Висновок з питання 3

Згідно з тепловою теорією згасання, полум’я згасає при порушенні умов теплової рівноваги у зоні горіння, коли витрати тепла перевищують його виділення за рахунок реакції горіння. Універсальним параметром горіння є температура. Горіння може припинитися лише тоді, коли в зоні горіння температура знизиться до деякого критичного значення. У більшості випадків це значення становить 1000°C.

4. Розрахунок граничних умов існування горіння

Як випливає з другого питання, основними граничними параметри горіння є: концентраційні межі поширення полум’я; межі горіння за тиском; критична енергія запалювання; лінійна швидкість поширення полум’я; швидкість вигоряння горючого матеріалу; теплота згоряння; температура горіння. Всі ці параметри взаємопов’язані, зміна одного з них веде до зміни всіх інших. Крім того, всі вони залежать переважно від двох факторів: від природи горючої речовини та від зовнішніх умов.

Концентраційні межі поширення полум’я по органічних речовинах найчастіше обчислюють за апроксимаційною формулою:

де  – стехіометричний коефіцієнт, який показує кількість молів кисню, необхідну для спалювання одного моля горючої речовини;

а та b – емпіричні константи, які наводяться в довідниках та підручниках окремо для НКМПП та ВКМПП.

Для газоподібних речовин існують тільки концентраційні межі поширення полум’я. Для рідин за КМПП і співвідношенням Р=φ·Р_заг/100 знаходять парціальний тиск пари даної речовини в повітрі, а потім температури, при яких насичена пара даної рідини досягає такого тиску, тобто температурні межі поширення полум’я.

Для неподрібнених твердих речовин поняття КМПП взагалі не засто­совують, а для твердих речовин у стані аерозолю визначають тільки НКМПП.

Критичну енергію запалювання визначають для газів, парів рідин і аерозолів. У всіх випадках використовують зв’язок цього параметра з нормальною швидкістю горіння, застосовуючи одну з трьох методик. Найбільш проста, але найменш точна, порівняльна, базується на порівнянні нормальної швидкості горіння для даної речовини і для речовини з відомою критичною енергією запалювання. Наприклад, якщо за останню взяти н-бутан, то: Е_кр=0,036/(u_н)².

Простим є також визначення Е_кр за критичним гасильним діаметром при горінні газових сумішей: Е_кр= 0,01d_кр^2,5. Правда, тут попередньо треба знати критичний гасильний діаметр при горінні сумішей даної речовини з повітрям.

Для газоподібних речовин важливою характеристикою, прямо пов’язаною з нормальною швидкістю поширення полум’я, є критичний гасильний діаметр, який визначають експериментальним шляхом або розраховують через критерій Ре (Пекле):

де R – газова стала;

Т_с – температура газової суміші;

 – теплопровідність суміші;

с – теплоємність суміші;

u_н – нормальна швидкість поширення полум’я;

Р – тиск.

Якщо виразити Т₀ у К,  у кал/мсК, с у кал/мольК, u_н у м/с, Р в атм, d_кр у мм і R у дм³/атммоль, то середнє значення Ре_кр для сумішей вуглеводнів із повітрям складає 62. Отже, критичний (гасильний) діаметр у цьому випадку може бути обчислений за формулою:

Теплоту згоряння індивідуальних речовин можна розрахувати, користуючись законом Геса, за теплотами утворення вихідних речовин і теплотами утворення продуктів згоряння:

Н_г = Н_п.г. – Н_р.г,

де: Н_г – теплота реакції горіння (або, якщо з протилежним знаком, тепловий ефект реакції);

Н_пг – сума теплот утворення продуктів реакції;

Н_рг – сума теплот утворення вихідних горючих речовин.

Для сумішей матеріалів, що не мають певної хімічної будови, для яких відомий лише кількісний хімічний склад, вищу теплоту згоряння можна визначити за формулою:

Q_в = 339,4С +1257Н – 108,9(0+N-S) кДж/кг.

В цій формулі C, H, O, N, S – масова відсоткова кількість у суміші відповідно карбону, гідрогену, оксигену, нітрогену, сульфуру.

Формула для визначення нижчої теплоти згоряння відрізняється від попередньої тим, що враховує теплоту випаровування води:

Q_н = 339,4С+1257Н–108,9(0+N-S)– 25(9Н+W) кДж/кг.