З цього співвідношення видно, що у випадку Р = сопз1 той же запас повної внутрішньої енергії, що й у формулі (2. 1), витрачений на збільшення внутрішньої енергії продуктів горіння (перший доданок) і на роботу розширення газу (другий доданок), яка завжди позитивна, так як У2 Ух. Тому Ть завжди менше ТЬр.

Поточна середня температура в посудині збігається з істинною, якщо хімічна реакція і, отже, виділення тепла відбувається однаково по всьому об'єму посудини. Але найчастіше горіння ініціюється всосуде локально,.

Для реальних горючих сумішей різниця температур набагато менше, тому що вже при температурі близько однієї тисячі градусів помітно зростає теплоємність, особливо у трьохатомних продуктів горіння, Н20 і С02. При ще більш високій температурі велику роль грає дисоціація продуктів горіння, що вимагає витрат тепла.

При рівному початковому тиску згорання в замкнутому посудині супроводжується підвищенням тиску, що пригнічує дисоціацію; ця обставина також призводить до більшої величині Ти в порівнянні з Ть.

Найбільш бажаними об'єктами для експериментального дослідження є сферичні пламена, що поширюються від джерела підпалювання малих розмірів, розташованого в центрі судини, - така постановка досвіду виключає тепловтрати теплопровідністю, тертя об стінки судини і інші фактори, які можуть спотворити явище, і відрізняється простий геометрією.

Експерименти зі сферичними ламінарними полум'ям проводилися Я. Зельдовічем і А. І. Розловскім, Я. К. Трошиним і К. І. Щолкіно зі співробітниками, Ю. X. Шауловим з співробітниками та іншими дослідниками.

У всіх перерахованих роботах по мірі збільшення радіусу сферичного полум'я виявлялася гідродинамічна нестійкість, що виражається в різкому прискоренні полум'я.

Однак гідродинамічна нестійкість виникає з великим запізненням: числа Рейнольдса, побудовані за нормальної швидкості поширення полум'я, радіусу полум'я і в'язкості холодного газу, становили при прояві нестійкості кілька десятків тисяч і у багато разів перевищували критичні значення (порядку одиниці-десяти), наступні з теорії стійкості плоского полум'я.

Коефіцієнти дифузії і температуропровідності ростуть з температурою приблизно як Т1 ь-2, тоді як швидкість газу зростає пропорційно Т. Тому число Рейнольдса, підраховану по константам продуктів горіння, в 6-10 разів менше, але все ще порядка тисячі або більше, і таке значення потребу в поясненні.

У роботах було відзначено, що перед різким прискоренням полум'я на ньому утворюються осередки - поверхня полум'я стає схожою на футбольний м'яч.

Виникнення нестійкості у сферичного полум'я має свою специфіку, пов'язану з тим, що у нього безперервно зростає площа поверхні фронту.

У зв'язку з цим для сферичного полум'я необхідно інше визначення нестійкого стану. Істотна зміна форми полум'я, тобто помітна відмінність обуреної поверхні горіння від гладкої, і викликане цим збільшення швидкості поширення полум'я проявляються, коли амплітуда викривлень поверхні зростає швидше, ніж збільшується розмір сфери полум'я.

Якщо виступи і западини на сфері полум'я збільшуються повільніше, ніж по лінійному закону, по якому росте радіус сфери в цілому, полум'я з часом вигладжується, незважаючи на збільшення абсолютної величини амплітуди викривлень; властивості полум'я при цьому наближаються до властивостей невозмущенного сферичного фронту.

Тому за критерій нестійкості для сферичного полум'я потрібно приймати умова зростання в часі не абсолютною (як для плоского полум'я), а відносної (віднесеної до радіусу полум'я) амплітуди обурення поверхні.

Іншим важливим обставиною є те, що при поширенні сферичного полум'я знаходяться всередині полум'яної сфери продукти згоряння «розштовхують» холодний газ - дія полум'я подібно до дії джерела маси.

У холодному газі виникають розподілу швидкості і тиску, які відрізняються від існуючих поблизу плоского ламінарного фронту полум'я. Розподілу швидкості і тиску невозмущенного поля течії істотно позначаються на прояві нестійкості.

