Министерство Российской Федерации по делам гражданской обороны,
чрезвычайным ситуациям и ликвидации последствий стихийных бедствий
ГОСУДАРСТВЕННОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ
ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ
«УРАЛЬСКИЙ ИНСТИТУТ ГОСУДАРСТВЕННОЙ
ПРОТИВОПОЖАРНОЙ СЛУЖБЫ»
ТЕОРИЯ ГОРЕНИЯ И ВЗРЫВА
Методические указания и задания для выполнения контрольной работы
слушателями II курса факультета заочного обучения
по специальности 280104.65 – Пожарная безопасность
Екатеринбург
2007
ТЕОРИЯ ГОРЕНИЯ И ВЗРЫВА. Методические указания и задания для выполнения контрольной работы слушателями II курса заочного обучения. – Екатеринбург: УрИ ГПС МЧС России, 2007. – 57 с.
Составители:
Беззапонная О.В. – доцент кафедры химии и процессов горения, к.т.н.
Вайтнер Е.В. – старший преподаватель кафедры химии и процессов горения, к.т.н.
Русинова Е.В. – профессор кафедры химии и процессов горения, д.х.н.
Рецензенты:
Баранова О.Ю. – доцент кафедры физики и теплообмена УрИ ГПС МЧС, к.т.н.
Терзиян Т.В. – доцент кафедры высокомолекулярных соединений УрГУ им. А.М. Горького, к.х.н.
В заданиях и методических указаниях для выполнения контрольной работы слушателями факультета заочного обучения приведены условия задач контрольной работы, даны рекомендации по выбору варианта контрольной работы и разобраны примеры решения типовых задач.
Методические указания рассмотрены и одобрены на заседании Методического совета Уральского института ГПС МЧС России 20 декабря 2007 г.
© УрИ ГПС МЧС России, 2007
Введение
Изучение дисциплины «Теория горения и взрыва» на факультете заочного обучения слагается из цикла установочных и обзорных лекций, выполнения контрольной работы в межсессионный период, практических и лабораторно-практических занятий и сдачи итогового экзамена или зачёта.
Начинать самостоятельное изучение дисциплины в межсессионный период необходимо с анализа рабочей программы курса и подбора рекомендуемой литературы. После изучения каждой темы рекомендуется составлять краткий конспект. При записи формул необходимо приводить принятые обозначения и размерности, входящих в расчётные формулы величин.
Усвоив основные теоретические положения отдельных тем курса, слушатель может переходить к решению задач и выполнению контрольной работы по этой дисциплине.
При самостоятельном изучении дисциплины «Теория горения и взрыва» в межсессионный период слушатели выполняют одну письменную контрольную работу. Вариант контрольной работы определяется в соответствии с номером зачётной книжки слушателя. В контрольную работу включены семь задач по основным темам дисциплины.
При решении каждой задачи необходимо внимательно прочитать текст задачи, полностью переписать в тетрадь её условие, указать, что нужно рассчитать и привести ход решения задачи со всеми математическими преобразованиями. Ход решения задач должен сопровождаться краткими пояснениями. Должны быть записаны формулы, уравнения реакций, указаны соответствующие справочные пособия, которыми пользовался слушатель. В конце решения задачи следует сделать соответствующий вывод. Работа должна быть выполнена аккуратно, разборчивым почерком. В ней необходимо отвести поля для замечаний преподавателя, рецензирующего контрольную работу.
В помощь слушателям при самостоятельном выполнении контрольной работы в методических указаниях приведены примеры решения типовых задач. Приступая к самостоятельному решению задачи контрольной работы, необходимо обдумать план её решения, сравнивая её с предложенным вариантом типовой задачи. В случае появления неясностей при выборе решения следует обратиться к теоретическому материалу той темы, на которую построена задача. Для удобства слушателей при выполнении контрольной работы в приложении к методическим указаниям даны некоторые необходимые справочные данные.
Выбор задания и варианта для выполнения контрольной работы
Номер контрольного задания выбирается в соответствии с предпоследней цифрой номера зачётной книжки. Соответствующие ему номера задач для решения указаны в таблице 1.
Номер варианта каждой из задач выбирается в соответствии с последней цифрой номера зачётной книжки из таблицы к условию соответствующей задачи.
Пример. Номер зачётной книжки 02817. По предпоследней цифре зачётной книжки выбираем номер задания – задание № 1. По табл. 1 находим, что следует решать задачи 1, 3, 5, 7, 11, 12, 13. Для этих задач выбираем вариант, соответствующий последней цифре зачётной книжки (т.е. вариант № 7).
