Меню

Как измерить температуру огня



Большая Энциклопедия Нефти и Газа

Измерение — температура — пламя

Измерение температуры пламени в топке котла при помощи оптического пирометра позволяет получить лишь среднюю температуру части факела, расположенной против точки измерения. Изотермические поля факела наносят на предварительно выполненный ряд одинаковых эскизов топки в масштабе 1: 100, на которых указывают координаты отдельных точек измерения и их нумерацию, соответствующую нумерации точек котла. Следует учитывать, что температура факела в отдельных точках измерения может быстро изменяться, и, следовательно, не всегда повторные ее измерения будут давать совпадающие результаты. [2]

Измерения температуры пламени имеют свои специфические особенности и трудности. При выборе метода измерения анализируются уровень измеряемых температур, желательная точность и тип пламени. [4]

Измерения температуры пламени при помощи малоинерционных термопар, естественно, имеют свои погрешности. Однако эти погрешности сказываются в основном на абсолютном значении температуры и в гораздо меньшей мере на характере ее изменения во времени, что подтверждается всей совокупностью кривых, приведенных на осциллограммах. [6]

Измерение температуры пламени имеет большое практическое значение в связи с разработкой двигателей внутреннего сгорания, турбин, турбовинтовых и ракетных двигателей. Температура пламени показывает степень завершения химических реакций в камере сгорания. Поэтому измерения температуры пламени служат оценкой эффективности сгорания и общей характеристики работы двигателя. Это подтверждается тем, что температуры, определенные при оптимальных условиях работы, находятся в довольно хорошем согласии с результатами расчета, полученными в предположении, что в камере сгорания достигается термодинамическое равновесие. [7]

Измерение температуры пламени в цилиндре двигателя внутреннего сгорания представляет одну из самых трудных задач экспериментальной техники в области двигателей. Поэтому подобные измерения проводятся в редких случаях, а температура пламени почти никогда не фигурирует как экспериментально определяемый параметр рабочего процесса двигателя, несмотря на чрезвычайную важность его. [8]

Измерение температуры пламени таких составов проводится чаще всего при помощи оптических методов. [9]

Измерение температуры пламени осуществляется оптическими пирометрами и вольфрам-рениевыми термометрами, вводимыми в пламя в различных зонах. Поджиг газовой смеси производится электрической искрой, генерируемой высоковольтным блоком. [11]

Измерение температуры пламени является одним из наименее надежных физических измерений. Это связано частично с экспериментальными трудностями и частично с тем, что определение самого понятия температуры пламени дать весьма трудно. В ходе процесса горения выделяется большое количество энергии, распределение которой в начальный момент в общем случае не всегда соответствует закону равнораспределенных между различными степенями свободы. Мы показали в предыдущих главах, что молекулы могут образовываться в возбужденных колебательных состояниях. Можно предположить также, что молекулы, образующиеся при разложении или при столкновениях, могут в начальный момент обладать повышенной вращательной или поступательной энергией. Пламена содержат также такие активные вещества, как радикалы ОН и СН, которые могут вступать в химические реакции на любой поверхности, введенной в пламя; теплота, выделяющаяся при такой реакции, может нагреть поверхность до температуры выше температуры самого пламени. Так, например, температура, измеряемая при помощи термометра, введенного в зону пламени, может заметно отличаться от температуры газов в этой зоне. Сама температура пламени может иметь по крайней мере три значения, соответствующие эффективной вращательной, колебательной и поступательной температурам молекул. [12]

Измерения температур пламени Кэвелером и Льюисом производились для смесей ( высушенных) питтсбургского природного газа с воздухом с применением центрально окрашенного пламени мэкеровской горелки. [13]

Измерение температур полностью окрашенных незащищенных пламен различных горючих смесей производилось многократно. Из того, что сказано выше, видно, что сравнение зтих температур с теоретическими ни к чему не приведет. Они имеют только некоторую ценность для определения средних температур горения различных видов горючих смесей, интересующих промышленность. Вообще говоря эти значения не особенно расходятся с теоретическими. Сводка температур пламени дана в приложении С. [14]