Нарешті, дане обурення з даною довжиною хвилі з плином часу не тільки змінює свою амплітуду, але і довжину хвилі - розтягується в тому ж відношенні, що і радіус.

Для плоского полум'я довжина хвилі обурення const і виписане співвідношення після інтегрування призводить до експоненційної залежності.

Для сферичного полум'я обурення слід розкладати не в звичайний ряд Фур'є, а в ряд по сферичним гармоніка, і довжина хвилі обурення, відповідна певної сферичної гармоніці, росте пропорційно радіусу сфери, а отже, пропорційно часу.

У результаті з (3. 112) виходить ступеневій закон зміни амплітуди обурення з часом = [3r0 (t) = ubt ((3 - коефіцієнт пропорційності, що залежить від номера гармоніки, r0 (t) - поточний радіус сферичного полум'я, і'- швидкість полум'я щодо продуктів згоряння), drf! dt - rfun / ubt, rf - tu ub.

Таким чином, у сферичного полум'я обурення ростуть в часі повільніше, ніж у плоского полум'я.

А. Г. Істратов і В. Б. Лібровіч, використовуючи це обставина, пояснили розбіжність теоретичних і експериментальних результатів. Розглянемо, слідуючи їхнім роботам, гідродинаміку поширення сферичного полум'я.

Він не отруйний; якщо значна домішка його до повітрю і викликає задуха, то це залежить лише від малого процентного вмісту кисню в такої суміші.

Газ деяких рудників володіє легким ефірним запахом, залежним, ймовірно, від нікчемних сторонніх домішок (см. вище). Цей запах дає можливість дізнатися про присутності газу в руднику.

Звичайно же Р. газ запаху не має (докладніше про фізичних та хімічних властивостях см. Болотний газ). З хімічних властивостей необхідно кілька докладніше розглянути реакцію горіння, як що має безпосереднє відношення до вибухів Р. газу і до способів кількісного визначення його в рудниковому повітрі.

Реакція повного горіння чистого метану виражається наступним рівнянням: CH4 +2 O2 = СО 2 +2 Н 2 Про, звідки видно, що один обсяг його вимагає для повного згоряння двох обсягів кисню або 9,5 обсягів повітря.

Суміш метану з повітрям в ззазначеної пропорції (9,5% метану + 90,5% повітря) найбільш вибухових; температура горіння її при постійному обсязі рівняється 2150 °, а при постійному тиску 1850 °; кількість тепла, виділюване при повному згорянні однієї грам- молекули (16 гр.) метану = 188 великих калорій.

Залежність між тиском, випробовуваним стінками закритого посудини при вибуху, і кількісним складом суміші, по дослідам Малляра і Ле-Шателье, виражається наступними числами:

Температура займання і межі займистості. По дослідам тих же вчених, повільне горіння (без полум'ї) гримучої суміші стає помітним при 450 °, займання же її відбувається при 650 °, причому між моментом, коли газ прийме цю температуру, і моментом вибуху протікає досить значний проміжок часу, а саме близько 10 сек. (При 650 °).

С узвишшям температури цей проміжок убуває і при 1000 ° не перевершує 1 сек. Таке ставлення до нагріванню являє характерну особливість метану, так як інші гримучі суміші, як, наприклад, суміші повітря з воднем або окисом вуглецю, підривають негайно ж по досягненні температури спалаху.

Таким чином, займання гримучого Р. повітря вимагає не тільки відомої температури, але і відомої тривалості нагрівання, і ці дві величини знаходяться друг до друга в зворотному відношенні.

Воспламенение гримучої суміші в небудь однієї її точці передається само собою сусіднім частинам і всій суміші лише в тих випадках, коли склад її не виходить з деяких певних меж; останні залежать від температури, розширюючись з її зростанням.

При звичайних умовах власне вибуховими є суміші, що містять за обсягом від 6% до 16% Р. газу. Вище 650 ° запалали суміші будь-якого складу.

Розповсюдження полум'я. Швидкість поширення полум'я в середовищі гримучої суміші залежить від багатьох умов: від процентного складу суміші, її температури, якості індиферентного газу, сусідства холодного твердого тіла і т. д. і в вельми значній мірі від того, знаходиться Чи суміш в спокої або в русі.

... продовження випливає ...