Каков механизм протекания реакции горения углеводородных топлив? Разветвленная и неразветвленная цепная реакция.

В основе процесса горения лежат химические реакции окисления, т.е. соединения горючих веществ топлива с окислителем. Горение это физико-химический процесс, в котором превращение исходных веществ в конечные продукты реакции сопровождается интенсивным выделением теплоты.

Изучение механизма реакции показало, что в большинстве случаев конечные продукты реакции получаются не в результате прямого взаимодействия молекулами исходных реагирующих веществ а через образование промежуточных продуктов. Такие реакции называются цепными

Окисление и горение углеводородов происходит по типу цепной реакции, причем чем сложнее молекула тем более длинной оказывается цепь реакций.

Зарождение первичного центра происходит из исходных веществ при столкновении их активных молекул, либо под воздействием внешних факторов (свет, местный нагрев, ионизирующее излучение и пр.)

При сжигании гомогенной смеси, предварительно доведенной до температуры воспламенения, смесь горит во всем объеме одновременно. При воспламенении же от постороннего источника неподвижной холодной смеси в начальный момент загорается и сгорает небольшое количество смеси. За счет выделившейся теплоты прогревается и воспламеняется соседний слой смеси, который обеспечивает зажигание нового слоя. Горение при этом происходит в тонком слое, так называемом фронте пламени, который в каждый момент времени отделяет еще не сгоревшую смесь от продуктов сгорания. Фронт пламени перемещается пока не сгорит вся смесь.

Различают два вида цепных реакций – разветвленные и неразветвленные.

Неразветвленными называют цепные реакции, в которых активная частица при реакции с какой-либо молекулой воссоздает лишь одну активную частицу.

Разветвленными называют реакции, в которых при взаимодействии активной частицы с какой либо молекулой появляются две или более активные частицы (например, горение водорода).

Что понимают под самовоспламенением? Дайте определение температуры самовоспламенения. Сформулируйте понятие воспламенения и дайте определение температуры воспламенения. Дайте определение концентрационных пределов зажигания.

Самовоспламенение, процесс, при котором реагирующая смесь, нагретая до определенной температуры t_c, самостоятельно саморазогревается и затем воспламеняется во всем объеме без участия внешнего источника зажигания.

Если температура стенок высока настолько, что скорость тепловыделения превышает скорость теплоотвода, то будет происходить непрерывный саморазогрев смеси, т.е. наступает самовоспламенение (взрыв).

Температура горючей смеси t_c,, выше которой возможно самоускорение реакции, называется температурой самовоспламенения.

Минимальная температура стенок камеры реагирования t_B, начиная с которой в реагирующей смеси данного состава наступает самовоспламенение, называют температурой воспламенения.

Таким образом, t_c, выше t_Bю. Их разность составляет в среднем 40…80 К и представляет собой саморазогрев смеси, предшествующий самовоспламенению. В период саморазогрева в системе происходит накопление теплоты и активных центров, приводящее к взрывному развитию реакции при достижении температуры t_с. Время предварительного саморазогрева системы называется периодом индукции или задержкой воспламенения.

Самовоспламенение характеризуется концентрационными пределами зажигания:

Пределы определяют нижнюю – предельно бедную и верхнюю – предельно богатую – объемные концентрации горючих газов в смеси, при которых возможно распространение пламени по всему объему смеси при возникновении воспламенения.