Измерение температур полностью окрашенных незащищенных пламен различных горючих смесей производилось многократно. Из того, что сказано выше, видно, что сравнение этих температур с теоретическими ни к чему не приведет. Они имеют только некоторую ценность для определения средних температур горения различных видов горючих смесей, интересующих промышленность. Вообще говоря эти значения не особенно расходятся с теоретическими. Сводка температур пламени дана в приложении С. [15]

Источник

Цвет огня в зависимости от температуры

У этого термина существуют и другие значения, см. Пламя (значения).

— раскаленная газообразная среда, образующаяся при горении и электроразрядах, состоящая в значительной степени из частично ионизированных частиц, в которой происходят химические взаимодействия и физико-химические превращения составных частиц среды (в т.ч. горючего, окислителя, примесных частиц, продуктов их взаимодействия). Сопровождается интенсивным излучением (в УФ, ИК, видимой части спектра — «свечением») и выделением тепла.

В русском языке нет четкого смыслового разделения слов пламя и огонь, однако слово огонь традиционно связано с описанием процессов горения, тогда как пламя имеет более общее употребление, в том числе для процессов, не связанных с горением: молнией, электродугой, свечением вакуумных ламп и так далее.

Иногда в научной литературе пламя относят к «холодной/низкотемпературной плазме», поскольку по существу оно представляет собой газ, состоящий из термически ионизированных частиц с небольшой величиной заряда (как правило, не более ±2-3), тогда как высокотемпературной плазмой называют состояние вещества, при котором ядра атомов и их электронные оболочки сосуществуют раздельно.

Читайте также:  Как измерить заряд аккумулятора мультиметром при зарядке

Среда пламени содержит заряженные частицы (ионы, радикалы), что обусловливает наличие электропроводности пламени и его взаимодействие с электромагнитными полями. На этом принципе построены приборы, способные с помощью электромагнитного излучения приглушить пламя, оторвать от горючих материалов или изменить его форму[1].

эффект, возникающий при смешивании воды с кипящим парафином

Цвет пламени[ | ]

различный вид горелки Бунзена зависит от притока кислорода: 1. богатая топливная смесь
без предварительного смешивания с кислородом (подача кислорода закрыта) горит жёлтым коптящим рассеянным пламенем 2. подача воздуха снизу почти перекрыта 3. открыта в средней мере: смесь близка к
стехиометрической
4. подача воздуха максимальная:
бедная смесь
Цвет пламени определяется излучением электронных переходов (например, тепловым излучением) различных возбужденных (как заряженных, так и незаряженных) частиц, образующихся в результате химической реакции между молекулами горючего и кислородом воздуха, а также в результате термической диссоциации. В частности, при горении углеродного горючего в воздухе, синяя часть цвета пламени обусловлена излучением частиц CN±n, красно-оранжевая — излучением частиц С2±n и микрочастиц сажи. Излучение прочих образующихся в процессе горения частиц (CHx±n, H2O±n, HO±n, CO2±n, CO±n) и основных газов (N2, O2, Ar) лежит в невидимой для человеческого глаза и части спектра. Кроме того, на окраску пламени сильно влияет присутствие в самом топливе, деталях конструкции горелок, сопел и так далее соединений различных металлов, в первую очередь натрия. В видимой части спектра излучение натрия крайне интенсивно и ответственно за оранжево-желтый цвет пламени, при этом излучение чуть менее распространенного калия оказывается на его фоне практически не различимым (поскольку большинство организмов имеют в составе клеток K+/Na+ каналы, то в углеродном горючем растительного или животного происхождения на 3 атома натрия приходится в среднем 2 атома калия).

