205

меров зеркала горящей жидкости (для резервуара - это его диаметр), скорости выгорания жидкости, скорости ветра и многих других. Высота факела может достигать 10-15 м. Используется при проектировании для определения противопожарных разрывов, т.е. безопасных расстояний до соседних объектов, а при тушении пожаров - безопасных расстояний до пожарных и пожарной техники.

Для характеристики процессов горения жидкостей используют также

линейную и массовую скорости выгорания:

Линейная скорость выгорания Uл - это высота слоя жидкости, кото-

рая выгорает в единицу времени. Uл = [м/c].

Массовая скорость выгорания Um– это количество жидкости, кото-

рая выгорает с единицы площади в единицу времени. Um =[кг/м2с]. Массовая и линейная скорости выгорания жидкости связаны соотно-

шением:

Um = Uл ρ, кг/м2c,

(10.16)

где ρ - плотность жидкости, кг/м3.

10.7. Распределение температуры в горящей жидкости

Во время горения часть теплоты излучения факела расходуется на нагревание жидкости. Распределение температуры в жидкости зависит от ее физико-химических свойств и условий горения.

При горении однокомпонентной жидкости в стационарном (т.е. установившемся) режиме температура ее поверхности равна температуре кипения.

При горении многокомпонентных смесей вначале выгорают преимущественно легкокипящие компоненты. Поверхностный слой со временем обогащается более тяжелыми компонентами. Температура его для небольших количеств жидкости повышается в соответствии с ее температурной кривой фракционной перегонки. Однако в резервуарах, например, где объ-

206

ем жидкости большой (от нескольких до десятков тысяч м3), уже примерно через 10 мин на поверхности нефтепродуктов устанавливается температура, которая далее очень медленно, малозаметно повышается (рис. 10.8). Распределение температуры по глубине для различных жидкостей имеет разный характер (рис.10.9).

Например, в бензине (рис.10.9) образуется прогретый слой определенной толщины, температура которого приблизительно одинакова во всех его точках. Такой слой называют гомотермальным. За его нижней границей температура резко падает. Толщина прогретого слоя растет со временем. В керосине гомотермальный слой, как правило, не образуется, и температура плавно снижается по мере удаления от поверхности жидкости.

t,С˚			t,С˚		1
						2
400	трансформ. масло		100
300		ДТ			τ=30'		τ=80'
200		нефть	50
100		бензин
	2	4	τ, мин	100	200	300	400	h, мм

Рис.10.8. Изменение температуры	Рис.10.9. Распределение температу-
поверхности жидкости	ры жидкости по глубине:
во времени	1- керосин; 2 - бензин

Значение некоторых рассмотренных параметров, можно проиллюстрировать данными табл.9.5.

Таблица 10.5.

207

Параметры выгорания некоторых горючих жидкостей

Горючие	Скорость	Скорость	Температура
жидкости	выгорания, см/мин	нарастания	прогретого слоя, 0С
		прогретого слоя,
		см/мин
Нефть	0,23	0,5	130 – 160
Мазут	0,17	0,5	230 – 300
Керосин	0,40	-	220 – 240
Дизельное топливо	0,33	-	220 – 240
Бензины	0,50	1,2	80 – 100

Чем же обусловлено наличие двух типов распределения температур в горючей жидкости?

При возникновении в горящей жидкости гомотермального слоя жидкость как бы разделяется на два слоя: верхний и нижний. В верхнем нагретом слое температура практически не понижается с увеличением расстояния от поверхности зеркала. Распределение температуры в этом слое напоминает распределение температуры в металле, и даже теплопроводность гомотермального слоя превышает теплопроводность меди. В нижнем слое температура быстро падает по мере удаления от верхнего нагретого слоя. Распределение температуры в нем такое же, как в жидкости, плохо проводящей тепло. Механизм теплопроводности в верхнем слое в тысячи раз превышает молекулярную теплопроводность соответствующей жидкости. Такую аномалию связывают с наличием мощных конвективных потоков на границе раздела фаз. В нижнем слое мощность конвективных потоков существенно слабее. На модели резервуара с диаметром 0,5 метра экспериментально установлено:

-скорость прогрева растет с увеличением скорости воздушного потока;

-с ростом диаметра резервуара толщина гомотермального слоя увеличивается;

-охлаждение стенок резервуара может, как уменьшать интенсивность прогрева, так и, в некоторых случаях, увеличивать;

-нефть с большим содержанием воды имеет большую скорость прогрева и меньшую температуру на поверхности;

208

- характер распределения температуры в мазуте зависит от количества

внем воды. Гомотермальный слой образуется, если влажность более 0,5%. Перечисленные экспериментальные факты являлись основой при раз-

работке гипотез, объясняющих механизм образования гомотермального

слоя. Все гипотезы связывают механизм образования гомотермального слоя с наличием мощных конвективных потоков и отличаются объяснением условий их возникновения.

Рис.10.10. Схема образования прогретого слоя

Наиболее известна гипотеза профессоров Блинова В.И. и Худякова Г.Н. В результате собственных экспериментальных исследований ими было установлено влияние нагревающего эффекта стенки резервуара. Схему образования прогретого слоя можно представить следующим образом (рис.10.10).

Стенки резервуара и прилегающая к ним жидкость во время горения нагреваются. Если температура стенки выше температуры кипения жидкости, жидкость закипает. Кипение усиливает конвекцию жидкости и, естественно, передачу теплоты в ее глубину. В приповерхностной области жидкости образуется гомотермальный слой. От нижней его границы стенка