Воспламенение и самовоспламенение газовой смеси

Быстрый рост скорости реакции связан с накоплением теплоты. При низких температурах скорость реак­ции ничтожно мала, но выделяющая­ся в результате реакции теплота постепенно накапливается и приводит к повышению температуры н скорос­ти. Таким образом, саморазогрев системы является причиной ускорения процесса и приводит к 'тепловому самовоспламенению. Тепловое само­воспламенение может произойти и при наличии теплоотвода, но для этого не­обходимо, чтобы разогрев горючей смеси не был компенсирован теплоот-водом. Тогда при определенном режи­ме стационарное тепловое состояние реагирующей смеси становится невоз­можным, и температура смеси начина­ет возрастать нестационарным об­разом, возникает тепловое самовос­пламенение.Рассмотрим три возможных случая взаимного расположения этих кривых. Первому случаю соответствуют кри­вые а и 6. Они пересекаются в точках / и 2. Точка / отвечает стационарному течению процесса, и равновесие в этой точке будет устой­чивым. В этом легко убедиться. Действительно, предположим, что в системе произошли незначительные отклонения от равновесия. Если откло­нения были в сторону больших тем­ператур, то теплоотвод будет превы­шать тепловыделение, и система вер­нется в первоначальное состояние. При отклонении в сторону меньших температур тепловыделение будет больше теплоотвода, в результате чего система опять вернется в точку /. Следовательно, точке / отвечает ус­тойчивое равновесие.

Для состояния в точке 2 равновесие будет неустойчивым. Воспользуемся для доказательства тем же методом. Если система отклоняется в сторону больших температур, то тепловыделе­ние будет превышать теплоотвод, ре­зультатом чего будут нестационарный разогрев системы и воспламенение. Однако это воспламенение («взрыв») не будет самовоспламенением, так как оно произойдет только в том случае, когда смесь нагреется до значи­тельно более высокой температуры, чем температура стенки сосуда; сама же смесь, находившаяся первона­чально при 7*= Го, воспламениться не может (такой нагрев можно осу­ществить, например, при сжатии смеси поршнем в цилиндре). При отклонении системы влево произойдет остывание и система будет стремиться к точке /. Следовательно, состояние равновесия в точке 2 будет неустойчивым, и это состояние 2 можно не рассматривать. Стрелками на рисунке показана устой­чивость системы в точках 1 а 2.

Если постепенно повышать темпе­ратуру стенки сосуда Го, то прямая теплоотвода будет смещаться вправо параллельно первоначальному поло­жению. При определенном значении 7 *0 прямая не пересечет кривую теп­ловыделения, а коснется ее (кривые а и е). Точка 3 будет соответство­вать крайнему положению, тогда сис­тема' еще может находиться в стацио­нарном состоянии. Дальнейшее повы­шение температуры смеси приведет к нестационарному режиму, интенсив­ному повышению температуры, резко­му возрастанию скорости процесса и тепловому взрыву. Следовательно, ка­санию кривых тепловыделения и теп­лоотвода соответствует режим воспла­менении, а температура, отвечающая точке 3, является температурой само­воспламенения Т_в. Наконец, для кри­вой Ь стационарный режим вообще невозможен. Если изменять не темпе­ратуру стенки, а условии теплообмена, изменяя, например, объем сосуда, пря­мая теплоотвода будет менять угол наклона и может стать касательной к кривой теплоотвода (точка 3'). Этому состоянию будет отвечать темпера­тура самовоспламенения 7V, причем она уже не будет равной Т_й.