Горение жидкого топлива. Воспламенение и механизм горения. Горение капель жидкости.

1. Механизм горение жидкого топлива.

      Температурой воспламенения жидкости - называется температура, при которой вблизи поверхности жидкости образуется паровоздушная смесь, способная к воспламенению от постороннего источника (искры, пламени, например, спички, сигареты! и т.д.).

Для бензина, бензола Т_воспл = 18-20 ^оС.

Для керосина Т_воспл = 21-65 ^оС.

Для моторного масла Т_воспл = 60-140 ^оС.

Не путайте эту температуру с температурой самовоспламенения! (см. ниже)

Для механизма горения жидких топлив характерно то, что температура кипения жидких топлив всегда ниже температуры самовоспламенения, поэтому горение жидких топлив происходит в паровой фазе.

Механизм горения жидких топлив включает в себя несколько этапов:

• Искра (или другой посторонний источник).
• Воспламенение паровоздушной смеси
• Горение паровоздушной смеси у поверхности жидкости.
• Повышение скорости испарения за счет передачи тепла от пламени (до того момента, пока не наступит равновесие).
• В равновесии скорость испарения равна скорости сгорания.

Рис.1. Область горения (при сгорании жидкого топлива).

      В области горения соблюдается условие: равенства скорости сгорания паров жидкости и скорости испарения жидкости.

U_m - массовая скорость испарения.

r_m - теплота образования.

С_ж - теплоёмкость жидкости.

d_Т.З - толщина тёмной (мёртвой) зоны горения.

T_s - температура кипения жидкости.

T_max - максимальная температура.

T_o - начальная температура.

- коэффициент теплопроводности.

- уравнение Фурье.

- тепловой поток от области,где достигается максимальная температура до области кипения.

Рис.2. Толщина зоны горения меньше зоны подогрева в 10 раз.

      Вблизи от капли по сферической поверхности устанавливается зона горения, диаметр которого получается в 1-5 раз больше размера капли. Испарение капли протекает за счет теплоты излучения из зоны горения. В пространстве между каплей и зоной горения находится пары жидкого топлива и продукты горения, в пространстве вне зоны горения – воздух и продукты горения. В зону горения изнутри диффундирует пары топлива, а снаружи кислород. Здесь эти компоненты вступают в химическую реакцию, которая сопровождается выделением теплоты и образованием продуктов сгорания. Из зоны горения телота переносится наружу и к капле, а продукты сгорания диффундируют в окружающее пространство между каплей и зоной горения.

      Так как скорость горения капли жидкости топлива определяется наиболее медленной стадией процесса - скоростью испарения, то время её выгорания можно расписать на основе уравнения теплового баланса её испарение за счёт теплоты, полученной из зоны горения, т. е.:

где:

q - количество теплоты, излучаемой факелом на зеркало жидкости, кВт/м²;

с_ж - теплоёмкость жидкого горючего, кДж/(кг*К);

Т_к - температура кипения жидкости, К;

Т_о - температура горючей жидкости, К;

- теплота испарения, кДж/кг;

F - поверхность капли в текущий момент времени, м²;

t - время полного выгорания капли, с;

r  - плотность жидкого горючего, кг/м³;

      Таким образом, продолжительность выгорания капли, испоряющейся при лучистом нагреве от окружающей зоны горения, пропорциональна первой степени её начального радиуса.

Для капли обдуваемой потоком: .