Краткая характеристика пламен

В зависимости от условий сжигания топлив, начального физического состояния горючего и окислителя, аэродинамики их движения, пламена классифицируют: на светящиеся и прозрачные, на стационарные (непрерывные) и периодические (дискретные), на кинетические (с предварительно перемешанными горючим и окислителем) и диффузионные (горючее и окислитель поступают к фронту пламени раздельно, а на процесс горения влияет взаимная диффузия реагирующих молекул и частиц), на ламинарные и турбулентные (в зависимости от аэродинамики движения горючего и окислителя).

Характерным свойством пламени является его способность излучать энергию, а излучение является следствием перехода молекулы или атома из возбужденного состояния в основное, и при этом виде излучения выделяется квант энергии, равный hν, где h – сonst Планка, ν – частота электромагнитного колебания. Излучение пламени может иметь тепловую или хемилюминесцентную природу. В первом случае переход атомов (молекул) в возбужденное состояние обусловлен их тепловым движением, которое является следствием обмена энергией при соударениях. При хемилюминесцентной – переход атомов (молекул) в возбужденное состояние происходит вследствие протекающих в пламени экзотермических химических реакций.

Спектральными исследованиями показано, что излучение пламен имеет в основном хемилюминесцентную природу и основная часть излучаемой энергии приходится на ИК-область спектра, в то время как видимое и УФ-излучения составляют менее 1 % общей энергии излучения. Излучение ослабляется при его прохождении через свежую горючую смесь в основном за счет его поглощения молекулами смеси, а потери лучистой энергии, обусловленные рассеянием и отражением, обычно невелики и ими можно пренебречь. Согласно квантовой теории процесс обмена энергии между излучением и молекулами вещества является дискретным, при котором молекула поглощает определенный квант энергии (hν), где значение частоты (ν) определяется разностью энергий ее возбужденного и основного состояний. Следовательно, из всего спектра частот электромагнитного излучения сложные молекулы поглощают только те кванты света, частота которых совпадает с собственными частотами движения внешнего электрона в молекуле вещества. В ИК-диапазоне частот молекула, накапливая энергию излучения за счет поглощения фотонов, приобретает энергию, достаточную для ее диссоциации на мелкие фрагменты в предпламенной зоне. В пламенах образуются также заряженные частицы: ионы, ион-радикалы, причем в отличие от водородных, оксида углерода, сероводорода и сероуглерода углеводородо-воздушные пламена сильно ионизированы и при давлениях 0, 30–98 кПа их концентрация может достигать 10⁹–10¹² ион·см^-3, а напряженность магнитного поля 10–50 В/см. Источником отрицательного заряда в пламени являются свободные электроны, а наиболее вероятным путем образования ионов в пламени является хемиионизация.