Кіріспе
Отын мен оттегінің арасындағы химиялық реакция – жану немесе күю, отын (тотығуға ұшырайтын зат) мен тотықтырғыш, әдетте атмосфералық оттегінің арасындағы жоғары температуралы экзотермиялық тотығу-тотығу реакциясы болып табылады. Осы реакция нәтижесінде тотыққан, көбінесе газ тәрізді өнімдер пайда болады, бұл қоспа түтін деп аталады. Күю әрқашан отқа алып келе бермейді, себебі жалын тек күйіп жатқан заттардың буға айналғанда ғана көрінеді. Бірақ, егер от пайда болса, жалын реакцияның ерекше белгісі болып табылады. Күюді бастау үшін белсендіру энергиясы берілуі керек (мысалы, отты жағу үшін тұтандырылған сіріңке пайдалану). Ал, жалыннан шыққан жылу реакцияны өздігінен жалғастыру үшін жеткілікті энергияны қамтамасыз ете алады. Күюді зерттеу ғылымы – күю ғылымы деп аталады. Күю көбінесе элементарлық радикалдық реакциялардың күрделі тізбегі болып келеді. Ағаш және көмір сияқты қатты отындар алдымен газ тәрізді отындарды өндіру үшін эндотермиялық пиролизден өтеді, содан кейін олардың күюі одан да көп отын өндіруге қажетті жылуды қамтамасыз етеді. Күю көбінесе қызып, жарқыраған немесе жалын түрінде жарық шығарады. Мысалы, сутегі мен оттегінің су буына айналуы, бұл реакция ракеталық қозғалтқыштарды отынмен қамтамасыз ету үшін қолданылады. Бұл реакция 242 кДж/моль жылу шығарып, энтальпияны төмендетеді (тұрақты температура мен қысымда):
Combustion, or burning, is a high temperature exothermic redox chemical reaction between a fuel (the reductant) and an oxidant, usually atmospheric oxygen, that produces oxidized, often gaseous products, in a mixture termed as smoke. Combustion does not always result in fire, because a flame is only visible when substances undergoing combustion vaporize, but when it does, a flame is a characteristic indicator of the reaction. While activation energy must be supplied to initiate combustion (e. g., using a lit match to light a fire), the heat from a flame may provide enough energy to make the reaction self sustaining. The study of combustion is known as combustion science. Combustion is often a complicated sequence of elementary radical reactions. Solid fuels, such as wood and coal, first undergo endothermic pyrolysis to produce gaseous fuels whose combustion then supplies the heat required to produce more of them. Combustion is often hot enough that incandescent light in the form of either glowing or a flame is produced. A simple example can be seen in the combustion of hydrogen and oxygen into water vapor, a reaction which is commonly used to fuel rocket engines. This reaction releases 242kJ/mol of heat and reduces the enthalpy accordingly (at constant temperature and pressure):
2H 2(g){+}O 2(g)\rightarrow 2H 2O\uparrow
Uncatalyzed combustion in air requires relatively high temperatures. Complete combustion is stoichiometric concerning the fuel, where there is no remaining fuel, and ideally, no residual oxidant. Thermodynamically, the chemical equilibrium of combustion in air is overwhelmingly on the side of the products. However, complete combustion is almost impossible to achieve, since the chemical equilibrium is not necessarily reached, or may contain unburnt products such as carbon monoxide, hydrogen and even carbon (soot or ash). Thus, the produced smoke is usually toxic and contains unburned or partially oxidized products. Any combustion at high temperatures in atmospheric air, which is 78 percent nitrogen, will also create small amounts of several nitrogen oxides, commonly referred to as NOx, since the combustion of nitrogen is thermodynamically favored at high, but not low temperatures. Since burning is rarely clean, fuel gas cleaning or catalytic converters may be required by law. Fires occur naturally, ignited by lightning strikes or by volcanic products. Combustion (fire) was the first controlled chemical reaction discovered by humans, in the form of campfires and bonfires, and continues to be the main method to produce energy for humanity. Usually, the fuel is carbon, hydrocarbons, or more complicated mixtures such as wood that contain partially oxidized hydrocarbons. The thermal energy produced from the combustion of either fossil fuels such as coal or oil, or from renewable fuels such as firewood, is harvested for diverse uses such as cooking, production of electricity or industrial or domestic heating. Combustion is also currently the only reaction used to power rockets. Combustion is also used to destroy (incinerate) waste, both nonhazardous and hazardous. Oxidants for combustion have high oxidation potential and include atmospheric or pure oxygen, chlorine, fluorine, chlorine trifluoride, nitrous oxide and nitric acid. For instance, hydrogen burns in chlorine to form hydrogen chloride with the liberation of heat and light characteristic of combustion. Although usually not catalyzed, combustion can be catalyzed by platinum or vanadium, as in the contact process.