Цвет пламени

Пламя бывает разного цвета. Посмотрите в камин. На поленьях пляшут желтые, оранжевые, красные, белые и синие языки пламени. Его цвет зависит от температуры горения и от горючего материала. Чтобы наглядно себе это представить, вообразите спираль электрической плитки. Если плитка выключена — витки спирали холодные и черные. Допустим, вы решили подогреть суп и включили плитку. Сначала спираль становится темно-красной. Чем выше поднимается температура, тем ярче красный цвет спирали. Когда плитка разогревается до максимальной температуры, спираль становится оранжево-красной.

Температура пламени[ | ]

В этой статье не хватает ссылок на источники информации.

Информация должна быть проверяема, иначе она может быть поставлена под сомнение и удалена. Вы можете отредактировать эту статью, добавив ссылки на авторитетные источники. Эта отметка установлена 14 марта 2020 года

  • Температура воспламенения для большинства твёрдых материалов — 300 °С.
  • Температура пламени в горящей сигарете — 250–300 °С.[источник не указан 820 дней
    ]
  • Температура пламени спички 750–1400 °С; при этом 300 °С — температура воспламенения дерева, а температура горения дерева равняется примерно 500–800 °С.
  • Температура горения пропан-бутана — 800–1970 °С.
  • Температура пламени керосина — 800 °С, в среде чистого кислорода — 2000 °С.
  • Температура горения бензина — 1300–1400 °С.
  • Температура пламени спирта не превышает 900 °С.
  • Температура горения магния — 2200 °С; значительная часть излучения в УФ-диапазоне.

Наиболее высокие известные температуры горения: дицианоацетилен C4N2 5’260 К (4’990 °C) в кислороде и до 6’000 К (5’730 °C) в озоне[2]; дициан (CN)2 4’525 °C в кислороде[3].

Так как вода обладает очень большой теплоёмкостью, отсутствие водорода в горючем исключает потери тепла на образование воды и позволяет развить бо́льшую температуру.

Измерение температуры горения

В домашних условиях измерить температуру горения очень сложно. Обычный термометр здесь не подойдёт. Разумеется, «на глазок» тоже не получится определить верную температуру горения определенного материала. Чтобы привести такие исследования, нужно приобрести специальный прибор под названием пирометр.

Но необходимо знать, что большая температура горения дров в печке не будет означать, что они станут выделять необходимое количество тепла. Поэтому следует также позаботиться о качественном оборудовании. В хороших печах имеется возможность искусственным путем сокращать поступление кислорода к дровам. Таким образом, есть возможность добиться повышения температуры сгорания и понижения теплоотдачи.

Поскольку домашних условиях температуру горения разных дров измерить очень сложно, дорогостояще, а порой и невозможно, то можно полагаться на официальные данные. Все показатели уже давно вычислили в лабораторных условиях специалисты, путем сравнительного анализа. Чтобы получить необходимые результаты, перед проверкой дрова тщательно высушивались – приводились в оптимальное состояние для опытов с открытым огнем.

Порода дерева Теплотворная способность в калориях
Береза 4968
Сосна 4952
Ель 4860
Ольха 5050
Осина 4950

Понятие «температура горения дров» не совсем верно отражает главную характеристику. Необходимо обращать большее внимание на способность выделять тепло. Единица измерения такого параметра – калории – это тепловая энергия, которая на 1 градус разогревает 1 грамм обычной воды.

Жаропроизводительность

На практике человека должна интересовать жаропроизводительность выбранного материала. Это та температура, которую можно достичь при сжигании определённого вида дров.

Таблица жаропроизводительности дров:

Порода Жаропроизводительность в процентах Температура в Цельсиях
Бук и ясень 87 1044
Граб 85 1020
Зимний дуб 75 900
Лиственница 72 865
Летняя дубовая порода 70 840
Береза 68 816
Пихта 63 756
Акация 59 708
Липа 55 660
Сосна 52 624
Осина 51 612
Ольха 46 552
Тополь 39 468

Классификация[ | ]

Пламя классифицируют по:

  • агрегатному состоянию горючих веществ: пламя газообразных, жидких, твёрдых и аэродисперсных реагентов;
  • излучению: светящиеся, окрашенные, бесцветные;
  • состоянию среды горючее–окислитель: диффузионные, предварительно перемешанных сред (см. ниже);
  • характеру перемещения реакционной среды: ламинарные, турбулентные, пульсирующие;
  • температуре: холодные, низкотемпературные, высокотемпературные;
  • скорости распространения: медленные, быстрые;
  • высоте: короткие, длинные;
  • визуальному восприятию: коптящие, прозрачные, цветные.

