S T A N I S Ł A W W Ó J C I C K I SPALANIE ćvr W Y D A W N I C T W A N A U K O W O - T E C H N I C Z N E W A R S Z A W A

S T A N I S Ł A W W Ó J C I C K I

SPALANIE

ćvr

W Y D A W N I C T W A N A U K O W O - T E C H N I C Z N E W A R S Z A W A

O p i n i o d a w c a

p rof. dr inż. B ogu m ił Sta n iszew sk i K e d a k t o r n a u k o w y W N T m g r inż. J ó ze f K ulig

R e d a k t o r t e c h n i c z n y Iw o n a Czarnecka

O k ł a d k ę p r o j e k t o w a ł a A n n a K o s z e w sk a

536.40

K sią ż k a je st zw artą m on o grafią, o b e jm u ją c ą ogół zagadnień zw ią ­ zanych z p rzebiegiem procesów spalania. Jej istotną część stan ow i teo ­ ria palenisk i kom ór spalan ia: k o tłów parow ych , p ieców p rzem y sło w y ch , turbin i siln ików spalin ow ych .

K sią ż k a jest przeznaczona dla inżynierów zatrudnionych przy p ro ­ jek tow an iu , badaniu i ek sploatacji urządzeń, w których zachodzi sp a la ­ nie oraz fizy k ó w b ad ających zja w isk a podstaw ow e w y stęp u ją ce w spa­

lan iu. B ędzie ona także pom ocą dla słuchaczy w y ższy ch uczelni tec h ­ nicznych.

W N T . W a r s z a w a 1969. W y d a n i e I. N a k ła d 2200 eg7.. A r k . w y d . 35,8. A r k . d r u k . 26,25 (34,9 1/A ). F o r m a t B -5 . P a p ie r d r u k . m a t . k l. I I I 70 g . R ę k o p is o d d a n o d o s k ła ­ d a n ia 2. I V . 1969. P o d p i s a n o d o d r u k u w e w r z e ś n i u 1969. D r u k u k o ń c z o n o w e

w r z e ś n i u 1969. S y m b o l 77341/To C e n a z ł 62,—

P o z n . Z a k ł . G r a f . i m . M . K . — P o z n a ń Z a m . 877/89 — G -2/924

Stanisław W ó jc ick i Spalanie

B Ł Ę D Y D O S T R Z E Ż O N E W D R U K U

Str. W iersz Jest P ow inno b yć

68 2 kol.

3 rubr. od góry 0,8624 • 1 0 -* 0,8624 ■ 10“ “

68 6 kolum na

3 rubr. cd góry 0,8416 • 20 _2S 0,8426 • 20 “ 23

249 9 od dołu £ — W m ~

11 W m ~ e —

S P I S T R E Ś C I

P r z e d m o w a ... 7

1. W ia d o m o ści o g ó l n e ... 9

1.1. O pis typ ow ych urządzeń, w których zachodzą procesy spalania . . . 9

1.2. H istoria i literatu ra p r z e d m i o t u ... 36

1.3. C hara k terystyczn e cechy i k la sy fik a c ja procesów spalania . . . . 39

1.4. P od staw ow e ch arak terystyk i kom ór s p a l a n i a ...45

2. T erm o d y n a m ik a s p a l a n i a ... 54

2.1. W ła sn o ści p a liw i m ieszan ek p a l n y c h ... 54

2.2. A n a liza egzergetyczn a procesów s p a l a n i a ... 88

3. A e ro d y n am ik a kom ór s p a l a n i a ... 98

3.1. S w ob odn a struga i z o t e r m i c z n a ... 98

3.2. S w ob odn a struga n i e i z o t e r m i c z n a ... 102

3.3. Stru ga w nieogran iczon ym ośrodku po ru szają cym się w sp ółosiow o . 104 3.4. S tru ga w n ieograniczon ym ośrodku p rzem ieszczający m się pod kątem do je j o s i ... 108

