: "Das Brennen" adressiert hier um. Für das Verbrennen ohne Außenzünden, sieh Selbstentzündung. Für den Fahrzeugmotor, sieh inneren Verbrennungsmotor. Für anderen Gebrauch, sieh Brennend (Begriffserklärung) und Verbrennen (Begriffserklärung).

Verbrennen oder das Brennen ist die Folge von exothermic chemischen Reaktionen zwischen einem Brennstoff und einem oxidant, der durch die Produktion der Hitze und Konvertierung der chemischen Arten begleitet ist. Die Ausgabe der Hitze kann auf die Produktion des Lichtes in der Form entweder glühenden oder eine Flamme hinauslaufen. Brennstoffe von Interesse schließen häufig organische Zusammensetzungen (besonders Kohlenwasserstoffe) im Benzin, flüssiger oder fester Phase ein.

In einer ganzen Verbrennen-Reaktion reagiert eine Zusammensetzung mit einem Oxidieren-Element, wie Sauerstoff oder Fluor, und die Produkte sind Zusammensetzungen jedes Elements im Brennstoff mit dem Oxidieren-Element. Zum Beispiel:

: + 2  + 2 HO + Energie

Ein einfaches Beispiel kann im Verbrennen von Wasserstoff und Sauerstoff gesehen werden, der eine allgemein verwendete Reaktion in Raketentriebwerken ist:

:2 +  2 HO (g) + heizen

Das Ergebnis ist Wasserdampf oder "Dampf".

Ganzes Verbrennen ist fast unmöglich zu erreichen. In Wirklichkeit, als wirkliche Verbrennen-Reaktionen zum Gleichgewicht kommen, wird ein großes Angebot an den größeren und geringen Arten wie Kohlenmonoxid und reiner Kohlenstoff (Ruß oder Asche) da sein. Zusätzlich wird jedes Verbrennen in atmosphärischer Luft, die 78-%-Stickstoff ist, auch mehrere Formen von Stickstoff-Oxyden schaffen.

Typen

Abgeschlossen gegen den unvollständigen

Im ganzen Verbrennen brennt der Reaktionspartner in Sauerstoff, eine begrenzte Zahl von Produkten erzeugend. Wenn ein Kohlenwasserstoff in Sauerstoff brennt, wird die Reaktion nur Kohlendioxyd und Wasser nachgeben. Wenn Elemente verbrannt werden, sind die Produkte in erster Linie die allgemeinsten Oxyde. Kohlenstoff wird Kohlendioxyd nachgeben, Stickstoff wird Stickstoff-Dioxyd nachgeben, Schwefel wird Schwefel-Dioxyd nachgeben, und Eisen wird Eisen (III) Oxyd nachgeben.

Verbrennen ist zum maximalen Grad der Oxydation nicht notwendigerweise günstig, und es kann temperaturabhängig sein. Zum Beispiel wird Schwefel-Trioxid quantitativ im Verbrennen des Schwefels nicht erzeugt. Stickstoff-Oxyde fangen an, sich oben zu formen, und mehr Stickstoff-Oxyde werden bei höheren Temperaturen erzeugt. Unter dieser Temperatur wird molekularer Stickstoff (N) bevorzugt. Es ist auch eine Funktion des Sauerstoff-Übermaßes.

In den meisten Industrieanwendungen und in Feuern ist Luft die Quelle von Sauerstoff (O). In Luft wird jeder Maulwurf von Sauerstoff mit etwa 3.76 Maulwurf des Stickstoffs gemischt. Stickstoff nimmt am Verbrennen, aber bei hohen Temperaturen nicht teil, ein Stickstoff wird zu Nein, gewöhnlich zwischen 1 % und 0.002 % (2 ppm) umgewandelt. Außerdem, wenn es jedes unvollständige Verbrennen gibt, wird etwas von Kohlenstoff zum Kohlenmonoxid umgewandelt. Ein mehr ganzer Satz von Gleichungen für das Verbrennen des Methans in Luft ist deshalb:

: + 2  + 2 HO

:2 + 3  2 + 4 HO

: +  2

: + 2  2

Unvollständig

Unvollständiges Verbrennen wird nur vorkommen, wenn es nicht genug Sauerstoff gibt, um dem Brennstoff zu erlauben, völlig zu reagieren, um Kohlendioxyd und Wasser zu erzeugen. Es auch zufällig, wenn das Verbrennen durch ein Hitzebecken wie eine feste Oberfläche oder Flamme-Falle gelöscht wird.

