скорость выгорания. Под этим термином понимается линейная скорость уменьшения высоты слоя жидкости при ее горении со свободной поверхности в единицу времени. Скорость выгорания зависит от температуры, диаметра резервуара, уровня жидкости в резервуаре, скорости ветра и т.п.

Для резервуаров малого диаметра скорость выгорания сравнительно велика. При увеличении диаметра она сначала уменьшается, потом снова возрастает, пока не достигнет постоянной величины. Такая сложная зависимость связана с влиянием разных факторов на скорость выгорания. В резервуарах малого диаметра горячие стенки нагревают жидкость и увеличивают скорость испарения и горения. При увеличении диаметра влияние нагретых стенок снижается, так как стенки контактируют с уменьшающейся частью жидкости. С другой стороны, при увеличении диаметра наблюдается переход горения от ламинарного к турбулентному. При этом уменьшается полнота сгорания, увеличивается количество образующейся сажи. Возрастание степени черноты пламени способствует увеличению теплового потока от пламени. Поверхность жидкости нагревается сильнее, и происходит увеличение скорости испарения и горения.

В резервуарах диаметром более 2 метров скорость выгорания жидкостей практически одинакова (горение со свободной поверхности).

Сильный ветер способствует более эффективному смешиванию паров с воздухом, повышению температуры пламени и увеличению нагрева поверхности жидкости. В результате этого скорость выгорания увеличивается.

По мере снижения уровня жидкости в резервуаре увеличивается расстояние от пламени до поверхности жидкости, поэтому уменьшается приток тепла к жидкости. Скорость выгорания постепенно уменьшается, и при некотором критическом расстоянии поверхности жидкости от борта резервуара горение может прекратиться. Это расстояние называется критической высотой. Для больших резервуаров, в которых критическая высота всегда больше высоты резервуара, самотушение не происходит. Расчеты показывают, что критическая высота резервуара диметром 23м равна 1 км, в то время как его обычная высота равна 12м.

В табл. 3 приведены значения скорости выгорания некоторых жидкостей при комнатной температуре.

Т а б л и ц а 3.

Скорость выгорания некоторых жидкостей со свободной поверхности при комнатной температуре

Самовоспламенение гомогенных смесей

Есть еще один способ зажигания горючей смеси. Он не требует наличия источника зажигания и называется самовоспламенением. Самовоспламенение – явление быстрого нарастания скорости горения без соприкосновения с источником зажигания. Условиями самовоспламенения могут быть резкое повышение температуры или давления, а также введение смеси в нагретый сосуд. Необходимо, чтобы при этом смесь находилась в концентрационных пределах воспламенения и была достигнута температура самовоспламенения, характерная для данной горючей смеси и конструкции конкретного устройства.

Самовоспламенение характерно и для жидких гетерогенных смесей. Отличие гомогенного от гетерогенного самовоспламенение следующее. Для гомогенного это чисто химический процесс, а для гетерогенного состоит из двух стадий – физической и химической. Например, в дизельном двигателе последовательно проходят следующие процессы – впрыск, распыление топлива на туман, испарение капель, диффузия (смешивание паров топлива с воздухом), самовоспламенение, сгорание. Последние две стадии – химические, остальные – физические. Физические стадии наиболее медленные и являются лимитирующими при работе дизельных двигателей. Отличительная особенность самовоспламенения – загорание всей смеси сразу. В этом его отличие от воспламенения. Для того, чтобы самовоспламенение произошло, требуется достижение определенной температуры – температуры самовоспламенения. Примечание: значения температуры самовоспламенения зависят от методики и для разных методик могут отличаться, иногда значительно. На нее влияет также общее давление, наличие посторонних примесей в смеси, конструктивные особенности установки для сжигания и др. В табл. 4 приведены усредненные значения температуры самовоспламенения.

Т а б л и ц а 4.