3.5. U kład strug poprzecznych w ograniczonej p r z e s tr z e n i... 110

3.6. P rzep ły w w kanale za ciałem o kształcie n i e o p ły w o w y m ... 111

3.7. Struga zaw irow an a w przestrzeni n i e o g r a n i c z o n e j... 113

3.8. Struga zaw irow an a w przestrzeni o g r a n i c z o n e j... 116

3.9. C h arakterystyczn e cechy p rzepływ u t u r b u le n t n e g o ... 124

4. T w orzen ie m ieszanki p a l n e j ... 143

4.1. Z ja w isk o d y fu zji w procesie tw orzenia m ieszanki paln ej . . . . . 143

4.2. R ozpylanie c i e c z y ... . 1 5 1 4.3. Z a sila n ie kom ór spalania i palenisk p a liw e m s t a ł y m ... 187

4.4. R ozkład rozp ylanej cieczy po w y jśc iu z r o z p y l a c z a ... 200

4.5. B alisty k a n iepracu jących k ropel oraz cząstek pa liw a stałego w ośrodku g a z o w y m ... 203

4.6. P arow an ie kropel cieczy w ośrodku g a z o w y m ... 209

4.7. O kreślenie pola koncentracji m ieszanki p aliw a i pow ietrza w kom orze s p a l a n i a ... 216

5. Teoria z a p ł o n u ... 221

5.1. U w a gi o przebiegu rea k cji c h e m i c z n y c h ... 221

5.2. Teoria cieplna s a m o z a p ło n u ... 222

5.3. Teoria łań cuch ow a sa m o z a p ło n u ... 227

5.4. Sam ozapłon m ieszanki w p r z e p ł y w i e ... 229

5.5. Sam ozapłon paliw a s t a ł e g o ... 231

5.6. Z apłon w y m u s z o n y ...232

5.7. G ranice z a p ł o n u ...236

5.8. G aszące oddziaływ an ie ścianki na p ł o m i e ń ... 238

6. G azodyn am ika s p a l a n i a ... 241

6.1. K r zy w a R a n k in a -H u g o n io ta ... 241

6.2. N orm aln a prędkość s p a la n ia ... 249

6.3. Tu rbu len tn e spalanie m ieszanki j e d n o r o d n e j ... 259

3

6.4. P rzejście spalania w d eton ację i struktura fa li d eton acyjn ej . . . . 269

6.5. S ta b iliza c ja p ł o m i e n i a ... 275

6.6. R ozprzestrzenianie się płom ienia w kom orze s p a la n ia ... 293

6.7. S p alan ie p u l s u j ą c e ... 299

7. Spalanie paliw gazowych... 3 1 6

7.3. Sp alanie k i n e t y c z n e ... 324

7.4. S p alan ie b e z p ł o m i e n i o w e ... 330

7.5. S p alan ie k i n e t y c z n o -d y f u z y jn e ... 332

7.6. Sp alan ie p a liw a gazow ego z n ied o m iarem u t le n i a c z a ... 334

7.7. P rom ien iow an ie cieplne płom ien ia g a z o w e g o ... 336

7.8. Spalan ie w spalin ow ych silnikach tłok ow ych z zapłonem iskrow ym . 337 7.9. Spalan ie p a liw gazow ych w paleniskach k o t ł o w y c h ... 342

7.10. Jonizacja p łom ien i i s p a l i n ... 346

8. Spalanie paliw cie k ły c h ...348

8.1. Przebieg spalania p a liw c i e k ł y c h ...348

8.2. Sp alan ie p a liw ciekłych na sw obodnej p o w i e r z c h n i ... 349

8.3. Sp alan ie p o jedyn czej kropli p aliw a c i e k ł e g o ... ... . 350

8.4. S p alan ie p a liw a rozpylonego w p o w i e t r z u ... 355

8.5. C h arakterystyczn e cechy spalania o lejó w o p a ł o w y c h ... 359

8.6. Z a p łon m ieszanki rozpylonego p aliw a ciekłego w pow ietrzu za pom ocą iskry e le k t r y c z n e j... 361

8.7. D eton acja w m ieszance d w u f a z o w e j ... 362

8.8. Sp alan ie w sp alin ow ym silniku tłok ow ym o zapłonie sam oczyn n ym 363 8.9. K o m o ry spalania turbin s p a li n o w y c h ... 370

9. Spalanie paliw s t a ł y c h ...375

9.1. Sp alan ie w ęgla n a t u r a ln e g o ... 375

9.2. Sp alan ie stałych m ateriałów pędnych i w y b u c h o w y c h ...397

9.3. P o ż a r y ... 406

Z a k o ń c z e n ie ...413

Literatura ... 415

Skorowidz ... 419

W Y K A Z W A Ż N I E J S Z Y C H O Z N A C Z E Ń

p — ciśnienie

9 — gęstość

V — o bjętość w łaściw a

T — tem peratu ra

a — w sp ółczyn n ik n adm iaru p ow ietrza f — stosunek pa liw a do utleniacza Q — ob jętościow e natężenie przepływ u m — m aso w e natężenie p rzep ły w u