Внутри конуса ламинарного диффузионного пламени

можно выделить 3 зоны (оболочки):

  1. тёмная зона (300—350 °C), где горение не происходит из-за недостатка окислителя;
  2. светящаяся зона, где происходит термическое разложение горючего и частичное его сгорание (500—800 °C);
  3. едва светящаяся зона, которая характеризуется окончательным сгоранием продуктов разложения горючего и максимальной температурой (900—1500 °C).

Температура пламени зависит от природы горючего вещества и интенсивности подвода окислителя.

Распространение пламени по предварительно перемешанной среде

(невозмущённой), происходит от каждой точки фронта пламени по нормали к поверхности пламени: величина такой
нормальной скорости распространения пламени
(НСРП) является основной характеристикой горючей среды. Она представляет собой минимально возможную скорость пламени. Значения НСРП отличаются у различных горючих смесей — от 0,03 до 15 м/с.

Распространение пламени по реально существующим газовоздушным смесям всегда осложнено внешними возмущающими воздействиями, обусловленными силами тяжести, конвективными потоками, трением и так далее. Поэтому реальные скорости распространения пламени всегда отличаются от нормальных. В зависимости от характера горения, скорости распространения пламени имеют следующие диапазоны величин: при дефлаграционном горении — до 100 м/с; при взрывном горении — от 300 до 1000 м/с; при детонационном горении — свыше 1000 м/с.

Пламя горящей свечи сопровождало человека тысячи лет.

Окислительное пламя[ | ]

Расположено в верхней, самой горячей части пламени, где горючие вещества практически полностью превращены в продукты горения. В данной области пламени избыток кислорода и недостаток топлива, поэтому помещённые в эту зону вещества интенсивно окисляются

Восстановительное пламя[ | ]

Это часть пламени, наиболее близко расположенная к центру или чуть ниже центра пламени. В этой области пламени много топлива и мало кислорода для горения, поэтому, если внести в эту часть пламени вещество, содержащее кислород, то кислород отнимается у вещества.

Проиллюстрировать это можно на примере реакции восстановления сульфата бария BaSO4. С помощью платиновой петли забирают BaSO4 и нагревают его в восстановительной части пламени спиртовой горелки. При этом сульфат бария восстанавливается и образуется сульфид бария BaS. Поэтому пламя и называют восстановительным

.
Пламенный тест на натрий.
Цвет пламени зависит от нескольких факторов. Наиболее важны: температура, наличие в пламени микрочастиц и ионов, определяющих эмиссионный спектр.

История открытия

В 1695 году из минеральной воды Эпсомского источника в Англии выделили соль, обладавшую горьким вкусом и слабительным действием. Аптекари назвали её «горькой солью», а также «английской» или «эпсомской солью». Минерал эпсомит представляет собой кристаллогидрат сульфата магния и имеет химическую формулу MgSO4 · 7H2O. Латинское название элемента происходит от названия древнего города Магнезия в Малой Азии, в окрестностях которого имеются залежи минерала магнезита.

В 1792 году Антон фон Рупрехт выделил из белой магнезии восстановлением углём неизвестный металл, названный им австрием

. Позже было установлено, что «
австрий
» представляет собой магний крайне низкой степени чистоты, поскольку исходное вещество было сильно загрязнено железом.