2H₂(г) + O₂(г) → 2H₂O(г)
Combustion, or burning, is a high temperature exothermic redox chemical reaction between a fuel (the reductant) and an oxidant, usually atmospheric oxygen, that produces oxidized, often gaseous products, in a mixture termed as smoke. Combustion does not always result in fire, because a flame is only visible when substances undergoing combustion vaporize, but when it does, a flame is a characteristic indicator of the reaction. While activation energy must be supplied to initiate combustion (e. g., using a lit match to light a fire), the heat from a flame may provide enough energy to make the reaction self sustaining. The study of combustion is known as combustion science. Combustion is often a complicated sequence of elementary radical reactions. Solid fuels, such as wood and coal, first undergo endothermic pyrolysis to produce gaseous fuels whose combustion then supplies the heat required to produce more of them. Combustion is often hot enough that incandescent light in the form of either glowing or a flame is produced. A simple example can be seen in the combustion of hydrogen and oxygen into water vapor, a reaction which is commonly used to fuel rocket engines. This reaction releases 242kJ/mol of heat and reduces the enthalpy accordingly (at constant temperature and pressure):
2H 2(g){+}O 2(g)\rightarrow 2H 2O\uparrow
Uncatalyzed combustion in air requires relatively high temperatures. Complete combustion is stoichiometric concerning the fuel, where there is no remaining fuel, and ideally, no residual oxidant. Thermodynamically, the chemical equilibrium of combustion in air is overwhelmingly on the side of the products. However, complete combustion is almost impossible to achieve, since the chemical equilibrium is not necessarily reached, or may contain unburnt products such as carbon monoxide, hydrogen and even carbon (soot or ash). Thus, the produced smoke is usually toxic and contains unburned or partially oxidized products. Any combustion at high temperatures in atmospheric air, which is 78 percent nitrogen, will also create small amounts of several nitrogen oxides, commonly referred to as NOx, since the combustion of nitrogen is thermodynamically favored at high, but not low temperatures. Since burning is rarely clean, fuel gas cleaning or catalytic converters may be required by law. Fires occur naturally, ignited by lightning strikes or by volcanic products. Combustion (fire) was the first controlled chemical reaction discovered by humans, in the form of campfires and bonfires, and continues to be the main method to produce energy for humanity. Usually, the fuel is carbon, hydrocarbons, or more complicated mixtures such as wood that contain partially oxidized hydrocarbons. The thermal energy produced from the combustion of either fossil fuels such as coal or oil, or from renewable fuels such as firewood, is harvested for diverse uses such as cooking, production of electricity or industrial or domestic heating. Combustion is also currently the only reaction used to power rockets. Combustion is also used to destroy (incinerate) waste, both nonhazardous and hazardous. Oxidants for combustion have high oxidation potential and include atmospheric or pure oxygen, chlorine, fluorine, chlorine trifluoride, nitrous oxide and nitric acid. For instance, hydrogen burns in chlorine to form hydrogen chloride with the liberation of heat and light characteristic of combustion. Although usually not catalyzed, combustion can be catalyzed by platinum or vanadium, as in the contact process.
