बंद ट्यूबों में गैस मिश्रण के दहन से एक प्रतिध्वनि उत्पन्न होती है, जिससे लौ के सामने की पूरी पुनर्व्यवस्था हो जाती है। इस घटना का विवरण पहली बार संख्यात्मक सिमुलेशन में पुन: प्रस्तुत किया गया था।

एक शक्तिशाली ध्वनि तरंग के साथ परस्पर क्रिया करने वाली लौ दिलचस्प स्थानिक संरचनाएं उत्पन्न कर सकती है (उदाहरण के लिए, ध्वनि तरंगों के "अग्नि दृश्य" के साथ एक प्रभावशाली वीडियो देखें)। इस मामले में, ध्वनि तरंग का बाहरी होना जरूरी नहीं है: एक बंद मात्रा में ईंधन और ऑक्सीडाइज़र के गैस मिश्रण का तीव्र दहन, उदाहरण के लिए, पाइप में, एक प्रतिध्वनि उत्पन्न करता है जो लौ के सामने को विकृत कर सकता है और दहन प्रतिक्रिया मोड को बदल सकता है। .

पाइप में दहन के दौरान लौ के आकार की विकृति को सौ से अधिक वर्षों से जाना जाता है, लेकिन केवल 1992 में जेफरी सिर्बी (जी। सियरबी) के क्लासिक प्रयोगों में इस प्रक्रिया का एक व्यवस्थित अध्ययन किया गया था। विशेष रूप से, सिर्बी ने अपनी प्रतिध्वनि की कार्रवाई के तहत लौ की अशांति को देखा। यह घटना अपने आप में आश्चर्यजनक नहीं लगती, लेकिन इस प्रक्रिया का सैद्धांतिक विवरण अभी तक प्रस्तावित नहीं किया गया है। जिन सवालों के जवाब देने की जरूरत थी, वे थे: "अशांति में संक्रमण वास्तव में कैसे होता है?", "किस तरह का ज्वाला दोलन पहले झूलता है?" आदि। यह सब, बदले में, प्रौद्योगिकी में इस प्रभाव के व्यावहारिक अनुप्रयोगों की तलाश में शोधकर्ताओं के हाथों को पकड़ लिया (आमतौर पर, रॉकेट उद्योग के लिए लौ अशांति का बहुत महत्व है)।

रूसी-स्वीडिश शोध दल ए पेटचेंको एट अल।, फिजिकल रिव्यू लेटर्स, 97, 164501 (19 अक्टूबर 2006) के एक हालिया लेख ने इस तरह के सिद्धांत के निर्माण की दिशा में पहला कदम उठाया। इस काम के लेखकों ने एक लंबे और बहुत संकीर्ण पाइप में गैस मिश्रण के दहन की प्रक्रिया का एक विस्तृत संख्यात्मक अनुकरण किया, एक छोर पर बंद (मिश्रण खुले सिरे से प्रज्वलित किया गया था, और लौ पाइप में गहराई से फैल गई थी) ) गणना की सादगी के लिए, त्रि-आयामी समस्या के बजाय एक द्वि-आयामी समस्या को हल किया गया था, गैस मिश्रण को एक आदर्श गैस माना जाता था, और दहन प्रक्रिया को एक काल्पनिक एक-चरण और अपरिवर्तनीय रासायनिक प्रतिक्रिया द्वारा दी गई गर्मी रिलीज और सक्रियण के साथ तैयार किया गया था। ऊर्जा। लेकिन सभी गैस और ऊष्मप्रवैगिकी - संपीड़न और विस्तार, गैस प्रवाह, गर्मी हस्तांतरण, लौ सामने की संरचना - को पूरी तरह से ध्यान में रखा गया था।

सिमुलेशन के परिणामों ने स्पष्ट रूप से साबित कर दिया कि, जैसे ही बंद छोर के पास पहुंचा, लौ का मोर्चा "कांपना" शुरू हो गया। इस कंपन ने उसी आवृत्ति की ध्वनि प्रतिध्वनि को जन्म दिया, जिसने लौ को और भी अधिक "झूल" दिया। ट्यूब के अंत के तत्काल आसपास के क्षेत्र में, लौ का दोलन इतना तेज हो गया कि लौ का मोर्चा सचमुच एक अकॉर्डियन में बदल गया। इन दोलनों की प्रत्येक अवधि के दौरान, फ्लेम फ्रंट तेजी से अस्थिर हो गया, जिससे गर्म दहन उत्पादों के कब्जे वाले क्षेत्र में ठंडी गैस का एक संकीर्ण और बहुत लंबा जेट निकल गया। जेट फिर जल्दी से जल गया, लौ सामने एक बवंडर में बदल गई और फिर से समतल हो गई। इन दोलनों द्वारा उत्पन्न धाराओं की गति है दस गुनाखुली जगह में "सामान्य" लौ प्रसार गति को पार कर गया।

मजबूत दोलन और उनके द्वारा उत्पन्न एडी आमतौर पर अशांति के संक्रमण में पहला चरण होता है। हालांकि, लेख के लेखक ज्वाला अशांति तंत्र की खोज की घोषणा करने की जल्दी में नहीं हैं। तथ्य यह है कि आज उपलब्ध कंप्यूटिंग शक्ति इस तरह के विस्तृत मॉडलिंग को केवल बेहद संकीर्ण पाइपों में, या यहां तक ​​​​कि केशिकाओं में भी करने की अनुमति देती है। विस्तृत पाइपों में यह प्रक्रिया कैसे बदलेगी, जिसके लिए प्रायोगिक डेटा प्राप्त किया गया है और जिसमें प्रवाह पर दीवारों का प्रभाव बहुत कमजोर है, इसका अध्ययन किया जाना बाकी है। यह जांचना भी दिलचस्प है कि सिमुलेशन में पाए जाने वाले लौ विकृतियां वही "ट्यूलिप लौ" हैं जो लंबे समय से देखी गई हैं, लेकिन अभी भी अस्पष्टीकृत बनी हुई है (देखें सी। क्लैनेट और जी। सरबी। "ट्यूलिप लौ" पर घटना (पीडीएफ, 1,3 एमबी) // दहन और लौ, 1996. वी. 105. पी. 225-238)।

दहन कक्षों और उनकी विशेषताओं के लिए आवश्यकताएँ

गैस टरबाइन दहन कक्ष भार की एक विस्तृत श्रृंखला में काम करते हैं। विभिन्न प्रकार के ईंधन को जलाने पर उनके छोटे आयाम, वजन, कुशल होने चाहिए। इसके अलावा, सीएस को दहन उत्पादों (नाइट्रोजन ऑक्साइड, सल्फर ऑक्साइड) से हानिकारक उत्सर्जन का स्वीकार्य स्तर सुनिश्चित करना चाहिए। परिचालन विश्वसनीयता के दृष्टिकोण से सीएस पर विशेष आवश्यकताएं लगाई गईं, क्योंकि वे गंभीर तापमान की स्थिति में हैं।

इसके अलावा, दहन कक्षों में होना चाहिए:

· दहन की पूर्णता का उच्च गुणांक;

छोटे दबाव के नुकसान;

छोटे आयाम, यानी। उच्च गर्मी तनाव;

एक दिया गया तापमान क्षेत्र;

तेज और विश्वसनीय शुरुआत;

पर्याप्त रूप से बड़ा संसाधन;

स्थापना और निवारक रखरखाव में पर्याप्त आसानी।

दहन की दक्षता (या दहन कक्ष की दक्षता) को इस प्रकार परिभाषित किया गया है:

कहाँ पे Q1वास्तव में कक्ष की कार्यशील मात्रा में जारी ऊष्मा की मात्रा है; Q2गर्मी की कुल मात्रा है जो सैद्धांतिक रूप से ईंधन के पूर्ण दहन के दौरान जारी की जा सकती है।

दहन कक्ष में लौ, जो एक केंद्रीय ईंधन आपूर्ति के साथ मजबूर आंदोलन की स्थितियों में विकसित होती है, में तीन मुख्य क्षेत्र होते हैं: आंतरिक क्षेत्र I, मिश्रण निर्माण और दहन क्षेत्र II, और क्षेत्र III - बाहरी वायु क्षेत्र (चित्र। . 4.2.

जोन II में, 0 α ≥ । आंतरिक क्षेत्र α = 0 में कोई हवा नहीं है।

जोन 2 में मिश्रण का निर्माण और दहन होता है। इसे सशर्त रूप से दो में विभाजित किया गया है: आंतरिक - ए, और बाहरी - बी।

आंतरिक क्षेत्र दहनशील गैस और दहन उत्पादों के मिश्रण से भरा होता है, और बाहरी क्षेत्र दहन उत्पादों और वायु के मिश्रण से भरा होता है। ज़ोन के बीच की सीमा दहन लौ सामने है। इस अंतराल में α = 0 से α = तक के सभी क्षेत्र शामिल हैं। दहन मोर्चे की मोटाई में α= 1; जड़ से पूंछ क्षेत्र में जाने वाला ईंधन दहन उत्पादों से पतला होता है, और हवा दहन उत्पादों से संतृप्त होती है। यह इस तथ्य की ओर जाता है कि दहन क्षेत्र में ईंधन का कैलोरी मान कम हो जाता है, अर्थात। गर्मी की मात्रा घट जाती है

चावल। 4.2. लौ सामने।

दहन के मोर्चे के प्रति इकाई क्षेत्र में, दहन की स्थिति लौ के संभावित विलुप्त होने और बिना जले हुए ईंधन के हिस्से को हटाने तक खराब हो जाती है। यह ध्यान में रखा जाना चाहिए कि यह प्रक्रिया असीमित स्थान की विशेषता है। वास्तविक दहनकर्ताओं में, दहन की प्रकृति, इस तथ्य के कारण कि प्रवाह सीमित है, काफी हद तक दहनकर्ता के वायुगतिकीय गुणों द्वारा निर्धारित किया जाता है। इसके अलावा, दहन क्षेत्र में एक उच्च तापमान बनाए रखा जाता है, जिससे मिश्रण का दहन बहुत अधिक दरों पर होता है, इस मामले में दहन दर मुख्य रूप से मिश्रण के गठन की दर से निर्धारित होती है, क्योंकि रासायनिक अभिक्रियाओं की दर मिश्रण बनने की दर से कई गुना अधिक होगी। इस प्रक्रिया को प्रसार दहन कहा जाता है। मिश्रण की स्थिति को बदलकर इसे आसानी से नियंत्रित किया जाता है, जिसे बदले में संरचनात्मक उपायों द्वारा बदला जा सकता है - टर्ब्युलेटर के रूप में ब्लेड कुंडलाकार झंझरी का उपयोग आदि।