B — zużycie p a liw a

Lt — teoretyczn e zapotrzebow anie p o w ietrza do spalania w „ — w artość opałow a pa liw a

w,

K — stała rów n ow ag i chem icznej W , u — prędkość p rzepływ u

Q — strum ień cieplny

ó — szerokość strefy reakcji

R — stała gazow a

D — w sp ółczyn n ik d y fu zji X — czas

V — w sp ółczyn n ik strat aerom echanicznych f — w sp ółczyn n ik w y w ią zy w a n ia się ciepła F — p o le pow ierzchni

c p — ciepło w łaściw e przy stały m ciśnieniu

i“ — m asa m olow a, w sp ółczyn n ik natężenia przepływ u V — dyn am iczny w sp ółczyn n ik lepkości

A — stała g eom etryczn a rozpylacza

d — średnica

R e — liczba R eynoldsa

Nu — liczba N usselta

C pH pO pS , — udział m asow y w ęgla, w odoru, tlenu i siarki w paliw ie

■* . ~ -1

. ~

;■ ; ; ■ ••

■ : u ni ■ - >

■ ; ■ ' jl. ■...-s • ■ ;’ -

"

■ i--. ' ' - - •

i.;ir r . -.-.-■■

iJi-j.r;: £<!■;■ 0 - J'ł

:'.■ -•

- ■ > ;:-,*v'•••-•.

: . ' . ■ -

I'. . .»

. . 1 ‘ ■»

•IWO

. V . ---'■ ‘

ttOO -i* I

■

. i : ■

inrioiTJfwiKj o i- ią — 'h

1 .%D -i-.* : ■- •'

- . , -

: : ■ ■ ■ ;• / Ki, .- • y - : •■■■ '-JJ; - ‘ ■ ' ' -

1- - •- J- .

i-- -■-■ ■ ■■ ł»Vł

P R Z E D M O W A

W książce przyjęto następujący układ treści. N ajpierw opisuje się szereg mniej lub w ięcej złożonych procesów spalania zachodzących w różnych urządzeniach technicznych, stosowanych w rozm aitych gałę­

ziach przemysłu. Następnie te złożone procesy analizuje się i rozkłada na coraz prostsze, dochodząc do zjawisk podstawowych. Zwraca się przy tym uwagę na istnienie podobieństwa tych zjawisk niezależnie od tego, w jakim urządzeniu one występują.

Pozostałe rozdziały książki są poświęcone opisow i prostych proce­

sów. A b y nadawać im jednak cechy konkretności, stale nawiązuje się do przestrzeni, gdzie te procesy przebiegają, a więc do palenisk i kom ór spalania.

Książka jest przeznaczona dla inżynierów zajm ujących się projek­

towaniem lub eksploatacją urządzeń, w których w ystępuje spalanie.

Przedstawia ona pewną m etodę pom ocną przy opanowywaniu wszelkich trudności technicznych związanych ze spalaniem. Metoda ta jest oparta na szczegółow ej analizie w ystępujących tam procesów. Zakłada się przy tym, że racjonalne projektow anie tak złożonych urządzeń jak te, gdzie zachodzi spalanie, nie m oże się odbyw ać bez równoczesnego prowadzenia prac badawczych.

W książce, poza pewnym i w yjątkam i, przedstawiono poglądy po­

wszechnie przyjęte. D ołączony na końcu książki spis literatury zawiera najbardziej znane dzieła z zakresu spalania.

W pracy przyjęto na ogół zapis w zorów w ielkościow ych, co umożli­

wia uniezależnienie się od układu jednostek miar. W e wzorach, em pirycz­

nych tablicach i przykładach liczbow ych stosowano dość konsekwentnie

układ SI.

'

r-r.. -i ■

;v?o> : , ^ n x - j i n r b 3 j ' b u,: - iu. ir /n\ i W

-

.

• t o łłf £ & $ b p s i u m ia iij, w

' >

.sinef^ąę

-

i ^ o n f a u * Y X i « f ; B im h if - S - ^ ^ ?'5 0 7 U rf3'.. ! B i ! : q ? j l 8 v w > m ' a e i 9 v « ) f ó 8 % . * r ' tółt

disjbgj ,9j yi^t floshąx-iii tfcr^nośois aCst * £pp elcasbfwoią agon- z j o t r w w sflkf i-aw^dbo ?i? ńorn *j?n

~oq i{ł»pi}jo<3 oaoiw zleb.: : - .iun . . • ‘..a ; q iv-,-.>q p .-ip fe ił V7

.