Ауада катализделмеген күю үшін салыстырмалы түрде жоғары температура талап етіледі. Толық күю отынға қатысты стехиометриялық болып табылады, яғни күйінбеген отын қалмайды және идеалды жағдайда тотықтырғыш та қалмайды. Термодинамикалық тұрғыдан алғанда, ауадағы күюдің химиялық тепе-теңдігі өнімдер жағына қарай басым. Алайда, толық күюге қол жеткізуге шамасы келмейді, себебі химиялық тепе-теңдікке міндетті түрде жете бермейді немесе көміртек оксиді, сутегі және тіпті көміртек (көгілдір немесе күл) сияқты толық күймеген өнімдер болуы мүмкін. Сондықтан түтін көбінесе улы болады және күймеген немесе жартылай тотыққан өнімдерден тұрады. Атмосфералық ауадағы жоғары температурадағы кез келген күю, құрамында 78% азот бар, сонымен қатар азот оксидтерінің шағын мөлшерін де жасайды, олар әдетте NOx деп аталады, себебі азоттың күюі жоғары, бірақ төмен емес температурада термодинамикалық тұрғыдан қолайлы. Күю көбінесе таза болмайтындықтан, жанар-жағармай газын тазалау немесе катализаторларды қолдану заңмен талап етілуі мүмкін. Өрт табиғатта найзағайдың соғуынан немесе жанартаулық өнімдердің әсерінен пайда болады. Күю (өрт) – адамдар ашқан алғашқы бақыланатын химиялық реакция, ол лагерьтік және масқара оттары түрінде жүзеге асырылды және адамзат үшін энергия өндірудің негізгі әдісі болып табылады. Әдетте, отын көміртек, көмірсутектер немесе ағаш сияқты күрделі қоспалар болып табылады, олардың құрамында жартылай тотыққан көмірсутектер бар. Көмір немесе мұнай сияқты табиғи жанар-жағар майларды немесе отын сияқты жаңартылатын жанар-жағар майларды күйдіруден алынған жылу энергиясы тамақ пісіру, электр энергиясын өндіру немесе өнеркәсіптік немесе тұрмыстық жылыту сияқты әртүрлі мақсаттарда қолданылады. Күю қазіргі уақытта ракеталарды қуаттандыру үшін қолданылатын жалғыз реакция болып табылады. Күю қауіпсіз емес және қауіпті қалдықтарды жою (күйдіру) үшін де қолданылады. Күюге арналған тотықтырғыштардың тотығу потенциалы жоғары және оларға атмосфералық немесе таза оттегі, хлор, фтор, хлор трифториді, азот оксиді және азот қышқылы жатады. Мысалы, сутек хлорда күю арқылы хлорсутекті түзеді, бұл жылу мен жарықпен бірге күюдің ерекшелігі болып табылады. Әдетте катализделмесе де, күю платина немесе ванадий арқылы катализделген болуы мүмкін.
Combustion, or burning, is a high temperature exothermic redox chemical reaction between a fuel (the reductant) and an oxidant, usually atmospheric oxygen, that produces oxidized, often gaseous products, in a mixture termed as smoke. Combustion does not always result in fire, because a flame is only visible when substances undergoing combustion vaporize, but when it does, a flame is a characteristic indicator of the reaction. While activation energy must be supplied to initiate combustion (e. g., using a lit match to light a fire), the heat from a flame may provide enough energy to make the reaction self sustaining. The study of combustion is known as combustion science. Combustion is often a complicated sequence of elementary radical reactions. Solid fuels, such as wood and coal, first undergo endothermic pyrolysis to produce gaseous fuels whose combustion then supplies the heat required to produce more of them. Combustion is often hot enough that incandescent light in the form of either glowing or a flame is produced. A simple example can be seen in the combustion of hydrogen and oxygen into water vapor, a reaction which is commonly used to fuel rocket engines. This reaction releases 242kJ/mol of heat and reduces the enthalpy accordingly (at constant temperature and pressure):
2H 2(g){+}O 2(g)\rightarrow 2H 2O\uparrow
Uncatalyzed combustion in air requires relatively high temperatures. Complete combustion is stoichiometric concerning the fuel, where there is no remaining fuel, and ideally, no residual oxidant. Thermodynamically, the chemical equilibrium of combustion in air is overwhelmingly on the side of the products. However, complete combustion is almost impossible to achieve, since the chemical equilibrium is not necessarily reached, or may contain unburnt products such as carbon monoxide, hydrogen and even carbon (soot or ash). Thus, the produced smoke is usually toxic and contains unburned or partially oxidized products. Any combustion at high temperatures in atmospheric air, which is 78 percent nitrogen, will also create small amounts of several nitrogen oxides, commonly referred to as NOx, since the combustion of nitrogen is thermodynamically favored at high, but not low temperatures. Since burning is rarely clean, fuel gas cleaning or catalytic converters may be required by law. Fires occur naturally, ignited by lightning strikes or by volcanic products. Combustion (fire) was the first controlled chemical reaction discovered by humans, in the form of campfires and bonfires, and continues to be the main method to produce energy for humanity. Usually, the fuel is carbon, hydrocarbons, or more complicated mixtures such as wood that contain partially oxidized hydrocarbons. The thermal energy produced from the combustion of either fossil fuels such as coal or oil, or from renewable fuels such as firewood, is harvested for diverse uses such as cooking, production of electricity or industrial or domestic heating. Combustion is also currently the only reaction used to power rockets. Combustion is also used to destroy (incinerate) waste, both nonhazardous and hazardous. Oxidants for combustion have high oxidation potential and include atmospheric or pure oxygen, chlorine, fluorine, chlorine trifluoride, nitrous oxide and nitric acid. For instance, hydrogen burns in chlorine to form hydrogen chloride with the liberation of heat and light characteristic of combustion. Although usually not catalyzed, combustion can be catalyzed by platinum or vanadium, as in the contact process.
