Данные исследований [7, 9-20] по скорости реакций убыли или накопления компонентов реакционной смеси в пределах монофронта бунзеновских пламён C1 – С6 углеводородов для диапазона а = 0,8 – 2,7; Т0 = 293 – 480 К и Р = 0,1 МРа подвергнуты обработке по указанной выше процедуре нахождения Ко2, Кf КН20 или Кі в точках сечений Z1 и Z2. Максимальные отклонения от средней величины в материале указанных исследований по углероду не превышало 4-6 %, по кислороду 5-8 % и по водороду 5-7 %. Ниже (рис. 3-5) представлено распределение температуры и скорости потребления веществ в пламени гексана, демонстрирующее переход за точку бифуркации.
Рис. 3. Распределение температуры во фронте пламени гексана при различных Т0: 1 – Т0 = 480К; 2 – Т0 = 404К; 3 – Т0 = 344К
Рис.4. Распределение скоростиубыли гексана во фронте пламени а = 2,7 при различных Т0: 1 – Т0 = 344К; 2 – Т0 = 404К; 3 – Т0 = 480К.
Рис.5. Распределение скорости потребления кислорода в пламени гексана а = 2,7 при различных Тд: 1 – Т0 = 344К; 2 – Т0 = 404К; 3 – Т0 = 480К.
Данные по С1– С6 пламенам сведены в таблицы 1 и 2.
Таблица 1
Значения 7К01 (Z1) и 7К01 (Z2) и фактора стадийности S при различных Т0 и а по формуле (3).
Таблица 2
Значения фактора стадийности 8 монофронта пламен метана, пентана и гексана, вычисленных по формулам (2) – (4) по компонентам реакционной смеси
Из представленных результатов следует, что различные пламена с равным S-фактором идентичны при одинаковых Т0. Возрастание Т0 сдвигает максимумы так же, как введение в смесь небольшого количества ингибитора, тетрафтордибромэтана или диэтиламина, которые представляют собой индикаторы зоны А. Величина Т0 также оказывает наибольшее влияние только на скорость процессов в зоне А, сдвигая его максимум в зону Т и создавая ОТК (рис. 1, 2). Кривые АКсо2 (рис. 1) практически не подвержены ОТК и влиянию Т0 в зоне А как и кривые для этилена, пропилена и ацетилена (рис. 6).
Рис.6. Распределение скорости образования ацетилена, этилена и метана во фронте пламени Н-пентана а = 1,7 при различных Т6.
В зоне преобладания механизма А протекает лишь частичное окисление топлива, в результате которого нет конечных продуктов характерных для Т-механизма в роде СО2 и непредельных углеводородов. Явление ОТК более контрастно наблюдается в пламенах смесей с ростом С0 и Т0. На рис. 10-12 представлены кривые потребления топлива а = 2,7 и кислорода при Т0 = 340 К; 404 К и 480 К в бифронте гексана, где отражена последовательность влияния Т Последовательность проявления ОТК на кривых АКо2 видна лишь со второй ступени изменения температуры, наблюдаемое отклонение хода скорости указывает на то, что избранная нами температурная граница для точки Ъ не достаточна для условий бифронта.
Заключение
На основе анализа общих свойств и различий в процессах самораспространения и распространения пламени показано, что фронт пламени разделен на две зоны, в пределах которых преобладает блок реакций: 1) Низкотемпературного автокатализа (зона А) и 2) Температурного автокатализа (зона Т). Взаимодействие А – Т механизмов в пределах переменных С0, Т0 и Р обуславливает степени стадийности фронта пламени.
Из представленного материала следует, что возникновение механизма формирования раздвоения монофронта обусловлено неединственностью механизма конверсии топлива, или ее следствием – степенью стадийности 8 при С0 = а >1. На этапе С0 = а < 1 устанавливается ведущая роль отрицательных е, т.е. зоны Т обусловлены диффузией атомов водорода от Т к А. При е > 0 скорость разветвления цепи в зоне А преобладает над скоростью поставок активных центров из зоны Т в виде диффузионного потока.
В подтверждение развиваемого А-т представления механизма бифуркации показано, что в зоне А концентрация продуктов Т-превращения пренебрежимо мала. Однако, их наличие в небольшом количестве все же указывает на ограниченность применения формул (2) – (4) в области С0 = а < 1.
Распределение в монофронте активных частиц и скорости тепловыделения, а так же анализ механизма формирования разрыва представлено в сообщении 2.
Список литературы
1. Семенов Н.Н. О некоторых проблемах химической кинетики и реакционной способности. – М.: Академиздат, 1958.
2. семенов н.н. Цепные реакции. – М.: наука, 1986.
3. зельдович Я.Б., Баренблатт Г И., либрович в.в. Махвиладзе Г.М. Математическая теория горения. – М.: Наука, 1980.
4. Соколик А.С. Самовоспламенение, пламя и детонация в газах. –М.: Академиздат, 1960.
5. Lewis B., Von Elbe. // Combustion, Flames and Explosions of Gases (Third Edition) Acad. Press. – 1987. – P. 739.
6. Штерн В.Я. Механизм окисления углеводородов в газовой фазе. –М.: Изд.АН СССР, 1960.
7. Ксандопуло Г.И. Химия пламени. – М.: Химия, 1980.
8. Ксандопуло Г.И., Колесников Б.Я., Однорог Д.С. // ДАН СССР. – 1974. – Т 216. – № 5. – С. 1098-1101.
9. Ксандопуло Г.И., Дубинин В.В. Химия газофазного горения. – М.: Химия 1987.
