ТЕПЛОФИЗИКА И ОСНОВЫ МЕТАЛЛУРГИЧЕСКОЙ
ТЕПЛОТЕХНИКИ
24
горения к еще не воспламенившейcя части смеси. Эта скорость называется
скоростью распространения пламени в м/с и связана следующим образом с
величинами, влияющими на нее:
ω
пл
=
λ
р
н
Q
(
t
в
–
t
г
)/
С
(
t
в
–
t
0
),
(2.1)
где
λ
- теплопроводность смеси газа и воздуха, Вт/(м
⋅
К);
С
- теплоемкость
смеси газа и воздуха, кДж/см
3
⋅
К) при НФУ;
t
в
,
t
0
,
t
г
- температуры
воспламенения, начальная смеси газа и воздуха и средняя продуктов горения
(температура горения),
0
С.
Из формулы (2.1) видно, что скорость распространения пламени прямо
пропорциональна теплоте сгорания топлива, теплопроводности смеси и
обратно пропорциональна ее теплоемкости. Большое влияние на
ω
пл
оказывает
избыток и недостаток воздуха в газовоздушной смеси. При избытке воздуха
снижается значение
t
г
, а с ней и
ω
пл
. Имеются концентрационные пределы
воспламеняемости, за которыми горения не происходит (
ω
пл
= 0).
Максимальной скорости (
ω
пл
) обычно достигают не при теоретически
необходимом количестве воздуха в смеси, а при некотором его недостатке.
В табл. 2.2 приведены концентрационные пределы воспламеняемости для
нескольких газов, а также концентрации газов при максимальной скорости
распространения пламени и при теоретически необходимом количестве воздуха.
Таблица 2.2
Концентрационные характеристики смеси газом с воздухом
Горючий газ
Предельная
концентрация, %
Содержание газов в смеси с воздухом, %
верхняя нижняя
соответствующее
необходимому количеству
воздуха
соответствующее
максимальной скорости
распространения пламени
Водород (Н
2
)
75,0
6,0
29,5
45,0
Окись
углерода (СО)
75,0
14,0
29,5
45,0
Метан (СН
4
)
15,0
5,0
9,5
10,4
Этилен (С
2
Н
4
)
14,0
3,0
5,5
6,5
На рис. 2.1 показано изменение скорости распространения пламени,
которое необходимо учитывать при конструировании газовых горелок с
внутренним смешиванием газа с воздухом. Если скорость смеси на выходе
будет меньше, чем скорость распространения пламени, то пламя втягивается в
горелку и нормальная работа горелки нарушается.