Толық
Толық жану кезінде реагент оттегімен жанады және шектеулі санда өнімдер түзіледі. Көмірсутек оттегімен жанғанда, реакция негізінен көмірқышқыл газы мен су береді. Элементтер жанғанда, өнімдер негізінен ең көп таралған оксидтер болып табылады. Көміртек көмірқышқыл газын, күкірт күкірт диоксидін, ал темір темір(III) оксидін береді. Азот оттегі тотықтырғыш ретінде қолданылғанда, жануға қабілетті зат емес. Дегенмен, ауа тотықтырғыш ретінде қолданылғанда, түрлі азот оксидтерінің аз мөлшері (әдетте белгілі бір түрі) түзіледі. Жану толық тотығудың ең жоғары дәрежесіне міндетті түрде сәйкес келмейді және температураға тәуелді болуы мүмкін. Мысалы, күкірт триоксиді күкірттің жануы арқылы мөлшерлік түрде толық өндірілмейді. түрлер шамамен температурадан жоғарырақ мәндерде маңызды мөлшерде пайда болады, ал одан да көбірек жоғары температурада өндіріледі. Оның мөлшері оттегінің артық болуына да байланысты. Көптеген өнеркәсіптік қолданыстарда және өрттерде ауа оттегінің көзі болып табылады. Ауадағы әрбір моль оттегі шамамен 3,71 моль азотпен араласады. Азот жану процесіне қатыспайды, бірақ жоғары температурада азоттың бір бөлігі (көбінесе , және аз мөлшерде ) түзіледі. Егер отынды толық жағу үшін жеткіліксіз оттегі болса, отынның көміртегінің бір бөлігі көміртек тотығына айналады, ал сутегінің бір бөлігі реакцияға түспей қалады. Сондықтан, көмірсутектің ауадағы жануына арналған толық теңдеулер жиынтығы отынның көміртегі мен сутегі арасындағы оттегінің үлестірілуін қосымша есептеуді қажет етеді. Толық жану үшін қажетті ауа мөлшері "теориялық ауа" немесе "стехиометриялық ауа" деп аталады. Осы мәннен артық қажетті ауа мөлшері "артық ауа" деп аталады және табиғи газ қазандығы үшін 5%-дан, антрацит көмірі үшін 40%-ға дейін, газ турбинасы үшін 300%-ға дейін өзгеруі мүмкін.