दहन कक्ष की मुख्य विशेषताओं में से एक थर्मल तनाव का मूल्य है, जो दहन कक्ष में जारी गर्मी की मात्रा का दहन दबाव पर इसकी मात्रा का अनुपात है।

जम्मू/एम 2 एमपीए (4.10)

कहाँ पे आर केएसदहन कक्ष, एमपीए में काम कर रहे तरल पदार्थ का दबाव है; वी- दहन कक्ष का आयतन, मी 3।

विशिष्ट ऊष्मा घनत्व के मूल्य के आधार पर, दहन कक्ष का आयतन निर्धारित किया जाता है।

ऑपरेटिंग मोड की पूरी श्रृंखला में स्थिर दहन बनाने के लिए, दहन प्रक्रिया को व्यवस्थित करना महत्वपूर्ण है, जो दहन लौ के सामने की सतह की विशेषता है और समीकरण से निर्धारित होता है:

कहाँ पे यू टी -लौ प्रसार की अशांत गति, इसे आमतौर पर सीमा (40 60 मीटर/सेकेंड) में लिया जाता है; एफ एफ -दहन लौ सामने; – मिश्रण के दहन की गर्मी; सेमी -मिश्रण घनत्व।

मिश्रण का शुद्ध ऊष्मीय मान समीकरण से निर्धारित होता है:

मिश्रण का घनत्व मेंडेलीव-क्लेपेरॉन समीकरण से निर्धारित होता है:

कहाँ पे टीसीसी दहन कक्ष में मिश्रण का तापमान है।

समीकरण के अनुसार लौ सामने:

सतत दहन संभव है एफ टीएफ≥ एफ एफ।

विषय 4. दहन के प्रकार।

विभिन्न संकेतों और विशेषताओं के अनुसार, दहन प्रक्रियाओं को निम्न प्रकारों में विभाजित किया जा सकता है:

दहनशील पदार्थ के एकत्रीकरण की स्थिति के अनुसार:

जलती हुई गैसें;

तरल पदार्थ और पिघलने वाले ठोस पदार्थों का दहन;

गैर-उपभोज्य ठोस धूल जैसे और कॉम्पैक्ट पदार्थों का दहन।

घटकों की चरण संरचना के अनुसार:

सजातीय दहन;

विषम दहन;

जलते हुए विस्फोटक।

दहनशील मिश्रण की तैयारी के अनुसार:

प्रसार दहन (आग);

काइनेटिक दहन (विस्फोट)।

लौ मोर्चे की गतिशीलता के अनुसार:

अचल;

गैर-स्थिर।

गैसों की गति की प्रकृति के अनुसार:

लामिना;

अशांत।

दहनशील पदार्थ के दहन की डिग्री के अनुसार:

अधूरा।

लौ प्रसार गति के अनुसार:

सामान्य;

अपस्फीति;

विस्फोट।

आइए इन प्रकारों पर करीब से नज़र डालें।

4.1. गैसीय, तरल और ठोस पदार्थों का दहन।

एक दहनशील पदार्थ के एकत्रीकरण की स्थिति के आधार पर, गैसों, तरल पदार्थों, धूल भरे और कॉम्पैक्ट ठोस पदार्थों के दहन को प्रतिष्ठित किया जाता है।

GOST 12.1.044-89 के अनुसार:

1. गैसें वे पदार्थ हैं जिनका महत्वपूर्ण तापमान 50 डिग्री सेल्सियस से कम है। टी करोड़ एक बंद बर्तन में पदार्थ के 1 मोल का न्यूनतम ताप तापमान है, जिस पर यह पूरी तरह से वाष्प में बदल जाता है (देखें 2.3)।

2. तरल पदार्थ ऐसे पदार्थ होते हैं जिनका गलनांक 50 ° C से कम होता है (देखें 2.5)।

3. ठोस पदार्थ ऐसे पदार्थ होते हैं जिनका गलनांक 50 0 C से अधिक होता है।

4. धूल कण ठोस होते हैं जिनका आकार 0.85 मिमी से कम होता है।

वह क्षेत्र जिसमें दहनशील मिश्रण में रासायनिक प्रतिक्रिया होती है, अर्थात। दहन को ज्वाला मोर्चा कहा जाता है।

उदाहरणों पर हवा में दहन प्रक्रियाओं पर विचार करें।

गैस बर्नर में गैसों का दहन। 3 ज्वाला क्षेत्र हैं (चित्र 12.):

चावल। 12. गैस दहन की योजना: 1 - पारदर्शी शंकु - यह गर्म होने वाली प्रारंभिक गैस है (स्व-प्रज्वलन तापमान तक); 2 - लौ के सामने का चमकदार क्षेत्र; 3 - दहन उत्पाद (वे गैसों के पूर्ण दहन के दौरान और विशेष रूप से हाइड्रोजन के दहन के दौरान लगभग अदृश्य होते हैं, जब कालिख नहीं बनती है)।

गैस मिश्रण में लौ के अग्रभाग की चौड़ाई एक मिलीमीटर के दसियों अंश होती है।

खुले बर्तन में द्रवों का दहन।एक खुले बर्तन में जलते समय, 4 क्षेत्र होते हैं (चित्र 13):

चावल। 13. तरल जलना: 1 - तरल; 2 - तरल वाष्प (अंधेरे क्षेत्र); 3 - लौ सामने; 4 - दहन उत्पाद (धुआं)।

इस मामले में लौ सामने की चौड़ाई अधिक है; प्रतिक्रिया अधिक धीमी गति से आगे बढ़ती है।

पिघलने वाले ठोस पदार्थों का दहन।एक मोमबत्ती जलाने पर विचार करें। इस मामले में, 6 क्षेत्र देखे गए हैं (चित्र 14):

चावल। 14. मोमबत्ती जलाना: 1 - कठोर मोम; 2 - पिघला हुआ (तरल) मोम; 3 - गहरे पारदर्शी वाष्प परत; 4 - लौ सामने; 5 - दहन उत्पाद (धुआं); 6 - बाती।

जलती हुई बाती दहन को स्थिर करने का काम करती है। तरल इसमें समा जाता है, इसके साथ उगता है, वाष्पित होता है और जलता है। लौ के सामने की चौड़ाई बढ़ जाती है, जिससे चमक क्षेत्र बढ़ जाता है, क्योंकि अधिक जटिल हाइड्रोकार्बन का उपयोग किया जाता है, जो वाष्पित, विघटित और फिर प्रतिक्रिया करता है।

गैर-उपभोज्य ठोस पदार्थों का दहन।हम माचिस और सिगरेट जलाने के उदाहरण का उपयोग करके इस प्रकार के दहन पर विचार करेंगे (चित्र 15 और 16)।

यहाँ भी 5 भूखंड हैं:

चावल। 15. माचिस जलाना: 1 - ताजी लकड़ी; 2 - जली हुई लकड़ी; 3 - गैसें (गैसीकृत या वाष्पित वाष्पशील पदार्थ) - यह एक गहरा पारदर्शी क्षेत्र है; 4 - लौ सामने; 5 - दहन के उत्पाद (धुआं)।

देखा जा सकता है कि माचिस की तीली का जला हुआ हिस्सा काफी पतला होता है और उसका रंग काला होता है। इसका मतलब है कि मैच का हिस्सा जल गया था, यानी। गैर-वाष्पशील भाग बना रहा, और वाष्पशील भाग वाष्पित होकर जल गया। कोयले की जलने की दर गैसों की तुलना में बहुत धीमी होती है, इसलिए इसके पास पूरी तरह से जलने का समय नहीं होता है।

चित्र.16. सिगरेट जलाना: 1 - प्रारंभिक तम्बाकू मिश्रण; 2 - बिना लौ के सामने सुलगने वाला क्षेत्र; 3 - धुआं, यानी। जले हुए कणों का उत्पाद; 4 - फेफड़ों में खींचा गया धुआं, जो मुख्य रूप से गैसीकृत उत्पाद है; 5 - फिल्टर पर संघनित राल।

किसी पदार्थ के ज्वलनशील तापीय-ऑक्सीडेटिव अपघटन को सुलगना कहते हैं। यह तब होता है जब दहन क्षेत्र में ऑक्सीजन का अपर्याप्त प्रसार होता है और बहुत कम मात्रा (1-2%) के साथ भी हो सकता है। धुआँ नीला है, काला नहीं। इसका मतलब यह है कि इसमें जले हुए पदार्थों के बजाय अधिक गैसीकृत पदार्थ होते हैं।

राख की सतह लगभग सफेद है। इसका मतलब है कि ऑक्सीजन की पर्याप्त आपूर्ति के साथ, पूर्ण दहन होता है। लेकिन ताजी परत के अंदर और जलती हुई परत की सीमा पर एक काला पदार्थ होता है। यह जले हुए कणों के अपूर्ण दहन को इंगित करता है। वैसे, वाष्पशील राल वाले पदार्थों के वाष्प फिल्टर पर संघनित होते हैं।

कोक के दहन के दौरान एक समान प्रकार का दहन देखा जाता है, अर्थात। कोयला, जिसमें से वाष्पशील पदार्थ (गैस, रेजिन) हटा दिए गए हैं, या ग्रेफाइट।

इस प्रकार, गैसों, तरल पदार्थों और अधिकांश ठोस पदार्थों की दहन प्रक्रिया गैसीय रूप में आगे बढ़ती है और एक लौ के साथ होती है। कुछ ठोस पदार्थ, जिनमें स्वतःस्फूर्त दहन की प्रवृत्ति भी शामिल है, सतह पर और सामग्री के अंदर सुलगने के रूप में जलते हैं।

धूल भरे पदार्थों का दहन।धूल की परत का दहन उसी तरह होता है जैसे कॉम्पैक्ट अवस्था में, हवा के साथ संपर्क सतह में वृद्धि के कारण ही दहन दर बढ़ जाती है।

वायु निलंबन (धूल के बादल) के रूप में धूल जैसे पदार्थों का दहन चिंगारी के रूप में आगे बढ़ सकता है, अर्थात। व्यक्तिगत कणों का दहन, वाष्पशील पदार्थों की कम सामग्री के मामले में जो एक एकल लौ मोर्चे के लिए वाष्पीकरण के दौरान पर्याप्त मात्रा में गैस बनाने में सक्षम नहीं हैं।

यदि पर्याप्त मात्रा में गैसीफाइड वाष्पशील पदार्थ बनते हैं, तो ज्वाला दहन होता है।

