КИНЕТИКА И КАТАЛИЗ, 2013, том 54, № 6, с. 805-806
ПИСЬМО В РЕДАКЦИЮ
УДК 541541.124.7+541.126
РОЛЬ ИЗМЕНЕНИЯ МАССЫ И ТЕПЛОЕМКОСТИ ГОРЮЧЕЙ СМЕСИ ПРИ ИНГИБИРОВАНИИ ДЕТОНАЦИИ ВОДОРОДО-ВОЗДУШНЫХ СМЕСЕЙ © 2013 г. В. В. Азатян1, *, С. К. Абрамов1, В. М. Прокопенко1, В. И. Ратников1, Ю. В. Туник2
Институт структурной макрокинетики и проблем материаловедения РАН, Черноголовка, Московская область
2Институт механики МГУ им. М.В. Ломоносова, Москва *Е-таП: vylenazatyan@yandex.ru Поступила в редакцию 16.05.2013 г.
БО1: 10.7868/80453881113060026
Известно, что газофазные процессы горения протекают по разветвленно-цепному механизму не только при давлениях в десятки раз ниже атмосферного, как это считалось ранее (см., например, [1—3]), но также при более высоких, практически важных давлениях (например, [4—6]). Это создает возможность предотвращения детонации и разрушения детонационной волны водородо-воздушных смесей малыми примесями простейших углеводородов (см., например, [6, 7]). Молекулы этих соединений вступают в быстрые реакции с активными промежуточными частицами, с атомами и радикалами, образуя малоактивные продукты. Таким образом, происходит дополнительный обрыв реакционных цепей, и горение предотвращается или подавляется. Например, под воздействием добавок 2.45—2.50% пропана стационарная волна детонации в смеси 33% Н2 в воздухе распадается на затухающую ударную волну и все более отстающий от нее фронт пламени [7].
В теории детонации газов, не учитывающей цепную природу реакции, известна следующая формула скорости детонационной волны (^дет):
^т = 42(У2 - 1)6,
где у — адиабатический коэффициент, О — тепловой эффект на единицу массы [8, 9].
Это выражение, относящееся к одностадийной реакции, не предусматривает ингибирова-ния. Однако из него следует, что увеличение теплоемкости или массы смеси при данной теплоте реакции должно уменьшать скорость детонации.
Чтобы выяснить, как влияет увеличение массы горючей смеси на эффект разрушения детонации, в работе [10] в смесь 33% Н2 с воздухом было введено 3% СО2, имеющего такую же молекулярную массу 44, как и пропан. Измерения показали, что скорость детонации при этом практически не изменяется, т.е. сильное воздействие пропана не связано с увеличением массы смеси.
В настоящей работе для выяснения роли увеличения теплоемкости смеси в разрушении пропаном детонации водородо-воздушных смесей было изучено влияние добавок 2.5 и 3% инертного вещества — СБ4. Теплоемкость этого соединения при 1500 К составляет 108 Дж моль-1 К-1 [11], что более чем в 3 раза превышает теплоемкость водородо-воздушной смеси. Теплоемкость пропана на 70% меньше, но этот недостаток теплоемкости компенсируется тем, что молекулярная масса СБ4, равная 88, вдвое больше молекулярной массы пропана.
Методика эксперимента была описана ранее [6, 7]. На рисунке приведена зависимость пути, пройденного детонационной волной, от времени (х-^диаграмма). Видно, что добавки 2.5 и 3% СБ4 практически не влияют на скорость стационар-
X, м 14 12 10 8 6 4 2
0 2 4 6 8 10 12
Время, мс
х—-Диаграммы детонации водородо-воздушной смеси 33% Н2 с воздухом (1), смеси 33% Н2 + 64% воздух + + 3% СБ4 (2) и смеси 32% Н2 + 65% воздух + 2.5% С3Н8 (3, 4).
806
АЗАТЯН и др.
ной детонации. Вместе с тем, при введении 2.5% пропана детонационная волна распадается на затухающую ударную волну (кривая 3) и все больше отстающий от нее фронт пламени (кривая 4). Таким образом, подавление детонации присадками углеводородов вызвано именно обрывом реакционных цепей. Влияния же увеличения теплоемкости и массы смеси не обнаружено.
Из представленных данных следует, что подавление детонации добавками изобутена, пропена и метана [6, 7] также было обусловлено практически только обрывом реакционных цепей. Роль же изменения массы и теплоемкости смеси при указанных количествах добавок незначительна.
Исследование поддержано программами Президиума РАН (№ 3П и 2П), ФЦП 1.6 (ГК №16.516.11.6154), а также РФФИ (грант № 11-03-01119а).
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Lewis В., Von Elbe G. Combustion, Explosions and Flame in Gases. N.Y-L.: Acad. Press, 1987. Р. 739.
2. Семенов Н.Н. Избранные труды. Т. 3. М.: Наука, 2005. 500 с.
3. Мержанов А.Г., Хайкин Б.И. Теория волн горения в гомогенных средах. Черноголовка: Изд-во Ин-та структурной макрокинетики РАН, 1992. 160 с.
4. Азатян В.В., Андреева Н.В., Эльнатанов А.И. // Хим. физика. 1988. Т. 7. № 6. С. 821.
5. Азатян В.В. // Успехи химии. 1999. Т. 62. № 12. С. 1122.
6. Азатян В.В. // Журн. физ. химии. 2011. Т. 85. № 8. С. 1405.
7. Азатян В.В., Баймуратова Г.Р., Абрамов С.К. // Кинетика и катализ. 2010. Т. 51. № 1. С. 8.
8. Зельдович Я.Б., Компанеец А.С. Теория детонации. М.: Наука, 1958. 268 с.
9. НетлетонМ. Детонация в газах. М.: Мир, 1989. 278 с.
10. Азатян В.В., Абрамов С.К., Прокопенко В.М., Туник Ю.В. // Кинетика и катализ. 2013. Т. 54. № 5. C. (в печати)
11. Бенсон С. Термохимическая кинетика. М.: Мир, 1971.
КИНЕТИКА И КАТАЛИЗ
том 54 № 6 2013
Для дальнейшего прочтения статьи необходимо приобрести полный текст. Статьи высылаются в формате PDF на указанную при оплате почту. Время доставки составляет менее 10 минут. Стоимость одной статьи — 150 рублей.