Майкл Фарадей: История свечи

В большинстве же случаев в процессе горения жидкого топлива ясно различаются две фазы - жидкость и газ, причем химическая реакция, как правило, идет в газообразной фазе. Дело в том, что температура испарения жидкости всегда меньше температуры пламени ее паров. Поэтому гетерогенное горение жидких топлив есть последовательность двух процессов: испарения жидкости и горения ее паров. При этом теплота, необходимая для испарения жидкости, поступает из зоны горения.

Очевидно, что ускорение сжигания жидкого топлива может быть достигнуто увеличением поверхности горения, например, при распылении его в капли. Если каплю радиусом один сантиметр разбить на капли радиуса порядка десяти микрометров, то их получится миллиард. Суммарная же поверхность капель будет превышать поверхность исходной капли в тысячу раз. Соответственно возрастет и скорость горения.

Все современные способы сжигания жидких горючих основаны на предварительном их разбрызгивании при помощи форсунок. Схема процесса горения отдельной капли состоит в следующем. Шарообразная капля окружена сферическим фронтом пламени, где достигается максимальная температура. Тепло, выделяемое химической реакцией, передается на поверхность капли, где происходит испарение жидкости. От капли к пламени диффундируют пары жидкости, а извне поступает окислитель. Навстречу ему диффундируют продукты горения. Аналогично горят и многие твердые топлива. Горючие газы получаются либо непосредственно при возгонке твердого тела (горение дров, спичка), либо при последовательном переходе твердое тело - жидкость - газ (свеча).

Горение самого распространенного твердого топлива - угля тоже обычно начинается с выделения газообразной "летучей" части. Всякое ископаемое твердое топливо содержит остатки органических веществ, которые при нагревании превращаются в газы. Большая же часть угля состоит из углерода, который и есть основной источник тепла. Хороший уголь содержит много углерода, в плохом его меньше. Так, донецкий антрацит, имеющий теплоту сгорания 7950 ккал/кг, на 96,5% состоит из углерода. При взаимодействии кислорода воздуха с углеродом на поверхности происходит чрезвычайно сложная реакция, детальный механизм которой еще окончательно не установлен. Однако важность проблемы привлекает к ней внимание со стороны многих исследователей.

Остановимся еще на важном случае горения - горении конденсированных систем, применяемых во взрывных работах и военном деле.

Пороха, или метательные взрывчатые вещества, составляющие особый класс взрывчатых веществ, предназначены для сообщения телам (снарядам, ракетам) большой скорости, имеющей вполне определенное направление. Пороха характеризуются большой устойчивостью процесса горения - даже при высоких давлениях горение их не переходит во взрыв.

С давних пор применялся для военных целей дымный, или черный порох, представляющий собой механическую смесь селитры, серы и древесного угля. При сгорании 1 кг дымного пороха образуется около трехсот литров газа. По сравнению с изобретенным в конце XIX века бездымным порохом это немного. Бездымные пороха, основа которых - пироксилин, дают гораздо больше газа - до восьмисот литров на килограмм. К бездымным порохам относятся и баллиститы, в которых вместо пироксилина используются нитроглицерин, нитродигликоль и другие вещества.

В последнее время в связи с бурным развитием ракетной техники повысился интерес к так называемым смесевым порохом. Подобно черному пороху они представляют собой смесь двух или большего числа компонентов. Один компонент является обычно окислителем - им может быть вещество, содержащее много кислорода, например, перхлорат аммония. В качестве горючего в порохе используются различные смолы и другие органические соединения. Смесевые пороха находят широкое применение в ракетной технике, так как скорость их горения может быть изменена путем варьирования состава, размеров частиц и т. п.

На этом мы закончим наш краткий обзор явлений горения.

В заключение следует отметить, что в последние годы горение оказалось связанным с рядом проблем, имеющих глобальный, общечеловеческий характер. Речь идет об энергетическом кризисе, охватившем ряд стран, и об экологических проблемах (охрана окружающей среды). Первый аспект возник в связи с истощением природных топливных ресурсов, а второй связан с вредным влиянием некоторых продуктов горения на биосферу. Решение этих проблем может быть достигнуто только совместными усилиями многих стран. Вот почему эти вопросы обсуждаются на самом высоком уровне. Понятен и тот огромный размах научных работ, которые ведутся в области горения как в нашей стране, так и за рубежом.