जलते हुए विस्फोटक।इस प्रकार में विस्फोटक और बारूद का दहन, तथाकथित संघनित पदार्थ शामिल हैं, जिसमें ईंधन और ऑक्सीडाइज़र पहले से ही रासायनिक या यंत्रवत् बंधे होते हैं। उदाहरण के लिए: ट्रिनिट्रोटोल्यूइन (टीएनटी) सी 7 एच 5 ओ 6 एन 3 × सी 7 एच 5 × 3NO 2, O 2 और NO 2 में ऑक्सीकरण एजेंट के रूप में काम करते हैं; बारूद की संरचना में - सल्फर, साल्टपीटर, कोयला; घर में बने विस्फोटक, एल्यूमीनियम पाउडर और अमोनियम नाइट्रेट के हिस्से के रूप में, एक बांधने की मशीन - सौर तेल।

4.2. सजातीय और विषम दहन।

उदाहरण के आधार पर, ईंधन और ऑक्सीडाइज़र के मिश्रण के एकत्रीकरण की स्थिति के आधार पर, अर्थात। मिश्रण में चरणों की संख्या से, वे भेद करते हैं:

1. सजातीय दहनगैसीय ऑक्सीकारक के वातावरण में ज्वलनशील पदार्थों की गैसें और वाष्प। इस प्रकार, दहन प्रतिक्रिया एक चरण (कुल अवस्था) से युक्त प्रणाली में आगे बढ़ती है।

2. विषम दहनगैसीय आक्सीकारक वातावरण में ठोस ज्वलनशील पदार्थ। इस मामले में, प्रतिक्रिया इंटरफ़ेस पर आगे बढ़ती है, जबकि सजातीय प्रतिक्रिया पूरे वॉल्यूम में आगे बढ़ती है।

यह धातुओं, ग्रेफाइट, यानी का दहन है। व्यावहारिक रूप से गैर-वाष्पशील सामग्री। कई गैस प्रतिक्रियाएं एक सजातीय-विषम प्रकृति की होती हैं, जब एक सजातीय प्रतिक्रिया होने की संभावना एक साथ विषम प्रतिक्रिया की उत्पत्ति के कारण होती है।

सभी तरल और कई ठोस पदार्थों का दहन, जिनसे वाष्प या गैसें (वाष्पशील पदार्थ) निकलती हैं, गैस चरण में आगे बढ़ती हैं। प्रतिक्रियाशील उत्पादों के लिए ठोस और तरल चरण जलाशयों की भूमिका निभाते हैं।

उदाहरण के लिए, कोयले के स्वतःस्फूर्त दहन की एक विषम प्रतिक्रिया वाष्पशील पदार्थों के दहन के एक सजातीय चरण में गुजरती है। कोक के अवशेष विषम रूप से जलते हैं।

4.3. प्रसार और गतिज दहन।

दहनशील मिश्रण की तैयारी की डिग्री के अनुसार, प्रसार और गतिज दहन को प्रतिष्ठित किया जाता है।

माना दहन के प्रकार (विस्फोटक को छोड़कर) विवर्तनिक दहन हैं। ज्वाला, अर्थात्। हवा के साथ ईंधन के मिश्रण का दहन क्षेत्र, स्थिरता सुनिश्चित करने के लिए, हवा में लगातार ईंधन और ऑक्सीजन से भरा होना चाहिए। दहनशील गैस का प्रवाह केवल दहन क्षेत्र में इसकी आपूर्ति की दर पर निर्भर करता है। एक दहनशील तरल के प्रवेश की दर उसके वाष्पीकरण की तीव्रता पर निर्भर करती है, अर्थात। तरल की सतह के ऊपर वाष्प के दबाव पर, और फलस्वरूप, तरल के तापमान पर। इग्निशन तापमानद्रव का वह न्यूनतम ताप कहा जाता है जिस पर इसकी सतह के ऊपर की ज्वाला बाहर नहीं जाती है।

ठोस का दहन गैसों के दहन से अपघटन और गैसीकरण के एक चरण की उपस्थिति से भिन्न होता है, इसके बाद वाष्पशील पायरोलिसिस उत्पादों का प्रज्वलन होता है।

पायरोलिसिस- यह बिना हवा के पहुंच के उच्च तापमान पर कार्बनिक पदार्थों का ताप है। इस मामले में, सरल यौगिकों में जटिल यौगिकों का अपघटन, या विभाजन होता है (कोयले का कोकिंग, तेल का टूटना, लकड़ी का सूखा आसवन)। इसलिए, दहन उत्पाद में एक ठोस दहनशील पदार्थ का दहन न केवल ज्वाला क्षेत्र में केंद्रित होता है, बल्कि इसमें एक बहु-चरण चरित्र होता है।

ठोस चरण के गर्म होने से गैसों का अपघटन और विकास होता है जो प्रज्वलित और जलती हैं। मशाल से निकलने वाली गर्मी ठोस चरण को गर्म करती है, जिससे इसका गैसीकरण होता है और प्रक्रिया दोहराई जाती है, इस प्रकार दहन का समर्थन करता है।

ठोस दहन मॉडल निम्नलिखित चरणों की उपस्थिति मानता है (चित्र 17):

चावल। 17. दहन मॉडल

ठोस।

ठोस चरण का ताप। पदार्थों को गलने के लिए इस क्षेत्र में गलनांक होता है। क्षेत्र की मोटाई पदार्थ के चालकता तापमान पर निर्भर करती है;

पायरोलिसिस, या ठोस चरण में प्रतिक्रिया क्षेत्र, जिसमें गैसीय दहनशील पदार्थ बनते हैं;

गैस चरण में पूर्व-लौ, जिसमें ऑक्सीकरण एजेंट के साथ मिश्रण बनता है;

गैस चरण में एक लौ, या प्रतिक्रिया क्षेत्र, जिसमें पायरोलिसिस उत्पादों का गैसीय दहन उत्पादों में रूपांतरण;

दहन उत्पाद।

दहन क्षेत्र में ऑक्सीजन की आपूर्ति की दर दहन उत्पाद के माध्यम से इसके प्रसार पर निर्भर करती है।

सामान्य तौर पर, चूंकि विचाराधीन दहन के प्रकार में दहन क्षेत्र में एक रासायनिक प्रतिक्रिया की दर प्रतिक्रियाशील घटकों के आगमन की दर और आणविक या गतिज प्रसार द्वारा लौ की सतह पर निर्भर करती है, इस प्रकार के दहन को कहा जाता है प्रसार.

प्रसार दहन की लौ संरचना में तीन क्षेत्र होते हैं (चित्र 18):

जोन 1 में गैसें या वाष्प शामिल हैं। इस क्षेत्र में कोई दहन नहीं है। तापमान 500 0 सी से अधिक नहीं होता है। अपघटन, वाष्पशील का पायरोलिसिस और स्व-प्रज्वलन तापमान को गर्म करना होता है।

चावल। 18. लौ की संरचना।

ज़ोन 2 में, वायुमंडलीय ऑक्सीजन के साथ वाष्प (गैसों) का मिश्रण बनता है और कार्बन (थोड़ा ऑक्सीजन) में आंशिक कमी के साथ CO में अधूरा दहन होता है:

सी एन एच एम + ओ 2 → सीओ + सीओ 2 + एच 2 ओ;

तीसरे बाहरी क्षेत्र में, दूसरे क्षेत्र के उत्पाद पूरी तरह से जल जाते हैं और अधिकतम लौ तापमान देखा जाता है:

2CO+O 2 \u003d 2CO 2;

लौ की ऊंचाई प्रसार गुणांक और गैसों की प्रवाह दर के समानुपाती होती है और गैस के घनत्व के व्युत्क्रमानुपाती होती है।

आग में सभी प्रकार के विसरण दहन अंतर्निहित हैं।

काइनेटिकदहन एक ऑक्सीकरण एजेंट के साथ पूर्व-मिश्रित दहनशील गैस, वाष्प या धूल का दहन है। इस मामले में, जलने की दर केवल दहनशील मिश्रण (तापीय चालकता, गर्मी क्षमता, अशांति, पदार्थों की एकाग्रता, दबाव, आदि) के भौतिक रासायनिक गुणों पर निर्भर करती है। इसलिए, जलने की दर तेजी से बढ़ जाती है। इस प्रकार का दहन विस्फोटों में निहित है।

इस मामले में, जब किसी बिंदु पर दहनशील मिश्रण को प्रज्वलित किया जाता है, तो ज्वाला सामने दहन उत्पादों से ताजा मिश्रण में चली जाती है। इस प्रकार, गतिज दहन के दौरान ज्वाला सबसे अधिक बार अस्थिर होती है (चित्र 19)।

चावल। 19. ज्वलनशील मिश्रण में ज्वाला प्रसार की योजना: - प्रज्वलन स्रोत; - लौ के सामने की गति की दिशा।

हालांकि, अगर ज्वलनशील गैस को हवा के साथ मिलाकर बर्नर में डाला जाता है, तो प्रज्वलन के दौरान एक स्थिर लौ बनती है, बशर्ते कि मिश्रण की आपूर्ति दर लौ प्रसार गति के बराबर हो।

यदि गैस की आपूर्ति दर बढ़ा दी जाती है, तो लौ बर्नर से अलग हो जाती है और बाहर निकल सकती है। और अगर गति कम हो जाती है, तो संभावित विस्फोट के साथ लौ को बर्नर के अंदर खींच लिया जाएगा।

दहन की डिग्री के अनुसार, अर्थात। अंत उत्पादों के लिए दहन प्रतिक्रिया की पूर्णता, दहन होता है पूर्ण और अपूर्ण.

