Задача 3.
Для рішення задачі необхідно вивчити матеріал, що викладено у 3.4 та 1.9 в книзі [1], або в главі 7 (3, 4) та главах 2 (3), 3, 4 (2, 3, 5) у підручнику [2].
Час утворення вибухонебезпечної концентрації визначається співвідношенням
=
де М1 - маса горючого газу в приміщенні при концентрації, що дорівнює нижній концентраційній межі запалення (НКМЗ), кг; G1 - масовий видаток горючого газу крізь отвір у трубопроводі, кг/с.
Із рівняння стану горючого газу, який знаходиться в суміші у приміщенні, виходить, що
М1 =
Тут Р, V, T - відповідно, тиск, об’єм і температура (по абсолютній шкалі температур) суміші (дані за умовами); r1 - значення НКМЗ горючого газу в об'ємних частках (додаток А); R1 = 8314/1 - питома газова стала горючого газу, Дж/(кг К); 1 - молекулярна маса горючого газу (додаток А), кг/кмоль.
Формула, що задає видаток газу, визначається співвідношенням між безрозмірним параметром
=
(2)
(де k - показник адiабати газу, який витікає, (додаток А)) і відношенням тиску газу в приміщенні та в трубопроводі. Так, якщо Р/Р1 >, то
G1 = fP1
, (3)
а при P/P1 <
G1 = fP1
(4)
Порядок вирішення задачі 3 буде продемонстровано у випадку, коли об’єм приміщення компресорної станції складає V = 2000 м3 , тиск у трубопроводі - P1 = 0.5 МПа = 5*105 Па, газ у трубопроводі – метан, його температура у трубопроводі t1 = 17 оС, площа отвору - f = 2*10-4 м2 .
З’ясуємо з дозвуковою чи звуковою швидкістю буде витікати газ.
. За формулою (2) розрахуємо параметр .
=
=
.
Знайдемо відношення тисків 1.
1 = 1*105/(5*105) = 0.2
Порівнюючи та відношення 1.визначимо режим витікання.
1 = 0.2 < = 0.546
швидкість витікання звукова, що для даного видатку задає формулу(4).
2. Визначимо питому газову сталу горючого газу.
R1 = 8314/1 = 8314/16 = 520 Дж/(кг* К),
де 1 - молекулярна маса горючого газу (з додатку А у метану 1 = 16 кг/кмоль).
Розрахуйте секундний видаток газу (за формулою (3), або (4)).
З пункту 1 витікає, що треба скористатися формулою (4).
G1 = fP1
=
= 0.120 кг/с.
З додатку А випишемо значення НКМЗ горючого газу.
r1 = 0.05 .
5. Розрахуємо масу газу в приміщенні при НКМЗ.
М1 =
= 65.6 кг.
6. Розрахуємо час утворення вибухонебезпечної концентрації.
=
=
547 с = 547/60 = 9.1 хв.
Додатки
ДОДАТОК А.
Таблиця А.1. - Деякі фiзико-хімічні параметри газів.
Найменування газів |
Хімічна формула |
Молярна маса, кг/кмоль |
Показник адіабати k |
НКМЗ % (об) |
Аміак |
NH3 |
17.0 |
1.3 |
15.5 |
Ацетилен |
С2Н2 |
26.04 |
1.24 |
2 |
Бутан |
С4Н10 |
58.12 |
1.09 |
1.9 |
Бутилен |
С4Н8 |
56.11 |
1.12 |
1.6 |
Водень |
Н2 |
2.02 |
1.4 |
4.0 |
Повітря |
- |
28.97 |
1.4 |
- |
Метан |
СН4 |
16.04 |
1.3 |
5 |
Пропан |
С3Н8 |
44.09 |
1.13 |
2.1 |
Пропілен |
С3Н6 |
42.08 |
1.15 |
2.2 |
Етан |
С2Н6 |
30.07 |
1.19 |
2.9 |
Етилен |
С2Н4 |
28.05 |
1.25 |
3 |
ЛІТЕРАТУРА
1. Кошмаров Ю.А. Башкирцев М.П. Термодинамика и теплопередача в пожарном деле. - М.: ВИПТШ МВД СССР, 1987
2. Башкирцев М.П. Бубырь Н.Ф. Минаев Н.А. Ончуков Д.Н. Основи пожарной теплофизики. - М.: Стройиздат, 1984.
3. Задачник по термодинамике и теплопередаче в пожарном деле. Под ред. М.П.Башкирцева, -М: ВШ МВД СССР. 1979.
4. Романенко П.Н., Кошмаров Ю.А., Башкирцев М.П. Термодинамика и теплопередача в пожарном деле. -М.: ВИПТШ МВД СССР, 1977.
5. Лариков Н.Н. Теплотехника. -М.: Стройиздат, 1985.
6. Нащокин В.В. Техническая термодинамика и теплопередача. -М.: Высшая школа, 1975.
ЗМІСТ
Вступ…………...................................................................….3
Завдання……………………...................................................4
Методика розрахунку……………..........................................9
Додатки.....................................................................………..31
Література..................................................................……….32