В 1808 г. английский химик Гемфри Дэви с помощью электролиза увлажнённой смеси магнезии и оксида ртути получил амальгаму неизвестного металла, которому дал название «магнезиум», сохранившееся до сих пор во многих странах. В России с 1831 года принято название «магний». В 1829 г. французский химик А. Бюсси получил магний, восстанавливая его расплавленный хлорид металлическим калием. В 1830 г. М. Фарадей получил магний электролизом расплавленного хлорида магния.

Пламя в условиях невесомости[ | ]

В условиях, когда ускорение свободного падения компенсируется центробежной силой, например, при полёте по орбите земли, горение вещества выглядит несколько иначе. Поскольку ускорение свободного падения компенсировано, сила Архимеда практически отсутствует. Таким образом, в условиях невесомости горение веществ происходит у самой поверхности вещества (пламя не вытягивается), а сгорание более полное. Продукты горения постепенно равномерно распространяются в среде. Это весьма опасно для систем вентилирования. Также серьёзную опасность представляют пудры, поэтому в космосе порошкообразные материалы не применяются нигде, кроме специальных опытов именно с порошками.

В струе воздуха пламя вытягивается и принимает привычный облик. Пламя газовых горелок благодаря давлению газа в условиях невесомости внешне также не отличается от горения в земных условиях.

От чего зависит цвет пламени

Нечто подобное происходит и с пламенем. Возьмем для примера свечу. Различные участки пламени свечи имеют разную температуру. Огню нужен кислород. Если свечу накрыть стеклянной банкой, огонь погаснет. Центральный, прилегающий к фитилю участок пламени свечи, потребляет мало кислорода, и выглядит темным. Верхушке и боковым участкам пламени достается больше кислорода, поэтому эти участки ярче.

По мере того как пламя продвигается по фитилю, воск тает и потрескивает, рассыпаясь на мельчайшие частички углерода. (Каменный уголь тоже состоит из углерода.) Эти частички увлекаются пламенем кверху и сгорают. Они очень горячие и светятся, как спираль вашей плитки. Но частички углерода намного горячее, чем спираль самой жаркой плитки (температура сгорания углерода примерно 1 400 градусов Цельсия). Поэтому свечение их имеет желтый цвет. Около горящего фитиля пламя еще горячее и светится синим цветом.

Пламя камина или костра в основном пестрого вида. Дерево горит при более низкой температуре, чем фитиль свечи, поэтому основной цвет костра — оранжевый, а не желтый. Некоторые частички углерода в пламени костра имеют довольно высокую температуру. Их немного, но они добавляют пламени желтоватый оттенок. Остывшие частички раскаленного углерода — это копоть, которая оседает на печных трубах. Температура горения дерева ниже температуры горения свечи. Кальций, натрий и медь, нагретые до высокой температуры, светятся разными цветами. Их добавляют в порох ракет для расцвечивания огней праздничных фейерверков.

Примечания[ | ]

  1. Журнал «Популярная механика» Выпуск 106 август 2011. стр. 18
  2. Kirshenbaum, A. D.; A. V. Grosse (May 1956). «The Combustion of Carbon Subnitride, NC4N, and a Chemical Method for the Production of Continuous Temperatures in the Range of 5000–6000°K». Journal of the American Chemical Society. 78 (9): 2020. doi:10.1021/ja01590a075
  3. Thomas, N.; Gaydon, A. G.; Brewer, L. (1952). «Cyanogen Flames and the Dissociation Energy of N2». The Journal of Chemical Physics. 20 (3): 369–374. Bibcode:1952JChPh..20..369T. doi:10.1063/1.1700426.
Для улучшения этой статьи желательно:

  • Проставив сноски, внести более точные указания на источники.
  • Найти и оформить в виде сносок ссылки на независимые авторитетные источники, подтверждающие написанное.

Пожалуйста, после исправления проблемы исключите её из списка параметров. После устранения всех недостатков этот шаблон может быть удалён любым участником.

От чего зависит цвет пламени?

