4.5. Факторы, влияющие на скорость выгорания жидкостей

Влияние природы жидкости. На скорость выгорания оказывают влияние интенсивность теплового потока, поступающего от пламени к зеркалу жидкости и теплофизические параметры горючего: температура кипения, теплоемкость и теплота испарения. Отношение скоростей выгорания наиболее быстрокипящих жидкостей к наиболее медленно горящим относительно невелико и составляет 3,0-4,5.

Влияние диаметра резервуара. Зависи­мость скорости выгорания от диаметра резервуара для всех горючих жид­костей одинакова. При увеличении диа­метра скорость выгорания вначале быстро снижается, затем скорость снижения уменьшается. Далее наблюдается возрастание скорости выгора­ния с увеличением диаметра резервуара и последующее приближение скорости выгорания к предельному значению. Этот предел достигается при диаметрах порядка 1,2-1,3 м.

Таким образом, вся область рассматриваемой зависимости делится на три части, в каждой из которых наблюдаемая зависимость определяет­ся особенностями процесса выгорания. Уменьшение скорости выгорания с ростом диаметра на первом участке кривой объясняется условиями под­вода тепла от факела пламени к поверхности жидкости. Количество тепла, поступающего излучением, пропорционально площади поверхности жид­кости, а количество тепла, поступающего теплопроводностью за счет на­грева стенок сосуда, пропорционально периметру сосуда. При этом доля тепла, передаваемого жидкости стенками, к теплу, поставляемому лучи­стым потоком, будет пропорциональна отношению периметра сосуда к площади поверхности жидкости, т. е. к площади поперечного сечения со­суда. Таким образом, с ростом диаметра теплоподвод от стенок сосуда снижается, и скорость выгорания становится меньше. Сказанное справедливо для ламинарного процесса выгорания.

При увеличении диаметра сосуда свыше 1,3 м происходит переход от ламинарного горения к турбулентному. Рост скорости выгорания в этой области обусловлен повышением количества тепла, поступающего к по­верхности жидкости от зоны горения. Турбулентность увеличивает объем факела и, соответственно, количество тепла, поглощаемое жидкостью. Причем, это дальнейшее увеличение диаметра резервуара свыше 1,3 м приводит к формированию развитого турбулентного режима, при котором величина теплового потока от факела пламени к поверхности жидкости стабилизи­руется и скорость выгорания практически не изменяется.

Влияние начальной температуры. С уве­личением Т₀ скорость выгорания возрастает, поскольку снижа­ются затраты тепла на прогрев жидкости до температуры кипения.

Влияние уровня жидкости в резервуаре. С понижением уровня жидкости происходит снижение скорости выгорания вплоть до прекращения горения. Поскольку подвод воздуха, необходимого для горения, за счет диффузии из окружающей среды непосредственно вовнутрь ре­зервуара невозможен, то при понижении уровня жидкости происходит удаление зоны пламени от поверхности горения. Величина лучистого потока к зеркалу жидкости снижается, а следовательно, уменьшается и скорость выгорания вплоть до затухания. При горении жидкостей в резервуарах большого диа­метра предельная глубина, при которой происходит затуха­ние горения, очень большая. Так, для резервуара с диаметром 5 м она составляет 11 м, а с диаметром 5 м – около 35 м.

Влияние влажности жидкости. Содержание влаги понижает скорость выгорания жидкости, во-первых, вследствие дополни­тельных затрат тепла на ее испарение; во-вторых, в результате флегматизирующего влияния паров воды в газовой зоне. Последнее приводит к снижению температуры пламени, а следовательно, уменьшается и его излучательная способность. Строго говоря, скорость выгорания влажной жидкости не постоянная, она увеличивается или уменьшается в процессе горения в зависимости от величины температуры кипения жидкости.

Влажное горючее может быть представлено как смесь двух жидкостей (горючее + вода), в процессе горения которых проис­ходит их фракционная разгонка. Если температура кипения горючей жидкости меньше температуры кипения воды (100 ⁰С), то происходит преимущественное выгорание горючего, смесь обога­щается водой, скорость выгорания снижается и, наконец, горение прекращается. Если температура кипения жидкости больше 100 ⁰С, напротив, вначале преимущественно испаряется влага, концентрация ее снижается и скорость выгорания жидкости возрастает, вплоть до скорости горения чистого продукта.

Влияние скорости ветра. Как правило, с повышением скорости ветра скорость выгорания жидкости увеличивается. Ветер интенсифицирует процесс смешения горючего с окислителем, повышая температуру пламени и приближая пламя к поверхно­сти горения. Все это повышает интенсивность теплового потока, поступаю­щего на нагрев и испарение жидкости, следовательно, приводит к росту скорости выгорания. При большей скорости ветра пламя может срываться, что приведет к прекращению горения. Так, на­пример, при горении тракторного керосина в резервуаре диамет­ром 3 м наступал срыв пламени при достижении скорости ветра 22 м/с.

Влияние концентрации кислорода в атмосфере. Большинство жидкостей не способны к горению в атмосфере с содержанием кислорода менее 15 %. С повышением концентрации кислорода выше этого предела скорость выгорания возрастает. В атмосфере, обогащенной кислородом, горение жидкости проте­кает с выделением большого количества сажи в пламени и на­блюдается интенсивное кипение жидкой фазы. Для многокомпо­нентных жидкостей (бензин, керосин и т. п.) температура поверх­ности с увеличением содержания кислорода в окружающей среде возрастает. Повышение скорости выгорания и температуры поверхности жидкости с ростом концентрации кислорода в атмосфере обуслов­лено увеличением излучающей способности пламени в результате роста температуры горения и высокого содержания сажи в нем.