Таблица 1
Номер задания |
Номера задач |
1 |
1, 3, 5, 7, 11, 12, 13. |
2 |
2, 4, 6, 8, 9, 10, 13. |
3 |
1, 3, 5, 8, 11, 12, 13. |
4 |
1, 4, 5, 7, 9, 11, 13. |
5 |
2, 3, 6, 8, 10, 12, 13. |
6 |
1, 4, 6, 7, 9, 11, 13. |
7 |
1, 4, 5, 7, 10, 11, 13. |
8 |
2, 3, 5, 8, 9, 11, 13. |
9 |
1, 3, 5, 8, 10, 12, 13. |
0 |
2, 4, 6, 7, 9, 11, 13. |
Работы, выполненные не в соответствии с данными указаниями, к проверке не принимаются.
Задача 1.
Рассчитать объём воздуха и продуктов горения (в об. %), образующихся при сгорании 10 кг вещества (табл. 2), если горение происходит при заданных условиях (табл. 2) и коэффициенте избытка воздуха (табл. 2). Объём продуктов горения привести к заданным условиям.
Таблица 2
Номер варианта |
Название вещества |
Химическая формула |
Температура t С |
Давление P, кПа |
|
1 |
Этанол |
С2Н6О |
10 |
100,0 |
1,1 |
2 |
Пропанол-1 |
С3Н8О |
15 |
100,0 |
1,2 |
3 |
Бутанол-1 |
С4Н10О |
20 |
105,0 |
1,3 |
4 |
Толуол |
С7Н8 |
25 |
105,0 |
1,4 |
5 |
Анилин |
С6Н5NН2 |
30 |
105,0 |
1,5 |
6 |
Глицерин |
С3Н5 (ОН)3 |
35 |
110,0 |
1,6 |
7 |
Этиленгликоль |
С2Н4 (ОН)2 |
40 |
110,0 |
1,7 |
8 |
Ацетон |
С3Н6О |
45 |
110,0 |
1,8 |
9 |
Диэтиловый эфир |
С4Н10О |
50 |
115,0 |
1,9 |
0 |
Пропилацетат |
С5Н10О2 |
50 |
115,0 |
1 |
Задача 2. Рассчитать объём воздуха и продуктов горения при сгорании горючего газа (табл. 3) объёма V при заданных условиях (табл. 3), если горение происходит при избытке воздуха .
Таблица 3
Номер варианта |
Название вещества |
Химическая формула |
Температура t,С |
V, м3 |
|
1 |
Метан |
СН4 |
30 |
1 |
1,4 |
2 |
Этан |
С2Н6 |
25 |
2 |
1,3 |
3 |
Пропан |
С3Н8 |
20 |
3 |
1,1 |
4 |
Бутан |
С4Н10 |
15 |
4 |
1,5 |
5 |
Ацетилен |
С2Н2 |
10 |
5 |
1,1 |
6 |
Метилэтиловый эфир |
С3Н8О |
5 |
6 |
1,4 |
7 |
Диметиловый эфир |
С2Н6О |
35 |
7 |
1,6 |
8 |
Диметилпропан |
С5Н12 |
40 |
8 |
1,4 |
9 |
Сероводород |
Н2S |
20 |
9 |
1,2 |
0 |
Водород |
Н2 |
10 |
10 |
1,3 |
Задача 3. Определить объём и состав продуктов горения (в об. %) смеси газов (табл. 4), если горение происходит при коэффициенте избытка воздуха .
Таблица 4
Состав смеси, % |
Номер варианта |
|||||||||
1 |
2 |
3 |
4 |
5 |
6 |
7 |
8 |
9 |
0 |
|
Оксид углерода |
- |
10 |
- |
- |
- |
43 |
- |
10 |
- |
5 |
Водород |
50 |
- |
- |
- |
- |
|
- |
|
25 |
5 |
Метан |
- |
- |
20 |
- |
- |
36 |
- |
20 |
|
60 |
Этан |
- |
- |
- |
45 |
45 |
|
24 |
|
5 |
|
Пропан |
- |
- |
- |
- |
- |
|
|
14 |
|
|
Бутан |
8 |
- |
- |
- |
20 |
|
|
|
|
|
Этилен |
20 |
22 |
28 |
- |
|
|
16 |
2 |
|
|
Пропен |
- |
- |
- |
20 |
|
21 |
|
|
|
|
Ацетилен |
- |
8 |
- |
|
|
|
10 |
|
20 |
|
Углекислый газ |
20 |
10 |
18 |
20 |
20 |
|
10 |
26 |
|
25 |
Азот |
- |
50 |
24 |
|
15 |
|
15 |
25 |
30 |
|
Кислород |
2 |
|
10 |
15 |
|
|
25 |
3 |
20 |
5 |
|
1,2 |
2 |
1,3 |
1,1 |
1,2 |
1,2 |
1,2 |
1,4 |
1,1 |
1,3 |
Задача 4. Определить, какое
количество вещества (табл. 5) может
выгореть в закрытом помещении объёмом
Vп, если известно,
что горение прекращается при содержании
кислорода в помещении, равном
.