तो जोन 2 (चित्र 18) में दहन अधूरा है, क्योंकि अपर्याप्त ऑक्सीजन की आपूर्ति की जाती है, जो आंशिक रूप से ज़ोन 3 में खपत होती है, और मध्यवर्ती उत्पाद बनते हैं। बाद वाला ज़ोन 3 में जलता है, जहाँ पूर्ण दहन तक अधिक ऑक्सीजन होती है। धुएं में कालिख की उपस्थिति अपूर्ण दहन का संकेत देती है।

एक अन्य उदाहरण: जब ऑक्सीजन की कमी होती है, कार्बन कार्बन मोनोऑक्साइड में जलता है:

यदि आप O जोड़ते हैं, तो प्रतिक्रिया अंत में जाती है:

2CO + O 2 \u003d 2CO 2।

जलने की दर गैसों की गति की प्रकृति पर निर्भर करती है। इसलिए, लामिना और अशांत दहन प्रतिष्ठित हैं।

तो, लामिना के दहन का एक उदाहरण स्थिर हवा में मोमबत्ती की लौ है। पर लामिना का दहनगैसों की परतें समानांतर में प्रवाहित होती हैं, लेकिन बिना घूमती हैं।

अशांत दहन- गैसों की भंवर गति, जिसमें जलती हुई गैसें सघन रूप से मिश्रित होती हैं, और लौ सामने से धुल जाती है। इन प्रकारों के बीच की सीमा रेनॉल्ड्स मानदंड है, जो जड़ता की ताकतों और प्रवाह में घर्षण की ताकतों के बीच संबंध को दर्शाती है:

कहाँ पे: तुम- गैस प्रवाह दर;

एन- गतिज चिपचिपाहट;

मैं- विशेषता रैखिक आकार।

रेनॉल्ड्स संख्या जिस पर एक लामिना की सीमा परत का एक अशांत एक में संक्रमण होता है, उसे महत्वपूर्ण Re cr, Re cr ~ 2320 कहा जाता है।

दहन उत्पादों से ताजा मिश्रण में अधिक तीव्र गर्मी हस्तांतरण के कारण अशांति दहन की दर को बढ़ाती है।

4.4. सामान्य दहन।

गतिज दहन के दौरान लौ के प्रसार की गति के आधार पर, या तो सामान्य दहन (कुछ मीटर / सेकंड के भीतर), या विस्फोटक अपस्फीति (दसियों मीटर / सेकंड), या विस्फोट (हजारों मीटर / सेकंड) को महसूस किया जा सकता है। इस प्रकार के दहन एक दूसरे में जा सकते हैं।

सामान्य दहन- यह दहन है, जिसमें बाहरी गड़बड़ी (अशांति या गैस के दबाव में परिवर्तन) की अनुपस्थिति में लौ का प्रसार होता है। यह केवल ज्वलनशील पदार्थ की प्रकृति पर निर्भर करता है, अर्थात। तापीय प्रभाव, तापीय चालकता और प्रसार के गुणांक। इसलिए, यह एक निश्चित संरचना के मिश्रण का भौतिक स्थिरांक है। इस मामले में, जलने की गति आमतौर पर 0.3-3.0 मीटर/सेकेंड होती है। सामान्य दहन नाम दिया गया है क्योंकि इसके प्रसार का वेग वेक्टर लौ के सामने लंबवत है।

4.5. अपस्फीति (विस्फोटक) दहन।

सामान्य दहन अस्थिर होता है और बंद स्थान में स्वयं-त्वरित हो जाता है। इसका कारण बर्तन की दीवारों के खिलाफ गैस के घर्षण और मिश्रण में दबाव में परिवर्तन के कारण लौ के सामने की वक्रता है।

एक पाइप में लौ के प्रसार की प्रक्रिया पर विचार करें (चित्र 20)।

चावल। 20. विस्फोटक दहन की घटना की योजना।

सबसे पहले, पाइप के खुले सिरे पर, लौ सामान्य गति से फैलती है, क्योंकि दहन उत्पाद स्वतंत्र रूप से विस्तारित होते हैं और बाहर आते हैं। मिश्रण का दबाव नहीं बदलता है। लौ के एक समान प्रसार की अवधि पाइप के व्यास, ईंधन के प्रकार और इसकी एकाग्रता पर निर्भर करती है।

जैसे ही लौ सामने पाइप के अंदर जाती है, प्रतिक्रिया उत्पादों, प्रारंभिक मिश्रण की तुलना में अधिक मात्रा में होने के कारण, बाहर जाने का समय नहीं होता है और उनका दबाव बढ़ जाता है। यह दबाव सभी दिशाओं में धकेलने लगता है, और इसलिए, लौ के सामने, प्रारंभिक मिश्रण लौ के प्रसार की दिशा में आगे बढ़ना शुरू कर देता है। दीवारों से सटे परतों का क्षय होता है। पाइप के केंद्र में लौ की गति सबसे अधिक होती है, और सबसे कम गति दीवारों के पास होती है (उनमें गर्मी हटाने के कारण)। इसलिए, लौ के सामने लौ प्रसार की दिशा में बढ़ाया जाता है, और इसकी सतह बढ़ जाती है। इसके अनुपात में, दहनशील मिश्रण की मात्रा प्रति इकाई समय में बढ़ जाती है, जिससे दबाव में वृद्धि होती है, और फिर, बदले में, गैस की गति आदि बढ़ जाती है। इस प्रकार, सैकड़ों मीटर प्रति सेकंड तक लौ के प्रसार की गति में हिमस्खलन जैसी वृद्धि होती है।

एक दहनशील गैस मिश्रण के माध्यम से लौ के प्रसार की प्रक्रिया, जिसमें प्रतिक्रिया उत्पादों की एक आसन्न परत से गर्मी चालन द्वारा हीटिंग के कारण एक स्व-त्वरित दहन प्रतिक्रिया का प्रसार होता है, कहलाती है दमक. आमतौर पर, अपस्फीति दहन की दर सबसोनिक होती है, अर्थात। 333 मी/से से कम।

4.6. विस्फोट दहन.

यदि हम परतों में एक दहनशील मिश्रण के दहन पर विचार करते हैं, तो दहन उत्पादों की मात्रा के थर्मल विस्तार के परिणामस्वरूप, हर बार लौ के सामने एक संपीड़न तरंग उत्पन्न होती है। प्रत्येक बाद की लहर, एक सघन माध्यम से चलती हुई, पिछले एक के साथ पकड़ लेती है और उस पर आरोपित हो जाती है। धीरे-धीरे, ये तरंगें एक शॉक वेव (चित्र 21) में विलीन हो जाती हैं।

चावल। 21. एक विस्फोट तरंग के गठन की योजना: R o< Р 1 < Р 2 < Р 3 < Р 4 < Р 5 < Р 6 < Р 7 ; 1-7 – нарастание давления в слоях с 1-го по 7-ой.

एक शॉक वेव में, रुद्धोष्म संपीड़न के परिणामस्वरूप, गैसों का घनत्व तुरंत बढ़ जाता है और तापमान आत्म-प्रज्वलन के T 0 तक बढ़ जाता है। नतीजतन, दहनशील मिश्रण एक सदमे की लहर से प्रज्वलित होता है और विस्फोट- शॉक वेव द्वारा प्रज्वलन द्वारा दहन का प्रसार। विस्फोट की लहर बाहर नहीं जाती, क्योंकि इसके पीछे चल रही लौ से शॉक वेव्स द्वारा संचालित।

विस्फोट की एक विशेषता यह है कि यह मिश्रण की प्रत्येक संरचना के लिए निर्धारित 1000-9000 मीटर/सेकेंड की सुपरसोनिक गति से होता है, इसलिए यह मिश्रण का भौतिक स्थिरांक है। यह केवल दहनशील मिश्रण के ऊष्मीय मान और दहन उत्पादों की ताप क्षमता पर निर्भर करता है।

एक बाधा के साथ एक सदमे की लहर के मिलने से एक परावर्तित शॉक वेव और इससे भी अधिक दबाव बनता है।

विस्फोट ज्वाला प्रसार का सबसे खतरनाक रूप है, क्योंकि। अधिकतम विस्फोट शक्ति (एन = ए / टी) और एक बड़ी गति है। व्यवहार में, विस्फोट को केवल पूर्व-विस्फोट खंड में "बेअसर" किया जा सकता है, अर्थात। प्रज्वलन के बिंदु से विस्फोट के दहन के बिंदु तक की दूरी पर। गैसों के लिए, इस खंड की लंबाई 1 से 10 मीटर तक है।

लौ के आकार में परिवर्तन दहन की प्रकृति को महत्वपूर्ण रूप से प्रभावित करता है, क्योंकि यह सामने की सतह में परिवर्तन के साथ जुड़ा हुआ है। लौ की सतह का आकार किसी दिए गए संरचना की प्रणाली की जलने की दर को निर्धारित करने वाला मुख्य कारक है। यह इस तथ्य से अनुसरण करता है कि लौ के सभी खंड, उनके आकार की परवाह किए बिना, समान हैं, बशर्ते कि लौ की वक्रता त्रिज्या उसके सामने की चौड़ाई से बहुत अधिक हो, अर्थात। सभी व्यावहारिक रूप से महत्वपूर्ण मामलों में। ज्वाला की सतह में वृद्धि के साथ, दहन प्रक्रिया तेज हो जाती है, प्रति इकाई समय में जलने वाले पदार्थ की कुल मात्रा बढ़ जाती है। लौ के आकार में परिवर्तन आमतौर पर दहन क्षेत्र के पास गैस की गति, इसकी अशांति से जुड़ा होता है; इस मामले में, लौ सामने कई छोटे केंद्रों में विभाजित है और इसकी कुल सतह बढ़ जाती है। इस सुविधा का उपयोग, उदाहरण के लिए, दहनशील गैस के कृत्रिम अशांति द्वारा दहन प्रक्रिया को तेज करने के लिए किया जाता है।

आइए विचार करें कि बाहरी बलों की अनुपस्थिति में एक स्थिर दहनशील माध्यम के माध्यम से प्रचारित होने पर लौ स्वचालित रूप से किस रूप को प्राप्त करती है - गड़बड़ी। चूंकि माध्यम सजातीय है, सभी दिशाएं समान हैं और उनके साथ लौ की गति समान है। इस मामले में, एक बिंदु स्रोत से फैलने वाली लौ के सामने लगातार बढ़ती त्रिज्या की गोलाकार सतह का आकार होगा। एक गोलाकार लौ के प्रसार के दौरान, गैस का विस्तार इस तथ्य की ओर ले जाता है कि मूल असंबद्ध माध्यम परिधि में धकेल दिया जाएगा। हालांकि, इस मामले में गैस में अशांति नहीं होती है, गैस और लौ दोनों की गति की गति सभी दिशाओं में समान होती है, लौ का आकार और निरंतर दबाव में - और इसकी गति अपरिवर्तित रहती है।

एक अविरल लौ के प्रसार का एक अन्य विशिष्ट तरीका तब उत्पन्न होता है जब एक दहनशील माध्यम को एक समान बिंदु पल्स द्वारा एक लंबे पाइप के खुले सिरे पर प्रज्वलित किया जाता है। परिणामी लौ शुरू में गोलाकार होगी जब तक कि यह पाइप की दीवारों को नहीं छूती (चित्र 1.1)।

चूंकि लौ का प्रसार दीवारों के पास रुक जाता है, लौ पाइप के क्रॉस सेक्शन द्वारा सीमित, गोलाकार खंड की बाहरी सतह का रूप ले लेती है। ज्वाला ज्वलन बिंदु से दूर जाती है और इसकी वक्रता की त्रिज्या बढ़ती है, यह अधिक से अधिक सपाट हो जाती है, जो पाइप के क्रॉस सेक्शन के साथ सीमा से मेल खाती है।

चावल। 1.1.