Für die meisten Brennstoffe, wie Dieselkraftstoff, Kohle oder Holz, kommt pyrolysis vor dem Verbrennen vor. Im unvollständigen Verbrennen bleiben Produkte von pyrolysis unverbrannt und verseuchen den Rauch mit der schädlichen particulate Sache und dem Benzin. Teilweise oxidierte Zusammensetzungen sind auch eine Sorge; die teilweise Oxydation von Vinylalkohol kann schädlichen Acetaldehyd erzeugen, und Kohlenstoff kann toxisches Kohlenmonoxid erzeugen.

Die Qualität des Verbrennens kann durch das Design von Verbrennen-Geräten, wie Brenner und innere Verbrennungsmotoren verbessert werden. Weitere Verbesserungen sind durch katalytische Nachverbrennungsgeräte (wie Katalysatoren) oder durch die einfache teilweise Rückkehr der Abgase in den Verbrennen-Prozess erreichbar. Solche Geräte sind durch die Umweltgesetzgebung für Autos in den meisten Ländern erforderlich, und können in großen Verbrennen-Geräten wie Thermalkraftwerke notwendig sein, um gesetzliche Emissionsstandards zu erreichen.

Der Grad des Verbrennens kann gemessen und mit der Testausrüstung analysiert werden. HVAC Auftragnehmer, Feuerwehrmänner und Ingenieure verwenden Verbrennen Analysatoren, um die Leistungsfähigkeit eines Brenners während des Verbrennen-Prozesses zu prüfen. Außerdem kann die Leistungsfähigkeit eines inneren Verbrennungsmotors auf diese Weise gemessen werden, und einige Staaten und lokale Stadtbezirke verwenden Verbrennen-Analyse, um die Leistungsfähigkeit von Fahrzeugen auf der Straße heute zu definieren und abzuschätzen.

Das Glimmen

Das Glimmen ist das langsame, die niedrige Temperatur, flameless Form des Verbrennens, das durch die entwickelte Hitze gestützt ist, wenn Sauerstoff direkt die Oberfläche eines kondensierten phasigen Brennstoffs angreift. Es ist eine normalerweise unvollständige Verbrennen-Reaktion. Feste Materialien, die eine glimmende Reaktion stützen können, schließen Kohle, Zellulose, Holz, Baumwolle, Tabak, Torf, Mehlpudding, Humus, synthetischen Schaum ein, Polymer einschließlich Polyurethan-Schaums und Staubs verkohlend. Allgemeine Beispiele von glimmenden Phänomenen sind die Einleitung von Wohnfeuern auf gepolsterten Möbeln durch schwache Hitzequellen (z.B, eine Zigarette, eine gekurzschlossene Leitung), und das beharrliche Verbrennen der Biomasse hinter der brennenden Vorderseite von verheerenden Feuern

Schnell

Schnelles Verbrennen ist eine Form des Verbrennens, das sonst als ein Feuer bekannt ist, in dem große Beträge der Hitze und leichten Energie veröffentlicht werden, der häufig auf eine Flamme hinausläuft. Das wird in einer Form der Maschinerie wie innere Verbrennungsmotoren und in thermobaric Waffen verwendet. Manchmal wird ein großes Volumen von Benzin im Verbrennen außer der Produktion der Hitze und des Lichtes befreit. Die plötzliche Evolution von großen Mengen von Benzin schafft übermäßigen Druck, der ein lautes Geräusch erzeugt. Solch ein Verbrennen ist als eine Explosion bekannt. Verbrennen braucht Sauerstoff nicht einzuschließen; z.B brennt Wasserstoff im Chlor, um Wasserstoffchlorid mit der Befreiung der Hitze und leichten Eigenschaft des Verbrennens zu bilden.

Unruhig

Verbrennen, das auf eine unruhige Flamme hinausläuft, ist für die Industrieanwendung am meisten verwendet (z.B Gasturbinen, Benzinmotoren, usw.), weil die Turbulenz dem sich vermischenden Prozess zwischen dem Brennstoff und Oxydationsmittel hilft.

Mikroernst

Verbrennen-Prozesse benehmen sich verschieden in einer Mikroernst-Umgebung als in Erdernst-Bedingungen wegen des Mangels an der Ausgelassenheit. Zum Beispiel nimmt eine Flamme einer Kerze die Gestalt eines Bereichs. Mikroernst-Verbrennen-Forschung trägt zum Verstehen der Raumfahrzeugfeuersicherheit und den verschiedenen Aspekten der Verbrennen-Physik bei.