Толық емес
Толық емес жану, отынның көмірқышқыл газы мен суды толық түрлендіруіне жеткілікті оттегі болмаған кезде пайда болады. Бұл сондай-ақ, жанудың қатты бет немесе жалын тұзағы сияқты жылуды сіңіретін арқасында тоқтатылуымен де байланысты. Толық жану сияқты, толық емес жануда да су түзіледі; бірақ көмірқышқыл газының орнына көміртек пен көміртек оксиді пайда болады. Дизель майы, көмір немесе ағаш сияқты көптеген отындар үшін, жануға дейін піролиз процесі жүреді. Толық емес жану кезінде піролиз өнімдері толық күймей қалып, түтінді зиянды бөлшектер мен газдармен ластайды. Ішінара тотыққан қосылыстар да маңызды; этанолдың ішінара тотығуы зиянды ацетальдегидті, ал көміртек – уытты көміртек оксидін тудырады. Жану құрылғыларының (мысалы, жанарлар мен ішкі жану қозғалтқыштары) конструкциясы жану сапасын жақсарта алады. Каталитикалық толық жағу құрылғылары (мысалы, каталитикалық түрлендіргіштер) немесе түтін газдарының жану процесіне жартылай қайтарылуы арқылы қосымша жақсартуларға қол жеткізуге болады. Мұндай құрылғылар көптеген елдерде автомобильдерге қатысты экологиялық заңнамамен талап етіледі. Олар жылу электр станциялары сияқты ірі жану құрылғыларының заңнамалық эмиссия стандарттарына сәйкес келуіне де қажет болуы мүмкін. Жану дәрежесін өлшеу және талдау үшін арнайы сынақ жабдықтары қолданылады. HVAC мамандары, өрт сөндірушілер және инженерлер жану процесінде жанардың тиімділігін тексеру үшін жану анализаторларын пайдаланады. Сондай-ақ, ішкі жану қозғалтқышының тиімділігі осылайша өлшенуі мүмкін, ал кейбір АҚШ штаттары мен жергілікті муниципалитеттер қазіргі көлік құралдарының тиімділігін анықтау және бағалау үшін жану талдауын қолданады. Көміртек оксиді – толық емес жанудың өнімдерінің бірі. Көміртек оксидінің түзілуі көміртек диоксидінің түзілуіне қарағанда аз жылу шығарады, сондықтан толық жану әлдеқайда қажет, әсіресе көміртек оксиді улы газ болғандықтан. Оны тыныс алғанда, көміртек оксиді қандағы гемоглобинмен байланысып, оттектің орнын басады, оның тасымалдануын қиындатады.
Қоршаған орта мәселелері
Бұл оксидтер атмосферадағы су және оттегімен қосылып, азот қышқылы мен күкірт қышқылын жасайды. Олар қышқыл жауын немесе "қышқыл жаңбыр" түрінде Жер бетіне оралады. Қышқыл жауын су жануарларына зиян келтіріп, ағаштарды құртып жібереді. Ол кальций және фосфор сияқты өсімдіктерге сіңуі қиын қоректік заттардың түзілуіне себеп болып, экожүйенің және егістіктердің өнімділігін азайтады. Азот оксидтерінің тағы бір мәселесі – олар көмірсутекті ластағыштармен бірге, тұманның негізгі құрамына кіретін, жер бетіндегі озонның пайда болуына әсер етеді.
Адам денсаулығының проблемалары
Көміртек тотығын тыныс алу бас ауруына, бас айналуға, құсуға және жүрек ауруына шақырады. Көміртек тотығының деңгейі жеткілікті түрде жоғары болса, адам есінен танып немесе қайтыс болуы мүмкін. Ұзақ мерзім бойы орташа және жоғары деңгейде көміртек тотығына ұшырау жүрек ауруларының қаупімен тікелей байланысты. Ауыр көміртек тотығымен уланудан аман қалған адамдар ұзақ мерзімді денсаулық проблемаларынан зардап шегуі мүмкін. Ауадағы көміртек тотығы өкпелерге сіңіріліп, адамның қан клеткаларындағы гемоглобинмен байланысады. Бұл организмдегі оттекті тасымалдауға жауапты қан клеткаларының қабілетін азайтады.
Жанып тұрған
Түтіндеу – конденсирленген фазадағы отынның бетіне оттегі тікелей шабуыл жасағанда бөлінетін жылу арқасында сақталатын, баяу, төмен температуралы, жалынсыз жану түрі. Бұл көбінесе толық емес жану реакциясы болып табылады. Түтіндеу реакциясын қолдай алатын қатты материалдарға көмір, целлюлоза, ағаш, мақта, темекі, торф, дуф, гумус, синтетикалық көбіктер, қаралатын полимерлер (полиуретан көбігі қоса алғанда) және шаң жатады. Түтіндеудің жиі кездесетін мысалдары – тұрмыстық өрттердің жиһазға әлсіз жылу көздерінен (мысалы, темекі, қысқа тұйықталған сым) басталуы және орман өрттерінің жалысты фронттары артында биомассаның үздіксіз жануы.
