Способы сжигания топлива
1.Тепловой поток и его плотность
Если температура (тепловой поток) с течением времени не претерпевает никаких изменений, то говорят о «стационарном тепловом состоянии». Если же температура изменяется со временем, то такой процесс называется нестационарным.
Различают полный и удельный тепловые потоки. Полный тепловой поток Q обычно относится к единице времени и измеряется в ваттах (Вт). Тепловой поток, отнесенный к единице поверхности, называется плотностью теплового потока q (Вт/м2).
Таким образом, если F теплопередающая поверхность (м2), то
Q = qF.
Иногда Q обозначает полное количество переданного тепла и выражается в джоулях (Дж) и тогда
Q = q 
F,
где — время, с.
2.Способы сжигания топлива
Горением называется процесс взаимодействия топлива с окислителем, сопровождающийся выделением тепла, а иногда и света. Роль окислителя в большинстве случаев выполняет кислород воздуха. Всякое горение предполагает прежде всего тесный контакт между молекулами топлива и окислителя. Чтобы происходило горение, необходимо обеспечить этот контакт, т. е. необходимо смешать топливо с воздухом. Следовательно, процесс горения складывается из двух стадий: смешение топлива с воздухом и воспламенение и горение топлива.
В процессе горения образуется пламя, в котором протекает реакция горения составляющих топлива и выделяется тепло.
В технике при сжигании газообразного, жидкого и твердого пылевидного топлив применяют факельный метод сжигания.
Факел — это частный случай пламени, когда топливо и воздух поступают в рабочее пространство печи в виде струй, которые постепенно перемешиваются друг с другом. Поэтому форма и длина факела обычно определенные.
При факельном, наиболее распространенном в металлургии и машиностроении сжигании топлива аэродинамическую основу процесса составляют струйные течения.
На практике при создании устройств для сжигания топлива (горелок, форсунок) применяют различные конструктивные приемы (направляют струи под углом друг к другу, создают закручивание струй и др.) с тем, чтобы организовать смешение так, как это необходимо для конкретного случая сжигания топлива.
Различают гомогенное и гетерогенное горения. При гомогенном горении тепло- и массообмен происходят между телами, находящимися в одинаковом агрегатном состоянии. Гомогенное горение протекает в объеме топлива и свойственно газообразному топливу.
При гетерогенном горении тепло- и массообмен проис ходят между телами, находящимися в разных агрегатных состояниях (в состоянии обмена находятся газ и поверхность частиц топлива). Такое горение свойственно жидкому и твердому топливам.
Гомогенное горение может протекать в кинетической и диффузионной областях.
При кинетическом горении полное перемешивание топлива с воздухом осуществляют предварительно и в зону горения подают заранее подготовленную топливо-воздушную смесь. В этом случае основную роль играют химические процессы, связанным с протеканием реакций окисления топлива. При диффузионном гомогенном горении процессы смешения и горения не разделены и совершаются практически одновременно. В этом случае процесс горения определяется перемешиванием, так как время смешения больше времени, необходимого для протекания химической реакции.
При гетерогенном горении твердого топлива также различают кинетическую и диффузионную области реагирования. Кинетическая область возникает в том случае, когда скорость диффузии в порах топлива значительно превосходит скорость химической реакции; диффузионная область возникает при обратном соотношении скоростей диффузии и горения.
Процесс горения любого топлива разделяется на две стадии воспламенение и непосредственное горение.
Процесс воспламенения характеризует собой предварительный период, когда в результате медленного окисленя в системе происходит накопление тепла с соответствующим постепенным повышением температуры. При достижении определенной температуры, называемой температурой воспламенения, реакции окисления резко ускоряются и процесс переходит непосредственно в горение.
Температура воспламенения зависит от природы топлива и соответствует практически той наинизшей температуре, при которой начинается интенсивное горение.
Ниже приведены температуры воспламенения в воздухе различных топлив, К:
Водород .... 803 Доменный газ . . 803
Оксид углерода . 883 Нефть 633
Метан 918
Коксовый газ . . 773 Бурые угли 723
Генераторный газ 803 Кокс. 873—973
Чтобы установить пределы воспламенения промышленных газов, являющихся смесью различных горючих компонентов, пользуются правилом аддитивности.
Воспламенение вне концентрационных пределов отсутствует, потому что выделение тепла вне пределов воспламенения невелико и не может компенсировать возникающие тепловые потери.
Контрольные вопросы
1. Дайте определение предмета “Теплотехника”?
2. Назовите ученых-пионеров в решении важнейших проблем теплотехники?
3. Что называется полем температур или температурным полем?
4. Что называется плотностью теплового потока? Назовите единицы измерений?
5. Охарактеризуйте изотермические поверхности?
6. Дайте определение понятию градиент температуры
7. Дайте определение понятию изотерма
8. Дайте определение процессу горения?
9. Дайте определение факелу?
10. Что такое гомогенное горение?
11. Что такое гетерогенное горение?
12. Дайте определение теплоты сгорания топлива?
13. Назовите единицы измерения теплоты сгорания топлива?
14. Дайте определение низшей теплоты сгорания по формуле Д. И. Менделеева?