उपरोक्त विचारों ने यह स्थापित करना संभव बना दिया कि बाहरी गड़बड़ी की अनुपस्थिति में लौ के प्रसार के दौरान, लौ के दो रूप स्थिर होते हैं: असीमित स्थान (तीन-आयामी समस्या) के लिए गोलाकार और एक अनंत पाइप (एक-आयामी समस्या) के लिए फ्लैट। इन दो प्रकारों को किसी भी लौ के आकार से सीमा तक संपर्क किया जाएगा, चाहे वह शुरुआत में कुछ भी हो।

सामान्य दहन

दहन प्रक्रिया में गड़बड़ी की अनुपस्थिति में, लौ सामने अपने प्रसार की प्रक्रिया में जो आकार प्राप्त करती है, उसे निम्नलिखित विचारों के आधार पर निर्धारित किया जा सकता है। लौ की सतह के प्रत्येक बिंदु को एक स्वतंत्र प्रज्वलित नाड़ी के रूप में माना जा सकता है, जिसके चारों ओर एक नया प्राथमिक लौ मोर्चा बनाया जाता है। एक निश्चित कम समय के अंतराल के बाद, ऐसे प्राथमिक मोर्चों के सुपरपोजिशन के परिणामस्वरूप, एक नया कुल ज्वाला मोर्चा बनता है, जो प्रारंभिक मोर्चे के साथ उत्पन्न सभी प्राथमिक गोलाकार मोर्चों के लिफाफे के साथ मेल खाता है।

हम विचाराधीन लौ के क्षेत्र को समतल मानेंगे अब(चित्र 1.2); लौ के मनमाने आकार के लिए, इसके किसी भी पर्याप्त रूप से छोटे हिस्से को भी सपाट माना जा सकता है। निर्माण के वर्णित सिद्धांत के आवेदन से यह निष्कर्ष निकलता है कि लौ की नई स्थिति ए "बी"मूल के समानांतर होगा। इसी सिद्धांत को मनमाने आकार के लौ के सामने की गति के लिए विस्तारित करते हुए, हम इस निष्कर्ष पर पहुंचते हैं कि अबाधित लौ की गति सामने के प्रत्येक बिंदु पर सामान्य के साथ इसकी सतह पर होती है। इसलिए, ऐसे दहन को सामान्य (या अपस्फीति) कहा जाता है। किसी स्थिर ज्वलनशील माध्यम में ज्वाला के अभिलम्ब से उसकी सतह तक जाने की गति को लौ की सामान्य चाल कहते हैं। यूएन।

चावल। 1.2.

मूल्य यू n दहनशील माध्यम की मुख्य विशेषता है। यह न्यूनतम गति है जिस पर किसी दिए गए माध्यम से लौ फैल सकती है; यह लौ के सपाट आकार से मेल खाती है। मूल्य यू n, न केवल रैखिक, बल्कि वॉल्यूमेट्रिक जलने की दर को भी दर्शाता है, जो दहनशील माध्यम की मात्रा का निर्धारण करता है जो प्रति यूनिट लौ सतह प्रति यूनिट समय प्रतिक्रिया उत्पादों में बदल जाता है। तदनुसार, आयाम यू n को cm/s या cm3/(cm2-s) के रूप में व्यक्त किया जा सकता है।

मूल्य यू n, ज्वलनशील माध्यम की संरचना पर अत्यधिक निर्भर करता है। प्रतिक्रियाशील घटकों की रासायनिक बारीकियों के अलावा, ज्वाला वेग ईंधन और ऑक्सीडाइज़र की सामग्री के अनुपात और निष्क्रिय घटकों की एकाग्रता से काफी प्रभावित होता है। दहनशील माध्यम के प्रारंभिक तापमान और कुल दबाव में परिवर्तन का कमजोर प्रभाव पड़ता है। नीचे अधिकतम मान दिए गए हैं यूसामान्य परिस्थितियों में कुछ दहनशील मिश्रणों का n (m/s में):

• С2Н2 + O2 - 15.4;
• एच 2 + ओ 2; - तेरह;
• H2 + C12 - 2.2;
• CO + O2 + 3.3% H2O- 1.1;
• एच 2 + वायु - 2.7;
• CO + वायु + 2.5% H2O - 0.45;
• संतृप्त हाइड्रोकार्बन + वायु - 0.32–0.40।

दहन प्रक्रिया के दौरान हीटिंग के दौरान गैस का विस्तार इस तथ्य की ओर जाता है कि लौ के सामने हमेशा गैस की गति होती है, भले ही वह शुरू में स्थिर हो। निम्नलिखित विचार बताते हैं कि गर्मी कैसे प्रभावित करती है

एडियाबेटिक दहन के दौरान बाहरी गड़बड़ी से गैस का विस्तार और इसकी अशांति। जब एक लंबे खुले पाइप के अंदर गैस जलाई जाती है, तो पाइप के क्रॉस सेक्शन के साथ मेल खाने वाली एक फ्लैट लौ स्थिर होगी यदि दहनशील माध्यम को क्रॉस सेक्शन पर निरंतर वेग से पाइप में उड़ाया जाता है, के बराबर यूएन। दहन उत्पाद पाइप के दूसरे छोर से बहते हैं।

हम पी द्वारा गैस के घनत्व को निरूपित करते हैं, सूचकांक 0 प्रारंभिक दहनशील माध्यम की विशेषता वाले मान हैं, और सूचकांक बी- दहन के उत्पाद। चूंकि दहन के दौरान गैस फैलती है, प्रतिक्रिया उत्पादों की लौ छोड़ने की दर यूबी , > यूएन। लौ की सतह के प्रत्येक 1 सेमी2 के लिए, प्रवाह हर सेकंड लाता है यूएक दहनशील माध्यम का n cm3 जिसका द्रव्यमान है यूएन आरओ लौ के एक ही क्षेत्र से दूर जाने वाले प्रतिक्रिया उत्पादों की मात्रा Ub है, और द्रव्यमान Ubrb है। प्रारंभिक गैस और प्रतिक्रिया उत्पादों के द्रव्यमान बराबर हैं, जहां से यह निम्नानुसार है

उन्रो = उब्रब। (1*1)

समीकरण (1.1) दहन प्रक्रिया के लिए पदार्थ के संरक्षण के नियम को व्यक्त करता है।

हमने स्थापित किया है कि एक सपाट मोर्चे के साथ भी, लौ के अलग-अलग वेग हो सकते हैं: Un or यू b इस पर निर्भर करता है कि कौन सा माध्यम स्थिर है। जलती हुई गैस में वेगों का अनुपात अंजीर में दिखाए गए चित्र द्वारा दिखाया गया है। 1.3.

चावल। तेरह।

यू n सामान्य लौ गति है; यूबी लौ छोड़ने वाले प्रतिक्रिया उत्पादों की दर है; टी 0 प्रारंभिक माध्यम का प्रारंभिक तापमान है; टीबी प्रतिक्रिया उत्पादों का तापमान है; r0, rb प्रारंभिक गैस और प्रतिक्रिया उत्पादों के घनत्व हैं

जब स्थिति 1 लौ अभी भी है; पाइप में बहने वाला दहनशील माध्यम गति के साथ दाईं ओर चलता है यूएन ; एक ही दिशा में लेकिन गति से यूबी दहन के उत्पादों को स्थानांतरित करना। यदि दहनशील माध्यम स्थिर है (स्थिति 2), जो एक छोर पर बंद पाइप में दहन के दौरान होता है, तो लौ गति से चलती है यू n, और प्रतिक्रिया उत्पाद विपरीत दिशा में एक दर से प्रवाहित होते हैं यूबी- यूएन। एक स्थिति में 3 जब पाइप के बंद सिरे पर प्रज्वलित किया जाता है, तो दहन उत्पाद स्थिर होते हैं। लौ तेज गति से चल रही है यूख पाइप की दीवारों (और जली हुई गैस) के संबंध में; एक ही दिशा में गति से यूबी - उ n जलती हुई गैस चलती है, प्रतिक्रिया उत्पादों का विस्तार करके पाइप से विस्थापित हो जाती है। लौ की गति लेकिन दहन उत्पादों के संबंध में स्रोत गैस की तुलना में बहुत अधिक है - r0/rb के कारक द्वारा।

मूल्य जी = यूआर, जिसे मास बर्निंग रेट कहा जाता है, एक पदार्थ के द्रव्यमान को निर्धारित करता है जो प्रति यूनिट समय प्रति यूनिट लौ सतह पर जलता है। स्वाभाविक रूप से, यह प्रारंभिक और अंतिम दोनों माध्यमों के साथ-साथ सभी मध्यवर्ती क्षेत्रों में समान है।

आइए हम जलती हुई गैस (एक पाइप में) के प्रवाह में गतिहीन स्थित मनमानी आकार की लौ में दहन की स्थितियों पर विचार करें।

लौ उस स्थिति में स्थिर होती है जब जलती हुई गैस की मात्रा की भरपाई आने वाली मात्रा से होती है। अगर लौ की सतह है एफ,तो प्रति यूनिट समय में जलने वाली गैस की कुल मात्रा बराबर होती है यूटी एफ।समान आयतन वेग को दूसरे तरीके से परिभाषित किया जा सकता है: उत्पाद के रूप में डब्ल्यूएस,कहाँ पे डब्ल्यूऔसत (फ्लो क्रॉस सेक्शन के ऊपर) गैस का रैखिक वेग; एसप्रवाह का क्रॉस सेक्शन है। दोनों की समानता से महानता इस प्रकार है:

यह परिणाम एक स्थिर दहनशील माध्यम के लिए भी मान्य है, तब वू- इसके साथ घुमावदार लौ की गति की गति। यह गति लौ की सामान्य गति से कई गुना अधिक है, लौ की सतह प्रवाह के क्रॉस सेक्शन से कितनी गुना बड़ी है। जब एक सपाट लौ मुड़ी हुई होती है और उसकी सतह को बड़ा किया जाता है, तो लौ की गति उसी के अनुरूप बढ़ जाती है। समीकरण (1.2), आमतौर पर कहा जाता है क्षेत्र कानून, दहन प्रक्रिया की मूलभूत विशेषता को व्यक्त करता है: ज्वाला की सतह में वृद्धि के साथ, दहन तेज हो जाता है, और इस तरह की तीव्रता की सीमा केवल नीचे वर्णित गैस-गतिशील विशेषताओं के कारण होती है।

लौ की सतह की वक्रता जलती हुई गैस, सहज या मजबूर की अशांति का परिणाम है।

यदि जलती हुई गैस अत्यधिक अशांत है और ठंडे दहनशील माध्यम के छोटे प्राथमिक क्षेत्रों को बड़े पैमाने पर गर्म दहन उत्पादों के साथ मिलाया जाता है, तो लौ को अब दो मीडिया को अलग करने वाली सतह के रूप में नहीं माना जा सकता है। एक फैलाना अशांत क्षेत्र दिखाई देता है, जिसमें रासायनिक परिवर्तन की कुल दर भी अधिक होती है, जो कि अत्यधिक विकसित ज्वाला सतह के कारण होती है।

