ТЕПЛОФИЗИКА И ОСНОВЫ МЕТАЛЛУРГИЧЕСКОЙ
ТЕПЛОТЕХНИКИ
25
Рис. 2.1. Скорость распространения пламени
при различном процентном
содержании газа в смеси с воздухом
Другая, так называемая цепная теория горения, была разработана
Н.Н.Семеновым. Не отрицая теплового состояния системы топливо - воздух, он
объясняет процесс воспламенения и горения кинетикой цепных реакций.
Установлено, что взаимодействие горючего с кислородом часто
происходит не по стехиометрическим уравнениям, приведенным в табл. 2.1, а
по более сложным реакциям. Например, при горении метана при наличии
активного
атома
кислорода
образуется
неустойчивое
соединение
СН
4
+ О = СН
4
О. Это соединение реагирует с молекулярным кислородом
СН
4
+ О
2
= СН
4
О
2
+ О, выделяя атомарный кислород, продолжающий цепь
той же реакции СН
4
+ О = СН
4
О.
Дальнейшее
окисление
происходит
следующим
образом:
СН
4
О
2
разлагается на НСНО и H
2
O. При этом получается формальдегид
(НСНО) и влага. Формальдегид реагирует с молекулярным кислородом по
реакции НСНО +О
3
= НСООН + О, образуя еще один активный атом кислорода
для продолжения цепной реакции с метаном. Формальдегид (НСООН)
разлагается на H
2
O и СО. Окись углерода, реагируя с кислородом,
окисляется до CO
2
. Аналогично можно представить себе горение и
других газов: H
2
, СO и др.
Основным отличием цепных реакций является регенерация активных
центров, ускоряющих весь процесс. Цепная теория объясняет возникновение и
протекание процесса горения изменением концентрации активных центров.
Топливо воспламеняется при такой скорости цепной реакции, когда
количество возникающих цепей больше (или равно) количества цепей обрыва,
ниже температуры воспламенения обрыв цепей преобладает. Для многих
реакций накопление активных центров связано с разогревом системы, но есть
реакции, при которых значительного разогрева не происходит. Таким образом,
согласно цепной теории первопричиной воспламенения и горения является
цепной процесс, из которого во вторичном порядке может вытекать и тепловой.