Mikroverbrennen

Verbrennen-Prozesse, die im sehr kleinen Volumen geschehen, werden als Mikroverbrennen betrachtet. Das Löschen der Entfernung spielt eine Lebensrolle im Stabilisieren der Flamme in solchen Verbrennungsräumen.

Chemische Gleichung

Allgemein ist die chemische Gleichung für das stochiometrische Brennen des Kohlenwasserstoffs in Sauerstoff

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Zum Beispiel ist das Brennen von Propan

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Allgemein ist die chemische Gleichung für das stochiometrische unvollständige Verbrennen des Kohlenwasserstoffs in Sauerstoff wie folgt:

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Zum Beispiel ist das unvollständige Verbrennen von Propan:

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Die einfache Wortgleichung für das Verbrennen eines Kohlenwasserstoffs in Sauerstoff ist:

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Wenn das Verbrennen mit Luft als die Sauerstoff-Quelle stattfindet, kann der Stickstoff zur Gleichung, als hinzugefügt werden, und obwohl es nicht reagiert, um die Zusammensetzung des Flusen-Benzins zu zeigen:

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Zum Beispiel ist das Brennen von Propan:

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Die einfache Wortgleichung für diesen Typ des Verbrennens ist Kohlenwasserstoff in Luft:

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Stickstoff kann auch oxidieren, wenn es ein Übermaß an Sauerstoff gibt. Die Reaktion wird nur bei hohen Temperaturen thermodynamisch bevorzugt. Dieselmotoren werden mit einem Übermaß an Sauerstoff zu combust kleinen Partikeln geführt, die dazu neigen, sich mit nur einem stochiometrischen Betrag von Sauerstoff zu formen, notwendigerweise Stickstoff-Oxydemissionen erzeugend. Sowohl die Vereinigten Staaten als auch Europäische Union planen, Grenzen zu Stickstoff-Oxydemissionen festzusetzen, die den Gebrauch eines speziellen Katalysatoren oder die Behandlung des Auslassventils mit dem Harnstoff nötig machen.

Brennstoffe

Substanzen oder Materialien, die Verbrennen erleben, werden Brennstoffe genannt. Die allgemeinsten Beispiele sind Leuchtpetroleum, Diesel, Benzin, Holzkohle, Kohle, Holz usw.

Ein guter Brennstoff ist derjenige, der sogleich verfügbar ist, preiswert ist, leicht in Luft und an einer gemäßigten Rate brennt, einen hohen Heizwert hat und freundliche Umgebung ist. Es gibt wahrscheinlich keinen Brennstoff, der als ein idealer Brennstoff betrachtet werden kann.

Flüssige Brennstoffe

Das Verbrennen eines flüssigen Brennstoffs in einer Oxidieren-Atmosphäre geschieht wirklich in der Gasphase. Es ist der Dampf, der, nicht die Flüssigkeit brennt. Deshalb wird eine Flüssigkeit normalerweise nur über einer bestimmten Temperatur Feuer fangen: sein Flammpunkt. Der Flammpunkt eines flüssigen Brennstoffs ist die niedrigste Temperatur, bei der er eine brennbare Mischung mit Luft bilden kann. Es ist auch die minimale Temperatur, bei der es gibt, genug hat Brennstoff in der Luft verdampft, um Verbrennen anzufangen.

Feste Brennstoffe

Die Tat des Verbrennens besteht aus drei relativ verschiedenen, aber überlappenden Phasen:

• Das Vorwärmen der Phase, wenn der unverbrannte Brennstoff bis zu seinem Flammpunkt und dann Brennpunkt geheizt wird. Feuergefährliches Benzin fängt an, in einem Prozess entwickelt zu werden, der ähnlich ist, um Destillation auszutrocknen.
• Destillationsphase oder gasartige Phase, wenn die Mischung von entwickeltem feuergefährlichem Benzin mit Sauerstoff entzündet wird. Energie wird in der Form der Hitze und des Lichtes erzeugt. Flammen sind häufig sichtbar. Die Wärmeübertragung vom Verbrennen bis den Festkörper erhält die Evolution von feuergefährlichen Dämpfen aufrecht.
• Holzkohle-Phase oder feste Phase, wenn die Produktion von feuergefährlichem Benzin vom Material für die beharrliche Anwesenheit der Flamme und des verkohlten Brennstoffs zu niedrig ist, brennen schnell nicht und glühen gerade, und später glimmt nur.

Reaktionsmechanismus

Das Verbrennen in Sauerstoff ist eine radikale Kettenreaktion, wo viele verschiedene radikale Zwischenglieder teilnehmen.