Өздігінен
Өздігінен жану – экзотермиялық ішкі реакциялардың нәтижесінде температураның өсуіне байланысты өздігінен қызу, одан кейін жылулық қашу (өздігінен қызудың температураның күрт өсуімен үдеуі) және соңында тұтану арқылы жүзеге асатын жану түрі. Мысалы, фосфор бөлме температурасында сыртқы жылу көзі қолданылмай-ақ өздігінен тұтанады. Бактериялық компостталуға ұшыраған органикалық заттар жану температурасына жететіндей жылу мөлшерін бөліп шығарады.
Қиындық
Турбулентті жалыс тудыратын жану өнеркәсіптік қолданыстарда (мысалы, газ турбиналары, бензин қозғалтқыштары сияқты) ең көп қолданылады, себебі турбуленттілік отын мен тотықтырғыш араласу процесін жақсартады.
Микрогравитация
'Микро' гравитация термині, физикалық процестерге итеру күшінің (жүзудің) әсері, қалыпты гравитациядағы басқа ағын процестеріне қарағанда шағын деп есептелуі мүмкіндей 'төмен' (яғни 'шағын' мағынасындағы 'микро', және Жердің қалыпты гравитациясының миллионнан бір бөлігін міндетті түрде білдірмейді) гравитациялық күйді білдіреді. Мұндай ортада жылу және ағын тасымалдау динамикасы қалыпты гравитация жағдайындағыдан өте ерекше болуы мүмкін (мысалы, шамның жалыны шар тәрізді болады). Микрогравитациядағы жану зерттеулері, ғарыш кемесінің ортасына қатысты (мысалы, Халықаралық ғарыш станциясындағы экипаж қауіпсіздігіне байланысты өрт динамикасы) және жердегі жағдайларға (мысалы, жануды жақсарту үшін жаңа отын қоспаларын жасауға көмектесетін тамшы жану динамикасы, материалдарды өндіру процестері, электрондық жүйелердің жылулық басқаруы, көп фазалы ағын қайнау динамикасы және тағы да басқалар) қатысты көптеген мәселелерді түсінуге көмектеседі.
Микрожағармай
Өте кішкентай көлемде жүзеге асылатын жану процестері микрожану деп есептеледі. Жоғары беттік ауданның көлемге қатынасы нақты жылу шығындарын арттырады. Жалынды мұндай жану камераларында тұрақтандыру үшін сөндіру қашықтығы маңызды рөл атқарады.
Жанар көздері
Жалын температурасы шамамен 1600 градустан жоғары болғанда, жану өнімдерінде әртүрлі басқа заттар маңызды мөлшерде пайда бола бастайды. Артық ауа қолданылғанда, азот тотығуға және әлдеқайда аз дәрежеде, азот диоксиді=NO2 түзілуі мүмкін. NO2, азоттың диспропорциялануы арқылы түзіледі, ал H2 және де диспропорциялану арқылы түзіледі.
Мысалы, 1 пропанды 28,6 ауамен (стехиометриялық мөлшердің 120%) жаққанда, жану өнімдері 3,3% құрайды. 1400 градуста, тепе-теңдік жану өнімдері 0,03% және 0,002% құрайды. 1800 градуста, жану өнімдері 0,17%, 0,05%, 0,01% және 0,004% құрайды.
Дизельдік қозғалтқыштар, тек стехиометриялық мөлшердегі оттегімен пайда болатын ұсақ бөлшектерді жақпақ үшін, артық оттегімен жұмыс істейді, бұл азот оксидінің шығарындыларын тудырады. АҚШ және Еуропалық Одақ көлік құралдарының азот оксиді шығарындыларына шектеулер қояды, бұл арнайы катализаторларды қолдануды немесе түтінді мочевинамен өңдеуді талап етеді (дизельдік түтін сұйықтығын қараңыз).
For example, when 1 of propane is burned with 28.6 of air (120% of the stoichiometric amount), the combustion products contain 3.3% At 1400, the equilibrium combustion products contain 0.03% and 0.002% At 1800, the combustion products contain 0.17% , 0.05% , 0.01% , and 0.004%
Diesel engines are run with an excess of oxygen to combust small particles that tend to form with only a stoichiometric amount of oxygen, necessarily producing nitrogen oxide emissions. Both the United States and European Union enforce limits to vehicle nitrogen oxide emissions, which necessitate the use of special catalytic converters or treatment of the exhaust with urea (see Diesel exhaust fluid).