10. Коннов А.А., Дьяков И.В., Ксандопуло Г.И. // Химическая физика. – 1993. – Т 12. – № 11. – С. 1488-1492.
11. Ксандопуло Г.И., Колесников Б.Я., Однорог Д.С. // ФГВ. -1974. –Т 10. – № 6. – С. 841-847.
12. Ксандопуло Г.И., Колесников Б.Я., Дубинин В.В., Однорог Д.С. // ФГВ. 1977. – Т. 13, № 4. – С. 641-644.
13. Ксандопуло Г.И., Копылова Л.И. // ФГВ. 2004. – Т 40. – № 5. – с. 42-52.
14. Ксандопуло Г.И., Копылова Л.И. // Горение и плазмохимия. 2005. – Т 3. – № 2. – С. 91-105.
15. Ксандопуло Г.И., Сагиндыков А.А., Кудайбергенов С.Е., Мансуров З.А. // ФГВ. 1975. – Т 11. – № 6. – С. 838-843.
16. Ксандопуло Г.И. // Горение и плазмохимия. – 2003. – Т.1. – № 4. – С. 279-291.
17. Ksandopulo G.I., Kopylova L.I. // Combust, Explosion and Shock waves vol. – 2004. – № 5. – Р. 535-544.
18. Божеева Г.М. Диссертация. Структура фронта ламинарных пламён Н-пентана. Канд.хим. наук. – Алма-Ата.: КазГУ, 1989.
19. Bozheeva G.M., Manzhos V.K., Ksandopulo G.I. // 22-th Sympos (internati) on Combustion and Flame. Pitsburg, 1988. – P. 316.
20. Копылова Л.И. Структура фронта пламени метана: диссертация. Канд. Хим. Наук. – Алма-Ата.: КазГу, 1994.
21. Agnew W.G., Agnew I.T. // 10-th. Sympos (internati) on Combustion and Flame. – 1965. – P. 123-138.
22. Furutani M., Ohta Y., Nose M. // Eurasian Chem-Tech Journal. 2001. № 3. – P. 157-163.
23. БуневВ.А., Бабкин В.С. // ФГВ. – 2006. – Т. 42. – № 5. – С. 14-18.
24. Foresti R.J. // 5-th Sympos (internati) on Combustion, Comb. Just., (Reinhold Publ.), corporation. – New-York, 1955. – P. 582-587.
25. Бабкин В.С., Бунев В.А. // Горение и плазмохимия. – 2007. – Т.5. № 1-2. – С. 67-77.
26. Басевич В.Я., Веденеев В.И., Арутюнов В.С. // Химическая физика. – 2000. – Т. 19. – № 11. – С. 94-97.
27. Басевич В.Я., Веденеев В.И., Арутюнов В.С. // Химическая физика. – 2004. – Т. 23. – № 1. – С. 50-53.
28. Басевич В.Я., Веденеев В.И., Арутюнов В.С. // Химическая физика. – 2005. – Т. 24. – № 2. – С. 77-81.
29. Chevalier. C., Pitz W.I., Warnatz I., Westbrook C.K., Meerk H. // 24-th Sympos (internati) on Combustion and Flame, 1992. – P. 93-101.
30. Bozzelli J.W/ and Pitz W.I. // 25-th. Sympos (internati) on Combustion and Flame, 1994. – P. 783-793.
31. Fesher E.M., Pitz W.J., Currant H.E., Westbrook C.K. // 28-th Sympos (internati) on Combustion and Flame, 2000. I. – P. 1579-1586.
32. Cour M.R., Minetti R., Soshet L.R., Currant J., Pitz W.J. and Westbrook C.K. // 28-th Sympos (internati) on Combustion and Flame, 2000. II. – P. 1671-1678.
33. Дубинин В.В. Структура и энергетика низкотемпературной зоны фронта углеводородных пламён: диссертация канд. Хим. Наук. – Алма-Ата.: КазГУ, 1976.
34. Ксандопуло Г.И. // Горение и плазмохимия. – 2007. – Т. 5. – № 1-2. – С. 7-17.
35. Ксандопуло Г.И. // XIV Симпозиум по горению и взрыву. Черноголовка, 2008. – 104 с.
36. Николис Г., Пригожин И. Самоорганизация в неравновесных системах от диссипативных структур к упорядоченности через флуктуацию. – М.: Мир, 1979.
Г.И. КСАНДОПУЛО
СТАДИЙНОСТЬ, ОТК СКОРОСТИ РЕАКЦИИ И БИФУРКАЦИЯ В ПРЕДЕЛАХ МОНОФРОНТА ПЛАМЕНИ
Институт проблем горения, г. Алматы, Казахстан (Сообщение 2)
Продолжено обсуждение постулата о конкурирующем взаимодействии механизмов: 1) Низкотемпературного автокатализа – А и 2) Теплового автоускорения реакций конверсии топлива смеси в пределах фронта пламен со свойством стадийности. На примере формы распределения Н-атомов, диффундирующих против потока свежей газовой смеси, показано, что на всех экспериментальных кривых имеется расположенная в зоне А точка излома, участок продолжения и далее крутой спад. Этот факт не монотонного изменения функции рассмотрен как доказательство наличия актов разветвления, воспроизводящих н-атомы и этим нарушающих экспоненциальный спад концентрации н-атомов в удаленных от зоны Т точках фронта. Сделанное заключение подкреплено также материалом по изучению формы распределения скорости объемного тепловыделения на протяжении всей ширины фронта, составляющей для пламен смесей а = 1÷1,7 не более 1,0-1,5 мм.