Die hohe für die Einleitung erforderliche Energie wird durch die ungewöhnliche Struktur des dioxygen Moleküls erklärt. Die Konfiguration der niedrigsten Energie des dioxygen Moleküls ist ein stabiler, relativ unreaktiver diradical in einem Drilling-Drehungsstaat. Das Abbinden kann mit drei verpfändenden Elektronpaaren und zwei Antiabbinden-Elektronen beschrieben werden, deren Drehungen ausgerichtet, solch werden, dass das Molekül winkeligen Nichtnullgesamtschwung hat. Die meisten Brennstoffe sind andererseits in einem Unterhemd-Staat, mit paarweise angeordneten Drehungen und winkeligem Nullgesamtschwung. Die Wechselwirkung zwischen den zwei ist Quant mechanisch ein "verbotener Übergang", d. h. möglich mit einer sehr niedrigen Wahrscheinlichkeit. Um Verbrennen zu beginnen, ist Energie erforderlich, dioxygen in einen mit der Drehung paarweise angeordneten Staat oder Unterhemd-Sauerstoff zu zwingen. Dieses Zwischenglied ist äußerst reaktiv. Die Energie wird als Hitze geliefert. Die Reaktion erzeugt Hitze, die sie das Gehen hält.

Wie man

denkt, wird das Verbrennen von Kohlenwasserstoffen durch die Wasserstoffatom-Abstraktion (nicht Protonenabstraktion) vom Brennstoff bis Sauerstoff begonnen, gibt ein Hydroperoxyd radikal (HOO). Das reagiert weiter, um Hydroperoxyde zu geben, die bis dazu brechen, geben hydroxyl Radikalen. Es gibt eine große Vielfalt dieser Prozesse, die Kraftstoffradikale und Oxidieren-Radikale erzeugen. Das Oxidieren der Arten schließt Unterhemd-Sauerstoff, hydroxyl, monatomic Sauerstoff und hydroperoxyl ein. Solche Zwischenglieder sind kurzlebig und können nicht isoliert werden. Jedoch sind nichtradikale Zwischenglieder stabil und werden im unvollständigen Verbrennen erzeugt. Ein Beispiel ist im Verbrennen von Vinylalkohol erzeugter Acetaldehyd. Ein Zwischenglied im Verbrennen von Kohlenstoff und Kohlenwasserstoffen, Kohlenmonoxid, ist von spezieller Wichtigkeit, weil es ein giftiges Benzin, sondern auch wirtschaftlich nützlich für die Produktion von syngas ist.

Feste und schwere flüssige Brennstoffe erleben auch eine große Zahl von pyrolysis Reaktionen, die leichter oxidierte, gasartige Brennstoffe geben. Diese Reaktionen sind endothermic und verlangen unveränderlichen Energieeingang von den Verbrennen-Reaktionen. Ein Mangel an Sauerstoff oder anderen schlecht bestimmten Bedingungen läuft auf diese schädlichen und karzinogenen pyrolysis Produkte hinaus, die als dicker, schwarzer Rauch ausstrahlen werden.

Temperatur

Vollkommene Verbrennen-Bedingungen, wie ganzes Verbrennen unter adiabatischen Bedingungen (d. h., kein Hitzeverlust oder Gewinn) annehmend, kann die adiabatische Verbrennen-Temperatur bestimmt werden. Die Formel, die diese Temperatur nachgibt, basiert auf dem ersten Gesetz der Thermodynamik und nimmt die Tatsache zur Kenntnis, dass die Verbrennungswärme völlig verwendet wird, für den Brennstoff, die Verbrennungsluft oder den Sauerstoff und das Verbrennen-Produktbenzin (allgemein gekennzeichnet als das Flusen-Benzin) zu heizen.

Im Fall von in Luft verbrannten fossilen Brennstoffen hängt die Verbrennen-Temperatur vom ganzen folgenden ab:

• der Heizungswert;
• die stochiometrische Luft zum Kraftstoffverhältnis;
• die spezifische Hitzekapazität des Brennstoffs und der Luft;
• die Luft und Kraftstoffeinlasstemperaturen.

Die adiabatische Verbrennen-Temperatur (auch bekannt als die adiabatische Flamme-Temperatur) nehmen für höhere Heizungswerte und Einlassluft und Kraftstofftemperaturen und für stochiometrische Luftverhältnisse zu, die sich ein nähern.

Meistens sind die adiabatischen Verbrennen-Temperaturen für Kohlen ringsherum (für Einlassluft und Brennstoff an Umgebungstemperaturen und für) ringsherum für Öl und für Erdgas.