किसी दिए गए रचना के माध्यम के लिए ध्वजारोहण दहन के तरीके केवल इसकी सतह के विकास के विभिन्न डिग्री पर लौ प्रसार की गति में भिन्न होते हैं। अक्सर इस्तेमाल की जाने वाली शब्दावली की पारंपरिकता को स्पष्ट करने के लिए यह परिस्थिति आवश्यक है। लौ के प्रसार के संबंध में "विस्फोट" की अवधारणा को दस से एक सौ मीटर प्रति सेकंड के क्रम की लौ गति के साथ अत्यधिक अशांत माध्यम में काफी तेज दहन के रूप में अन्यथा नहीं वर्णित किया जा सकता है। "धीमा" दहन केवल लौ की सतह के विकास की डिग्री में "विस्फोट" से भिन्न होता है। वर्णित लोगों से मौलिक रूप से अप्रभेद्य अन्य प्रकार के ज्वाला प्रसार हैं, उदाहरण के लिए, "फ्लैश" और "पॉप" शब्दों की विशेषता है। केवल जब ज्वाला की गति दहनशील माध्यम में ध्वनि की गति के करीब हो जाती है, तो दहन प्रक्रिया एक नया, गुणात्मक रूप से विशेष चरित्र प्राप्त करती है।

एक सपाट या गोलाकार लौ को विकृत करने वाले विक्षोभ हमेशा उत्पन्न होते हैं, यहां तक ​​कि जबरन गैस गति की अनुपस्थिति में भी; वे गुरुत्वाकर्षण और घर्षण के कारण होते हैं। पहला दहनशील माध्यम और दहन उत्पादों के घनत्व में अंतर के कारण संवहन प्रवाह की उपस्थिति की ओर जाता है, दूसरा पाइप में जलने वाली गैस की गति और दीवारों द्वारा इसकी मंदी के दौरान प्रकट होता है। एक छोर पर खड़ी और खुली हुई लंबी ट्यूब में दहन की नियमितता पर गड़बड़ी के प्रभाव का पता लगाना सुविधाजनक है। यदि आप पाइप के निचले, खुले सिरे पर दहनशील माध्यम में आग लगाते हैं (चित्र 1.4, ए), तब संवहनी प्रवाह के विकास के लिए अनुकूल परिस्थितियां बनाई जाती हैं, क्योंकि असंबद्ध स्रोत गैस, जिसमें उच्च घनत्व होता है, प्रकाश दहन उत्पादों के ऊपर स्थित होता है। लौ पाइप की धुरी के साथ फैलती है। जब पाइप के ऊपरी, बंद सिरे पर प्रज्वलित किया जाता है (चित्र 1.4, बी), संवहन प्रवाह नहीं होता है, हालांकि, दहन क्षेत्र घर्षण बलों द्वारा गहन रूप से अशांत होता है। जलती हुई और फैलती हुई गैस पाइप से बाहर निकलती है। चिपचिपाहट के प्रभाव में एक दहनशील माध्यम की प्रवाह दर पाइप के क्रॉस सेक्शन के साथ बदलती है, यह धुरी के साथ अधिकतम और दीवारों के पास शून्य के बराबर होती है (चित्र 1.5)।

चावल। 1.4.

तदनुसार, लौ सामने मुड़ी हुई है। जब ऊपरी खुले सिरे पर प्रज्वलित किया जाता है, तो मोटे (चित्र। 1.4, में) दहन क्षेत्र की अशांति की संभावना न्यूनतम है: दहन उत्पाद जलती हुई गैस से ऊपर हैं, और ठंडी गैस गतिहीन है। हालाँकि, जैसे-जैसे लौ पाइप के किनारे से दूर जाती है, घर्षण बल बढ़ता है, और अशांति जलती हुई गैस में फैल जाती है।

यदि दहन गर्मी के नुकसान के साथ नहीं है, अर्थात। रुद्धोष्म रूप से आगे बढ़ता है, फिर दहनशील प्रणाली की रासायनिक ऊर्जा पूरी तरह से प्रतिक्रिया उत्पादों की तापीय ऊर्जा में परिवर्तित हो जाती है। चूंकि लौ का तापमान अधिक होता है, इसमें होने वाली प्रतिक्रियाओं की दर अधिक होती है और थर्मोडायनामिक संतुलन की स्थिति को जल्दी से स्थापित किया जा सकता है। रुद्धोष्म दहन के उत्पादों का तापमान लौ में प्रतिक्रिया दर पर निर्भर नहीं करता है, लेकिन केवल कुल तापीय प्रभाव और अंतिम उत्पादों की गर्मी क्षमता पर निर्भर करता है। इस तापमान को थर्मोडायनामिक दहन तापमान कहा जाता है। टीबी। मूल्य टी b दहनशील माध्यम की सबसे महत्वपूर्ण विशेषता है; सामान्य दहनशील मीडिया के लिए, इसका मान 1500-3000 K है। नीचे, हम विस्तार से विचार करते हैं कि किस हद तक धारणाएँ वास्तविकता के अनुरूप हैं और विस्फोट सुरक्षा की समस्याओं के लिए दहन के थर्मल शासन का क्या महत्व है। एक रुद्धोष्म प्रक्रिया और दहन उत्पादों की एक संतुलन स्थिति के साथ टीबी – अधिकतम तापमान लौ में पहुंच गया। संतुलन प्रतिक्रिया उत्पादों का वास्तविक तापमान कम होता है जब जलती हुई गैस से गर्मी का नुकसान होता है। गर्मी के नुकसान का मुद्दा, जैसा कि निम्नलिखित से देखा जाएगा, विस्फोट सुरक्षा सुनिश्चित करने की समस्याओं को हल करने के लिए निर्णायक महत्व का है। स्थिर लौ प्रसार के दौरान, ठंडे प्रारंभिक दहनशील माध्यम में चालन द्वारा तीव्र गर्मी हस्तांतरण होता है। हालांकि, यह प्रक्रिया दहन क्षेत्र से गर्मी के नुकसान से जुड़ी नहीं है। गैस की प्रत्येक जलती हुई परत से पड़ोसी तक गर्मी को हटाने, जिसने अभी तक प्रतिक्रिया नहीं की है, को पिछले चरण में उसी परत के बराबर गर्मी इनपुट द्वारा मुआवजा दिया जाता है, जब यह स्वयं ठंडा था। गैर-स्थिर, गैर-मुआवजा हीटिंग प्रारंभिक क्षण में होता है जब दहनशील माध्यम को प्रारंभिक पल्स द्वारा प्रज्वलित किया जाता है। हालांकि, ज्वाला ज्वलन बिंदु से दूर जाती है, गर्मी की यह अतिरिक्त मात्रा दहन उत्पादों की बढ़ती मात्रा के बीच वितरित की जाती है, और अतिरिक्त हीटिंग में इसकी भूमिका लगातार कम हो जाती है।

चावल। 1.5.

यह पूर्वगामी से निम्नानुसार है कि दहन के दौरान, गर्म गैस के विकिरण और एक ठोस सतह के साथ इसके संपर्क के परिणामस्वरूप गर्मी का नुकसान संभव है। विकिरण द्वारा गर्मी हटाने की भूमिका पर विचार किया जाएगा, लेकिन अभी के लिए हम यह मानेंगे कि इस तरह के नुकसान उस क्षेत्र के लिए नगण्य हैं, जिसका थर्मल शासन लौ के वेग को निर्धारित करता है। दहन उत्पादों के संचालन द्वारा शीतलन जब वे जहाजों और उपकरणों की दीवारों के संपर्क में आते हैं, तो बहुत तीव्रता से होता है, जो दीवारों और गैस के बीच बड़े तापमान अंतर के कारण होता है। इसलिए, सामान्य आकार के जहाजों में दहन के पूरा होने के बाद, उनमें दहन उत्पादों का महत्वपूर्ण शीतलन 1 एस से कम समय में पूरा हो जाता है।

दीवारों से जलती हुई गैस का ठंडा होना भी हमारी समस्याओं के लिए आवश्यक है। चूँकि दीवारों पर ऊष्मा का निष्कासन एक ज्वाला द्वारा स्पर्श किए जाने के बाद ही शुरू होता है, ऐसे नुकसान उस बर्तन के आकार और आकार पर अत्यधिक निर्भर होते हैं जिसमें प्रतिक्रिया होती है, और प्रज्वलन बिंदु की स्थिति। एक गोलाकार बर्तन में दहन और केंद्रीय प्रज्वलन के दौरान, चालन द्वारा गर्मी का नुकसान दहन पूरा होने के बाद ही होता है।

दहन तापमान दहन उत्पादों की तापीय ऊर्जा में एक दहनशील माध्यम की रासायनिक ऊर्जा के रुद्धोष्म संक्रमण के दौरान ऊर्जा के संरक्षण के नियम द्वारा निर्धारित किया जाता है। जाहिर है, दहनशील मिश्रण के घटक समान नहीं हैं। रासायनिक ऊर्जा का भंडार स्टोइकोमेट्रिक अनुपात में गायब घटक की सामग्री से निर्धारित होता है, जो प्रतिक्रिया में पूरी तरह से खपत होता है। अन्य घटक का हिस्सा, अतिरिक्त, बातचीत के दौरान अप्राप्य रहता है। यह अतिरिक्त घटक की प्रारंभिक सामग्री और लापता घटक को पूरी तरह से बांधने के लिए आवश्यक राशि के बीच के अंतर के बराबर है। यदि निष्क्रिय घटक की सामग्री प्रतिक्रिया में भाग नहीं लेने के कारण लापता घटक की सामग्री में वृद्धि हुई है, तो दहनशील मिश्रण की रासायनिक ऊर्जा का दाढ़ भंडार बढ़ जाएगा। अतिरिक्त घटक के लिए ऐसा प्रतिस्थापन रासायनिक ऊर्जा को अपरिवर्तित छोड़ देता है।

आइए हम लगभग समझाएं कि दहन के दौरान ऊर्जा संरक्षण के नियम को कैसे महसूस किया जाता है। दहनशील प्रणाली के रासायनिक ऊर्जा भंडार को π1Q के बराबर माना जाएगा), जहां π1 लापता घटक की एकाग्रता है; क्यूइसके दहन का ऊष्मीय प्रभाव है। प्रतिक्रिया की गर्मी मिश्रण के सभी घटकों को गर्म करने पर खर्च की जाती है: परिणामी प्रतिक्रिया उत्पाद, अतिरिक्त और निष्क्रिय घटक। यदि एक साथ मेंप्रारंभिक मिश्रण के 1 मोल से बनने वाले दहन उत्पादों की मात्रा की औसत गर्मी क्षमता है, तो भौतिक गर्मी के स्टॉक में वृद्धि के बराबर है साथ में(टीबी- टी 0), जहां टी 0 दहनशील माध्यम का प्रारंभिक तापमान है। रुद्धोष्म स्थिति के अनुसार