Пламя бывает разного цвета. Посмотрите в камин. На поленьях пляшут желтые, оранжевые, красные, белые и синие языки пламени. Его цвет зависит от температуры горения и от горючего материала. Чтобы наглядно себе это представить, вообразите спираль электрической плитки. Если плитка выключена — витки спирали холодные и черные. Допустим, вы решили подогреть суп и включили плитку. Сначала спираль становится темно-красной. Чем выше поднимается температура, тем ярче красный цвет спирали. Когда плитка разогревается до максимальной температуры, спираль становится оранжево-красной.

Естественно, спираль не горит. Вы же не видите пламени. Она просто очень горячая. Если нагревать ее дальше, то будет меняться и цвет. Сначала цвет спирали станет желтым, затем белым, а когда она раска­лится еще больше, от нее будет исходить голубое сияние.

Нечто подобное происходит и с пламенем. Возьмем для примера свечу. Различные участки пламени свечи имеют разную температуру. Огню нужен кислород. Если свечу накрыть стеклянной банкой, огонь погаснет. Центральный, прилегающий к фитилю участок пламени свечи, потребляет мало кислорода, и выглядит темным. Верхушке и боковым участкам пламени достается больше кислорода, поэтому эти участки ярче. По мере того как пламя продвигается по фитилю, воск тает и потрескивает, рассыпаясь на мельчайшие частички углерода. (Каменный уголь тоже состоит из углерода.) Эти частички увлекаются пламенем кверху и сгорают. Они очень горячие и светятся, как спираль вашей плитки. Но частички углерода намного горячее, чем спираль самой жаркой плитки (температура сгорания углерода примерно 1 400 градусов Цельсия). Поэтому свечение их имеет желтый цвет. Около горящего фитиля пламя еще горячее и светится синим цветом.

Литература [ править | править код ]

Тидеман Б. Г., Сциборский Д. Б.

Химия горения. — Л. , 1935.

Первые химики считали, что огонь вызывается выделением из тел вещества «флогистон», который содержат все взрывчатые и горючие материалы. Но в XVIII веке было доказано, что причиной горения является менее таинственный элемент — кислород. Согласно этой модели явления, пламя указывает на место взаимодействия окислителя с горючим материалом, а его цвет — на температуру огня.

Читать также: Ресивер сжатого воздуха принцип работы

Цветовая характеристика

Излучения различных цветов пламени, вызывается электронными переходами. Их еще называют тепловыми. Так, в результате горения углеводородного компонента в воздушной среде, синее пламя обусловлено выделением соединения H-C. А при излучении частичек C-C, факел окрашивается в оранжево-красный цвет.

Трудно рассмотреть строение пламени, химия которого включает соединения воды, углекислого и угарного газа, связь OH. Его языки практически бесцветны, так как вышеуказанные частички при горении выделяют излучения ультрафиолетового и инфракрасного спектра.

Окраска пламени взаимосвязана с температурными показателями, с наличием в нем ионных частиц, которые относятся к определенному эмиссионному или оптическому спектру. Так, горение некоторых элементов приводит к изменению цвета огня в горелке. Отличия в окрашивании факела связаны с расположением элементов в разных группах системы периодической.

Огонь на наличие излучений, относящихся к видимому спектру, изучают спектроскопом. При этом было установлено, что простые вещества из общей подгруппы оказывают и подобное окрашивание пламени. Для наглядности используют горение натрия в качестве теста на данный металл. При внесении его в пламя, языки становятся ярко-желтыми. На основании цветовых характеристик выделяют натриевую линию в эмиссионном спектре.

Для щелочных металлов характерно свойство быстрого возбуждения светового излучения атомарных частиц. При внесении труднолетучих соединений таких элементов в огонь горелки Бунзена происходит его окрашивание.

Спектроскопическое исследование показывает характерные линии в области, видимой для глаза человека. Быстрота возбуждения светового излучения и простое спектральное строение тесно взаимосвязаны с высокой электроположительной характеристикой данных металлов.

Источник

Сравнить или измерить © 2021
Внимание! Информация, опубликованная на сайте, носит исключительно ознакомительный характер и не является рекомендацией к применению.