In angezündeten Industrieheizungen, Kraftwerk-Dampfgeneratoren und großen gasbefeuerten Turbinen, ist die allgemeinere Weise, den Gebrauch mehr auszudrücken, als die stochiometrische Verbrennungsluft Prozent-Überverbrennungsluft. Zum Beispiel, Überverbrennungsluft des 15-Prozent-Mittels, das um 15 Prozent mehr als die erforderliche stochiometrische Luft verwendet wird.

Instabilitäten

Verbrennen-Instabilitäten sind normalerweise gewaltsame Druck-Schwingungen in einem Verbrennungsraum. Diese Druck-Schwingungen können nicht weniger als 180 DB, und langfristige Aussetzung von diesen sein zyklischer Druck und Thermallasten reduzieren das Leben von Motorbestandteilen. In Raketen, wie der F1, der im Saturn V Programm verwendet ist, haben Instabilitäten zu massivem Schaden des Verbrennungsraums und der Umgebungsbestandteile geführt. Dieses Problem wurde durch das neu Entwerfen des Kraftstoffinjektors behoben. In flüssigen Düsenantrieben können die Tröpfchen-Größe und der Vertrieb verwendet werden, um die Instabilitäten zu verdünnen. Verbrennen-Instabilitäten sind eine Hauptsorge in Boden-basierten Gasturbinenmotoren wegen NOx Emissionen. Die Tendenz ist, mager, ein Gleichwertigkeitsverhältnis weniger als 1 zu laufen, die Verbrennen-Temperatur zu reduzieren und so die NOx Emissionen zu reduzieren; jedoch macht das Laufen des mageren Verbrennens es sehr empfindlich gegen Verbrennen-Instabilitäten.

Das Rayleigh Kriterium ist die Basis für die Analyse von thermoacoustic Verbrennen-Instabilitäten und wird mit dem Rayleigh Index über einen Zyklus der Instabilität bewertet:

:

wo q' die Hitzeausgabe-Rate-Unruhe ist und p' die Druck-Schwankung ist.

Wenn die Hitzeausgabe-Schwingungen in der Phase mit den Druck-Schwingungen sind, ist der Rayleigh Index positiv und der Umfang der akustischen Thermoinstabilitätszunahmen. Andererseits, wenn der Rayleigh Index negativ ist, dann kommt Thermoacoustic-Dämpfung vor. Das Rayleigh Kriterium deutet an, dass eine thermoacoustic Instabilität optimal kontrolliert werden kann, indem sie Hitzeausgabe-Schwingungen 180 gegenphasige Grade mit Druck-Schwingungen an derselben Frequenz gehabt wird. Das minimiert den Rayleigh Index.

Brenngeschwindigkeit

Brenngeschwindigkeit ist der Betrag der Masse eines Materials, das Verbrennen über eine Zeitdauer durchgeht. Es kann in g/s oder kg/s ausgedrückt werden.

Siehe auch

Zusammenhängende Konzepte

• Luftkraftstoffverhältnis
• Autozünden-Temperatur
• Verpuffung
• Detonation
• Staub-Explosion
• Explosion
• Feuer
• Flusen-Gasemissionen vom Verbrennen des fossilen Brennstoffs
• Flusen-Benzin schobert auf
• Gasstöchiometrie
• Verbrennungswärme
• Theorie von Phlogiston (historischer)
• Pyrolysis
• Pyrophoric
• Das Glimmen
• Ruß
• Selbstentzündung
• Stöchiometrie
• Chemisches sich schlingendes Verbrennen

Maschinen und Ausrüstung

• Boiler
• Wassererwärmer
• Zyklon-Brennofen
• Bunsenbrenner
• Außenverbrennungsmotor
• Industriebrennöfen
• Gasturbine
• Innerer Verbrennungsmotor
• Düsenantrieb
• Raketentriebwerk
• Drehverbrennungsmotor
• Inszenierter Verbrennen-Zyklus (Rakete)

Maß-Techniken

• Wärmemengenzähler
• Zusammenhängend schürt Spektroskopie von Raman (AUTOS) anti
• Laserdoppler velocimetry
• Laserveranlasste Fluoreszenz
• Partikel-Image velocimetry
• Dünner Glühfaden pyrometry

Soziale Anwendungen und Probleme

• Das Kochen
• Speiseöl
• Erderwärmung

Links

• Einfacher applet des Verbrennens des Kohlenwasserstoffs, der die Chemische Gleichung illustriert.
• Simulation des Gasverbrennens
• Theoretisches und Numerisches Verbrennen Online-Version des Buches von T. Poinsot und D. Veynante
• Handbuch des Verbrennens