ДЕСТРУКЦИЯ АЛКАНОВ В НИЗКОТЕМПЕРАТУРНОЙ ЗОНЕ БУНЗЕНОВСКИХ АТМОСФЕРНЫХ ПЛАМЕН

Аннотация

В статье обсуждаются вопросы моделирования процессов превращения алканов в пламенах и сопоставления получаемых результатов с экспериментом. Критерием правильности выбора рассматриваемой модели для конкретных реальных условий обычно считается близость расчетных и экспериментальных результатов с наиболее часто используемыми интегральными параметрами: скоростью горения, температурой пламени, временем задержки воспламенения и т.п. Разброс результатов на 10% и даже более для ряда практических приложений часто считается вполне приемлемым. Более надежным следует считать сравнение результатов моделирования с реальной структурой пламени, прослеживание кинетики последовательного изменения исходных веществ, их превращение в промежуточные и конечные продукты. Тщательное выявление структуры пламени, особенно на начальных этапах, позволяет лучше понять происходящие процессы, а в дальнейшем осознанно ингибировать либо промотировать горение. Можно полагать, что ламинарные пламена Бунзеновского типа с предварительно смешанными составами, горящие при атмосферном давлении, с коэффициентом обогащения, граничащим со стехиометрией либо несколько богаче ее, дают более близкую к реальности картину химических превращений топлива и окислителя по сравнению с другими вариантами устройств горения и условиями осуществления процесса. Разработанные математические модели отличаются друг от друга, включают разное количество реакций, учитывают наиболее важные параметры горения. Но универсальной единой модели для всех условий горения нет. Современные вычислительные возможности еще не позволяют осуществлять полный учет всех частиц, реакций, параметров горения смесей. Поэтому упрощенные модели, основанные на относительно небольшом числе реакций и частиц, хотя и дают результаты быстрее, но с меньшей точностью. Во всех моделях первичные реакции включают, прежде всего, деструкцию молекул топлива. Далее, в зависимости от содержания топлива, осколки его молекул в бедных смесях могут претерпевать последующее дробление с образованием ряда промежуточных и конечных веществ, либо – в богатых смесях – рост и объединение частиц вплоть до циклических, ароматических соединений, углеродных агломератов различной структуры и твердых частиц сажи. В процессах участвуют атомы Н, О и радикалы ОН, НО₂, R, RO, RO₂ и др. Наиболее интересным фактом для несажистых пламен длинноцепочечных углеводородов, начиная с бутана и далее, представляется отсутствие в зоне превращения промежуточных частиц с числом атомов углерода более 3. Можно предположить, что на начальных этапах при активном участии атомов и молекул кислорода происходит образование неустойчивых промежуточных циклических кислородсодержащих структур из 5-6 атомов, которые быстро превращаются в более мелкие структуры при разрыве связей. В случае богатых смесей при дефиците кислорода циклизация осуществляется при участии ацетилена и аналогичных частиц, образуя бензольные производные, другие углеродные образования, частицы сажи.