रुद्धोष्म दहन उत्पादों की स्थिति की सटीक गणना बहुत अधिक जटिल है।

रुद्धोष्म दहन में, दहन तापमान का मान अंतिम उत्पादों के घनत्व को निर्धारित करता है, और इसलिए लौ वेगों के बीच संबंध यूएन और यूबी। इस मामले में, यह ध्यान में रखा जाना चाहिए कि प्रतिक्रिया के परिणामस्वरूप प्रति इकाई द्रव्यमान में अणुओं की संख्या बदल गई है पीएक बार। आदर्श गैसों के नियमों के अनुसार

अर्थ पीदहन प्रक्रियाओं में ज्यादातर एकता के करीब है। इसलिए, जब एक स्टोइकोमेट्रिक मिश्रण 2CO + O2 (2CO2 का दहन) को परिवर्तित करते हैं पी= 2/3, CH4 + 2O2 के समान मिश्रण के लिए (CO2 + 2H2O का दहन) एन = 1 आदि गैर-स्टोइकोमेट्रिक संरचना और अक्रिय घटकों वाले मिश्रणों के दहन के दौरान, अणुओं की कुल संख्या (प्रतिक्रिया में भाग नहीं लेने वाले घटकों की सामग्री को ध्यान में रखते हुए) और भी कम बदलती है।

रुद्धोष्म दहन के दौरान, गैस का तापमान 5-10 गुना बढ़ जाता है। यदि दहन के दौरान दबाव स्थिर रहता है और गैस स्वतंत्र रूप से फैलती है, और एन = 1, तो इसका घनत्व समान मात्रा और समान अनुपात से बदल जाता है यूबी सामान्य लौ गति के लिए। यदि रुद्धोष्म दहन गैस के विस्तार के बिना बंद बर्तन में होता है, तो दबाव लगभग उसी सीमा तक बढ़ जाता है। यह वही है जो एक बंद बर्तन में तेजी से दहन के विनाशकारी प्रभाव को निर्धारित करता है।

"जलने" की अवधारणा को स्पष्ट रूप से तैयार नहीं किया जा सकता है। हम दहन को तीव्र गर्मी रिलीज और प्रकाश उत्सर्जन के साथ एक आत्म-त्वरित तीव्र रासायनिक परिवर्तन कहेंगे। तदनुसार, एक लौ (गर्म) एक गैसीय माध्यम है जिसमें एक तीव्र रासायनिक प्रतिक्रिया से ल्यूमिनेसेंस, गर्मी रिलीज और महत्वपूर्ण आत्म-हीटिंग होती है।

ऐसी परिभाषाएं सुविधाजनक हैं, लेकिन बिल्कुल स्पष्ट और सार्वभौमिक नहीं हैं। यह निर्दिष्ट करना मुश्किल है कि कौन सी प्रतिक्रिया इतनी तेज है कि इसे दहन माना जा सके। विस्फोट की अवधारणा इससे भी कम स्पष्ट है। भविष्य में, हम ठंडी लपटों के अस्तित्व से परिचित होंगे, जिसमें रासायनिक प्रतिक्रिया एक चमक के साथ होती है, लेकिन मध्यम गति से और ध्यान देने योग्य ताप के बिना आगे बढ़ती है।

डी एल फ्रैंक-कामेनेत्स्की के अनुसार, "दहन प्रणाली में गर्मी के संचय या प्रतिक्रिया उत्पादों को उत्प्रेरित करने से जुड़ी प्रगतिशील आत्म-त्वरण की स्थितियों के तहत एक रासायनिक प्रतिक्रिया का प्रवाह है।" यहां, प्रतिक्रिया के थर्मल और ऑटोकैटलिटिक विकास दोनों की घटनाओं को कवर करने की इच्छा स्पष्ट है। हालाँकि, ऐसा सामान्यीकरण इस तथ्य की ओर ले जाता है कि जिन घटनाओं को दहन प्रक्रियाओं के लिए जिम्मेदार नहीं ठहराया जा सकता है, वे इस परिभाषा के अंतर्गत आती हैं। इनमें गैस और तरल चरणों में ज्वलनशील प्रतिक्रियाएं शामिल हैं, सीमित आत्म-त्वरण के साथ, लेकिन एक थर्मल या मूल्यवान विस्फोट में नहीं बदलना, जब प्रतिक्रिया दर एक मध्यम अधिकतम तक पहुंच जाती है या एक अमानवीय दहनशील माध्यम के घटकों का छिड़काव होता है।

प्रतिक्रिया की पूर्णता की स्थिति से दहन प्रक्रियाओं को सीमित करना अस्वीकार्य होगा, क्योंकि कई बिना शर्त विस्फोटक प्रक्रियाओं में प्रतिक्रिया अधूरी रहती है।

दहन को परिभाषित करने में आने वाली कठिनाइयों को बी. लुईस और जी. एल्बे द्वारा पहचाना जाता है: "दहन, लौ और विस्फोट की अवधारणाएं, काफी लचीली, अभी भी कुछ हद तक मनमाने ढंग से उपयोग की जाती हैं"।

दहन के निर्धारण में जटिलताएं दहन के लिए विशिष्ट भौतिक-रासायनिक परिघटनाओं के परिसर में तेज सीमाओं की अनुपस्थिति को दर्शाती हैं। प्रतिक्रिया का स्व-त्वरण, स्व-हीटिंग, सक्रिय उत्पादों का संचय, विभिन्न तीव्रता और तरंग दैर्ध्य का विकिरण संबंधित और दहन की श्रेणी से संबंधित दोनों प्रक्रियाओं में मौजूद नहीं है; अंतर केवल मात्रात्मक है। इस कारण से, दहन की कोई भी परिभाषा गलत या अधूरी होगी।

विकसित विचार हमें यह मानने की अनुमति देते हैं कि प्रक्रिया को दहन के प्रकार के अनुसार आगे बढ़ने के लिए, केवल दो स्थितियों की आवश्यकता होती है: यह प्रतिक्रिया एक्ज़ोथिर्मिक होनी चाहिए और बढ़ते तापमान के साथ तेज होनी चाहिए। उत्तरार्द्ध अधिकांश रासायनिक प्रक्रियाओं की विशेषता है, इसलिए, ऐसा लगता है कि दहन मोड में कोई भी एक्ज़ोथिर्मिक प्रतिक्रिया विकसित हो सकती है। यह इस प्रकार है कि स्थिर दहन के अस्तित्व के लिए एक क्षैतिज ट्यूब में लौ के सामने के प्रसार से संबंधित एक और महत्वपूर्ण अतिरिक्त शर्त की पूर्ति की आवश्यकता होती है।

एक एक्सोथर्मिक प्रतिक्रिया के प्रवाह की कुछ विशेषताएं अलग-अलग होती हैं जब यह एक पाइप में बहती है। जब एक दहनशील माध्यम को खुले सिरे की तरफ से प्रज्वलित किया जाता है, तो लौ एक विशिष्ट आकार प्राप्त कर लेती है, जो आगे की ओर झुकाव के साथ लम्बी होती है (चित्र 1.6)।

चावल। 1.6.

1 - लौ संपर्क सीमा; 2 - लौ छवि की सामने की सीमा (सामने का चौराहा और समरूपता का तल); एम- अधिकतम गैस वेग का बिंदु

दीक्षा के बाद पथ के एक निश्चित भाग पर, दहन स्थिर गति से स्थिर होता है। जैसे-जैसे अनुपात बढ़ता है एच/डी,कहाँ पे एच- दहन उत्पादों के स्तंभ की ऊंचाई, सीमा में - पाइप की लंबाई; डी- पाइप का व्यास, दीवारों के खिलाफ गैस के घर्षण बल इतने बढ़ जाते हैं कि वे दहन क्षेत्र में प्रगतिशील गैस अशांति और क्षेत्र के कानून के अनुसार लौ के अस्थिर त्वरण का कारण बनते हैं।

एक क्षैतिज ट्यूब में लौ का झुका हुआ आकार प्रारंभिक माध्यम और दहन उत्पादों के घनत्व में बड़े अंतर के कारण होता है। फ्लेम फ्रंट इन दोनों मीडिया के बीच का इंटरफेस है। उनके घनत्व में अंतर के परिणामों की व्याख्या करने के लिए, हम निम्नलिखित सादृश्य का उपयोग करते हैं। एक क्षैतिज पाइप में (चित्र 1.7, ए) विभिन्न घनत्वों के दो अमिश्रणीय तरल पदार्थ हैं, जैसे पारा (दाएं) और पानी (बाएं), एक ऊर्ध्वाधर विभाजन द्वारा अलग किए गए। यदि विभाजन हटा दिया जाता है, तो घनत्व में अंतर तरल पदार्थों की गति का कारण बनता है: भारी पारा बाईं ओर और नीचे की ओर बहेगा, पानी पारा के ऊपर स्थित होगा, दाएं और ऊपर की ओर बढ़ रहा है। इंटरफ़ेस आगे की ओर झुका होगा, इसकी सतह लगातार बढ़ रही है (चित्र। 1.7, बी) गैस दहन के दौरान समान प्रवाह उत्पन्न होता है, हालांकि, एक भारी दहनशील माध्यम का प्रकाश प्रतिक्रिया उत्पादों में परिवर्तन लौ की सतह में असीमित वृद्धि को रोकता है, जिसका आकार और आकार स्थिर हो जाता है। दहन के उत्पादों की ओर लौ के सामने के ऊपरी हिस्से का विचलन घर्षण के प्रभाव में दीवार के पास गैस के मंदी के कारण होता है।

चावल। 1.7.

