Пределы воспламенения

При разбавлении смеси уменьшается нормальная скорость распространения пламени U_n, что приводит к прогрессирующему увеличению теплопотерь из пламени и прекращению горения. Опытные кривые U_n=f(состава) обрываются на конкретных величинах U_n, что говорит о граничных скоростях распространения пламени.

Существуют нижний и верхний пределы распространения пламени. Если смесь лежит вне концентрационных пределов воспламенения, то пламя в ней не будет распространяться.

Тепловой поток излучением из фронта пламени, распространяющегося в трубке радиусом R, пропорционален толщине фронта пламени δ

.

Здесь δ – толщина фронта пламени,

ε – приведенная степень черноты,

σ₀ - постоянная Стефана-Больцмана.

Максимальная температура горения и соответственно скорость нормального распространения пламени достигаются в стехиометрической смеси. При увеличении (уменьшении) коэффициента избытка воздуха α температура горения падает, уменьшается скорость пламени и возрастает толщина фронта горения. Это приводит к увеличению теплопотерь из пламени. Теплопотери превысят тепловыделения во фронте пламени, что приведет к погасанию пламени.

Концентрационные пределы распространения пламени не являются постоянными: они сужаются при разбавлении смеси инертным газом, и расширяются при предварительном подогреве смеси (рис. 3.7).

Концентрационные пределыраспространения пламени при атмосферном давлении в отсутствии предварительного подогрева имеют следующие значения:

- Н₂ + воздух - 4…74,2%;

- СО + воздух - 12,5…74,2 %;

- СН₄ + воздух - 5…15 %.

Рисунок 3.7 - Концентрационные границы зажигания

для различных газов в смеси с воздухом

Со скоростью нормального распространения пламени связано также явление погасания пламени. Опыт показывает, что одна и та же смесь горит в широких трубках, но не горит в трубах малого диаметра. При уменьшении диаметра трубки увеличиваются относительные теплопотери, которые снижают температуру горения и, следовательно, скорость распространения пламени.

С уменьшением нормальной скорости распространения пламени U_n увеличивается толщина пламени и теплопотери, что приводит к еще большему уменьшению температуры, а затем и к погасанию пламени. Инженерное использование данного явления – огнепреградители, т.е. сужение диаметра газоподводящих каналов.