Сұйық отын
Сұйық отынның тотығу атмосферасында жануы газ фазасында жүзеге асады. Өртелетін – сұйықтық емес, оның буы. Сондықтан сұйық отын әдетте белгілі бір температурадан жоғары ғана тұтанады: оның тұтану температурасы. Сұйық отынның тұтану температурасы – ауамен тұтанатын қоспа құруға болатын ең төменгі температура. Бұл ауадағы буланып шыққан отынның жануды бастау үшін жеткілікті мөлшерде болатын температурасы.
Газды отын
Газды отынның жануы төрт ерекше жану түрінің бірі арқылы жүруі мүмкін: диффузиялық жалын, алдын ала араластырылған жалын, автожану реакциялық фронты немесе детонация. Қай жану түрінің орын алатыны отын мен тотықтырғыштың қыздырылғанға дейін араласу дәрежесіне байланысты: мысалы, егер отын мен тотықтырғыш бастапқыда бөлініп тұрса, диффузиялық жалын пайда болады, ал әйтпесе алдын ала араластырылған жалын пайда болады. Сол сияқты, жану түрі қысымға да байланысты: мысалы, детонация – күшті соққы толқынымен байланысқан автожану реакциялық фронты болып табылады, бұл оған ерекше жоғары қысым және жоғары детонация жылдамдығын береді. Жылыту процесінің жұмыс істеуінде көптеген шығындар болады. Әдетте, ең үлкен шығын – жылудың түтін газымен (яғни, қазан газымен) бірге кетіп қалуы. Түтін газының температурасы мен мөлшері оның жылу мазмұнын (энтальпиясын) көрсетеді, сондықтан оның мөлшерін азайту жылу жоғалуын азайтуға көмектеседі. Идеалды пеште, жану ауа ағыны отын ағынымен сәйкес келіп, отынның әрбір молекуласына толық жану үшін қажетті оттегі мөлшерін қамтамасыз етеді. Бірақ, шындығында, жану мүлтіксіз өрмейді. Жүйеден шығарылатын жанылмаған отын (әдетте CO және H2) жылудың жоғалуын (сондай-ақ қауіпсіздік қатері) білдіреді. Түтін газында жануға жарамсыз заттардың болуы ұнамсыз болғандықтан, ал реакцияға түспеген оттегінің болуы қауіпсіздік және қоршаған ортаға тигізетін зиян аз болғандықтан, жануды басқарудың бірінші қағидаты – барлық отынның жануын қамтамасыз ету үшін теориялық қажетті мөлшерден артық оттегі беру болып табылады. Мысалы, метанды жағу үшін оттегінің екі молекуласынан сәл көп мөлшері қажет. Алайда, жануды басқарудың екінші қағидаты – тым көп оттегі пайдаланбау. Оттегінің дұрыс мөлшерін анықтау үшін үш түрлі өлшем қажет: бірінші, ауа және отын ағынының белсенді басқарылуы; екінші, түтін газындағы оттегінің мөлшерінің өлшенуі; үшінші, түтін газындағы жануға жарамсыз заттардың мөлшерінің өлшенуі. Әр жылыту процесі үшін түтін газының жылу жоғалуын азайту және жануға жарамсыз заттардың концентрациясын қалыпты деңгейде ұстау үшін оптималды жағдай бар. Артық оттегіні азайтудың қосымша артықшылығы бар: түтін газының белгілі бір температурасы үшін, артық оттегінің мөлшері ең төмен болғанда NOx деңгейі де ең төмен болады. Материалдық баланс ауа/отын қатынасын жану газындағы CO мөлшерімен тікелей байланыстырады. Жылу балансы, зарядқа қол жетімді жылуды, отынның жануынан алынған жалпы таза жылумен байланыстырады. Жану ауасын алдын ала қыздырудан немесе оны оттегімен байытудан туындайтын жылудың артықшылығын анықтау үшін қосымша материалдық және жылу баланстарын жасауға болады.
Кинетикалық модельдеу
Кинэтикалық модельдеуді, мысалы, термогравиметриялық талдау қолданып, әртүрлі материалдардың жануындағы термиялық ыдырау реакцияларының механизмдерін түсіну үшін зерттеуге болады.