ए- पट को हटाने से पहले; बी- सेप्टम हटाने के बाद

एक स्थिर लौ का आकार (समान प्रसार के क्षेत्र में) सामान्य लौ वेग और सामने के संबंधित वर्गों में गैस के वेग के बीच के अनुपात से निर्धारित होता है। आइए इन संबंधों को मोर्चे के सबसे उन्नत बिंदु के लिए देखें एम(अंजीर देखें। 1.6), जहां लौ पाइप की धुरी के लिए सामान्य है, और इसलिए पूरे मोर्चे की गति की दिशा में है। पाइप अक्ष के साथ कुल लौ वेग यूच बिंदु पर एमगैस के सापेक्ष लौ की गति का योग भी है यू n और गैस का वेग घटक एक ही दिशा में है वूएम :

लौ के किसी भी छोटे ढलान वाले हिस्से के लिए अब(चित्र। 1.8), पाइप की धुरी के साथ एक कोण बनाते हुए, सामान्य के साथ गैस के माध्यम से लौ की गति अबगति के साथ यू n (स्थिति तक ए "बी") स्पष्ट रूप से पाइप की धुरी के साथ लौ तत्व की गति के साथ जुड़ा हुआ है यूएन / sinβ. पाइप की धुरी के साथ ज्वाला तत्व की गति की कुल गति बिंदु के समान है एम, इस दिशा में दहन दर का योग है और गैस प्रवाह वेग का घटक है डब्ल्यूचूंकि लौ का आकार स्थिर है, इसका अर्थ है कि इसके सभी तत्वों की गति समान है:

(1.6)

लौ के प्रत्येक बिंदु पर, इसका ढलान अक्ष के साथ गैस प्रवाह के वेग के घटक के स्थानीय मूल्य से निर्धारित होता है। जैसा यू n/sinβ > यूएन , वूएम > डब्ल्यू,बिंदु पर गैस का वेग अधिकतम होता है एम।मूल्य वूदीवारों के पास कम हो जाती है और यहां तक ​​​​कि नकारात्मक हो जाती है (जहां दहनशील माध्यम दहन उत्पादों की परत के नीचे "रिसाव" करता है)। ज्वाला क्षेत्र एबी,पाइप के निचले भाग में जाने को इग्निशन बिंदु पर उत्पन्न एक नए से बदल दिया जाता है एम।

चावल। 1.8.

साथ मेंपाइप का व्यास बढ़ने से जलती हुई गैस का संवहन बढ़ जाता है, जबकि लौ की कुल गति के वर्गमूल के अनुपात में लगभग बढ़ जाती है डी।जैसे-जैसे लौ की सामान्य गति बढ़ती है, वैसे-वैसे होती है यूच (कब डी= कास्ट), लेकिन से धीमी यूएन। एक निश्चित मूल्य पर यू n, तिरछी से गोलार्द्ध में लौ के आकार का एक तेज संक्रमण मनाया जाता है।

बन्सन बर्नर का उपयोग करते समय एक धारा में एक स्थिर दहन शासन का सामना करना पड़ता है। यह प्रतीत होने वाला सरल उपकरण एक ट्यूब है जिसके माध्यम से एक दहनशील माध्यम की लगातार आपूर्ति की जाती है। जब इसे प्रज्वलित किया जाता है, तो बर्नर के आउटलेट पर एक स्थिर लौ बनती है - एक बन्सन लौ, जिसका आकार शंक्वाकार के करीब होता है। बन्सन लौ की विशेषता वाली नियमितताओं को दहन के सिद्धांत के संस्थापकों में से एक, वी.ए. माइकलसन के कार्यों द्वारा स्थापित किया गया था।

विभिन्न प्रवाह दरों पर बन्सन लौ में स्थिर दहन संभव है। जब यह गति बदलती है, तो बन्सन शंकु का आकार उसी के अनुसार बदलता है, और इसके साथ, इसकी सतह, क्षेत्र के कानून के अनुसार। इस मामले में, शंकु का आधार अपरिवर्तित रहता है, लगभग बर्नर के आउटलेट अनुभाग के साथ मेल खाता है, और ऊंचाई तेज प्रवाह में बढ़ जाती है और धीमी गति से घट जाती है। स्थिर दहन, जिसमें लौ के आकार का ऐसा स्व-नियमन होता है, गैस प्रवाह दरों की एक विस्तृत श्रृंखला पर संभव है। केवल बहुत उच्च गैस वेग से ही लौ टूटती है, उसका क्षीणन होता है। यदि गैस का वेग पर्याप्त रूप से कम हो जाता है, तो औसतन के करीब यू n, लौ प्रवाह की ओर फैलती है, बर्नर के अंदर प्रवेश करती है - लौ की "सफलता" होती है।

चावल। 1.9.

एक बन्सन लौ में दहन वायुमंडलीय हवा के साथ अपूर्ण दहन के उत्पादों की माध्यमिक बातचीत से जटिल होता है यदि दहनशील मिश्रण में ईंधन की अधिकता होती है। इस मामले में, मुख्य, आंतरिक एक के अलावा लौ का एक द्वितीयक, तथाकथित बाहरी बन्सन शंकु बनता है। बाहरी शंकु के गठन को रोकने के लिए, बर्नर की लौ कभी-कभी एक अक्रिय गैस वातावरण से घिरी होती है।

एक बन्सन लौ के आकार को निर्धारित करने वाले पैटर्न को स्थिर लौ के एक फ्लैट (छोटे) खंड के व्यवहार पर विचार करके स्थापित किया जा सकता है। एल वीफ्लेयर्ड गैस के प्रवाह में (चित्र 1.9)।

यदि गैस स्थिर होती, तो लौ सामान्य के साथ चलती अबगति के साथ यू n, और प्रवाह के साथ - गति के साथ यू n/sin β, जहां β . के बीच का कोण है अबऔर पाइप अक्ष। यह जलने की दर घटक स्थानीय प्रवाह दर के बराबर है डब्ल्यू,क्योंकि लौ अभी भी है:

समीकरण (1.7), वी.ए. मिखेलसन द्वारा प्राप्त, समीकरण (1.6) का एक विशेष मामला है - एक स्थिर लौ के लिए ( यूएफ = 0); एक नकारात्मक गैस वेग इंगित करता है कि गैस और लौ वेग दिशाएं विपरीत हैं। समीकरण (1.7) लौ की सतह के प्रत्येक बिंदु के लिए कोण β का मान निर्धारित करता है, और इसलिए संपूर्ण लौ का स्थिर आकार। यदि बन्सन कोन के किसी भी बिंदु पर लौ के लिए सामान्य गैस प्रवाह वेग का घटक सामान्य लौ वेग से अधिक हो जाता है, तो गैस प्रवाह लौ के इस तत्व को बर्नर के मुंह से दूर ले जाएगा। इस मामले में, प्रवाह अक्ष के लिए लौ तत्व का झुकाव बढ़ जाता है (चूंकि शंकु का आधार तय होता है), और कोण β तब तक घट जाएगा जब तक प्रवाह वेग का घटक बराबर न हो जाए यूएन। विपरीत परिवर्तन तब होगा जब Wsin β< यूएन।

यदि प्रवाह के पूरे क्रॉस सेक्शन पर गैस का वेग स्थिर होता, तो लौ में वक्रता नहीं होती और बन्सन कोन सीधा होता। एक पाइप में एक लामिना गैस प्रवाह के साथ, क्रॉस सेक्शन पर वेगों का वितरण परवलयिक होता है, यह पॉइस्यूइल कानून द्वारा निर्धारित किया जाता है

(1.8)

कहाँ पे वू(आर) दूरी पर प्रवाह वेग है आरपाइप की धुरी से; आर 0 - पाइप त्रिज्या; वू 0 = वू(आर = 0) अधिकतम प्रवाह वेग है।

औसत प्रवाह दर डब्ल्यू,पाइप के प्रति यूनिट खंड में गैस प्रवाह दर के बराबर, हम औसत से गणना करते हैं:

(1.9)

वे। वूआधे के रूप में ज्यादा वू 0. इस मामले में, यह ध्यान में रखा जाना चाहिए कि गैस बर्नर छोड़ने के बाद, प्रवाह में वेगों का वितरण कुछ हद तक बदल जाएगा। Poiseuille कानून के अनुसार गैस वेग के वितरण के मामले में बराबर वूसभी बर्नर के लिए लौ शंकु ज्यामितीय रूप से समान होते हैं।

हम पहले ही देख चुके हैं कि दहनशील गैस प्रवाह दरों की एक विस्तृत श्रृंखला में बन्सन लौ का अस्तित्व शंकु के आधार की स्थिरता, बर्नर कटऑफ रिंग पर लौ के निर्धारण के कारण होता है। ऐसा स्थिरीकरण इस क्षेत्र में दहन की विशिष्टताओं के कारण होता है। अनुभव से पता चलता है कि लौ के आधार और बर्नर के कट के बीच एक छोटा सा अंतर है, पाइप के किनारे से एक निश्चित दूरी पर दहन शुरू होता है। यह इस तथ्य के कारण है कि सतह के पास दहन असंभव है, क्योंकि इस क्षेत्र में स्थिर गैस का तापमान बहुत कम है। उसी कारण से, लौ के लिए दीवारों के साथ पाइप में चमकना असंभव है, जहां गैस प्रवाह वेग कम है यूएन।

बर्नर के किनारे से एक निश्चित दूरी पर स्थिर रिंग के क्षेत्र में, दहन संभव हो जाता है, हालांकि, इस क्षेत्र में लौ की गति कम होती है। यूएन गर्मी के नुकसान के कारण। जैसे-जैसे हम बर्नर के किनारे से दूर जाते हैं और दीवार द्वारा प्रवाह की गति को रोकते हैं, वैसे-वैसे रिंग के साथ गैस का वेग भी बढ़ता है। आर = आर 0. एक निश्चित ऊंचाई पर इसकी तुलना लौ की गति से की जाती है।

इन बिंदुओं पर, लौ लगातार स्थिर होती है: बर्नर के किनारे के करीब, दहन असंभव है, अधिक दूरी पर, लौ की गति गैस की गति से अधिक होती है, और लौ बर्नर तक पहुंच जाएगी जब तक कि दोनों गति समान न हों। उसी तंत्र के अनुसार, ज्वाला को विभिन्न स्थिर बाधाओं के पास एक दहनशील माध्यम के प्रवाह में स्थिर किया जा सकता है, उदाहरण के लिए, बर्नर के ऊपर स्थित तार की अंगूठी के पास, या बर्नर के अंदर स्थित रॉड के अंत में। बाद के मामले में, तथाकथित उलटा बन्सन शंकु बनता है, उल्टा हो जाता है और एक निश्चित बिंदु पर स्थिर हो जाता है - इसके शीर्ष पर।

जैसा कि दहन के थर्मल शासन के विश्लेषण से पता चलता है, जब एक स्थिर लौ पाइप के अंदर होती है, तो गैस से दीवार तक गर्मी को हटा दिया जाता है, और ज्वाला एक उत्तलता द्वारा असंतुलित गैस की ओर निर्देशित होती है, अर्थात। एक मेनिस्कस का आकार है। गर्मी हटाने की उच्च तीव्रता पर, अर्थात। दीवार के पास, यह बिल्कुल मौजूद नहीं हो सकता है और इससे कुछ दूरी पर टूट जाता है, जैसे कि जब यह पाइप के बाहर, बर्नर के मुंह के ऊपर होता है। हम देखते हैं कि इस उपकरण की सादगी के बावजूद, बन्सन लौ में दहन एक बहुत ही जटिल प्रक्रिया है, जिसमें कई विशिष्ट विशेषताएं हैं।