Для расчёта коэффициента избытка воздуха
рекомендуется воспользоваться формулой
(11).
Таблица 5
Номер варианта |
Название вещества А |
Химическая формула |
Vп, м3 |
. |
1 |
Ацетон |
СН3СОСН3 |
100 |
11 |
2 |
Бензол |
С6Н6 |
200 |
12 |
3 |
Метанол |
СН3ОН |
300 |
13 |
4 |
Этанол |
С2Н5ОН |
400 |
14 |
5 |
Глицерин |
С3Н5(ОН)3 |
500 |
15 |
6 |
Гексан |
С6Н14 |
600 |
16 |
7 |
Диэтиловый эфир |
С2Н5ОС2Н5 |
700 |
17 |
8 |
Толуол |
С6Н5СН3 |
800 |
16 |
9 |
Стирол |
С6Н5С2Н3 |
900 |
15 |
0 |
Бутанол |
С4Н9ОН |
1000 |
14 |
Задача 5. Методом последовательных приближений рассчитать адиабатическую температуру горения для стехиометрической смеси горючего вещества с воздухом (табл. 6)
Таблица 6
Номер варианта |
Горючее вещество |
Химическая формула |
1 |
Толуол |
С7Н8 |
2 |
Анилин |
С6Н5NН2 |
3 |
Глицерин |
С3Н5 (ОН)3 |
4 |
Этиленгликоль |
С2Н4 (ОН)2 |
5 |
Ацетон |
С3Н6О |
6 |
Диэтиловый эфир |
С4Н10О |
7 |
Пропилацетат |
С5Н10О2 |
8 |
Этанол |
С2Н6О |
9 |
Пропанол-1 |
С3Н8О |
0 |
Бутанол-1 |
С4Н10О |
Задача 6. Вычислить температуру горения горючего вещества (табл. 7), если горение протекает при коэффициенте избытка воздуха , а доля потерь тепла излучением составляет .
Таблица 7
Номер варианта |
Название вещества |
Элементный состав вещества, масс. % |
|
|
||||||
С |
Н |
О |
S |
N |
W |
зола |
||||
1 |
Антрацит |
67 |
3 |
4 |
0,5 |
1,0 |
3 |
21,5 |
1,1 |
0,2 |
2 |
Горючий сланец |
24,2 |
1,8 |
4,5 |
3,0 |
2,0 |
25 |
39,5 |
1,2 |
0,3 |
3 |
Керосин |
80 |
13,7 |
0,3 |
- |
- |
6 |
- |
1,3 |
0,4 |
4 |
Бензин |
85 |
8,0 |
5,0 |
- |
2,0 |
|
|
1,4 |
0,3 |
5 |
Соляровое масло |
86,0 |
12,0 |
1,2 |
0,8 |
- |
- |
- |
1,5 |
0,2 |
6 |
Мазут |
84 |
10 |
2 |
3 |
- |
1 |
- |
1,6 |
0,3 |
7 |
Древесина |
46 |
6 |
37 |
- |
2 |
9 |
- |
1,7 |
0,4 |
8 |
Уголь |
72 |
6 |
4 |
2 |
3 |
13 |
- |
1,8 |
0,3 |
9 |
Церезин |
85 |
14 |
1 |
- |
- |
- |
- |
1,7 |
0,2 |
0 |
Горючий сланец |
30 |
5 |
12 |
5 |
2 |
10 |
36 |
1,6 |
0,3 |
Задача 7. Рассчитать, какое минимальное количество горючей жидкости (табл. 8) должно испариться в закрытом помещении объёмом Vп при нормальных условиях, чтобы создалась взрывоопасная концентрация горючих паров. Условно принять, что пары горючей жидкости равномерно распределены в объёме помещения. Нижний концентрационный предел распространения пламени рассчитать по предельной теплоте сгорания.
Таблица 8
Номер варианта |
Название горючей жидкости |
Химическая формула |
Vп, м3 |
1 |
Этиленгликоль |
С2Н4(ОН)2 |
200 |
2 |
Ацетон |
СН3СОСН3 |
300 |
3 |
Толуол |
С6Н5СН3 |
400 |
4 |
Гексан |
С6Н14 |
500 |
5 |
Глицерин |
С3Н5(ОН)3 |
600 |
6 |
Бензол |
С6Н6 |
700 |
7 |
Пропанол |
С3Н7ОН |
800 |
8 |
Этанол |
С2Н5ОН |
350 |
9 |
Метанол |
СН3ОН |
450 |
0 |
Бутанол |
С4Н9ОН |
550 |
Задача 8. Рассчитать концентрационные пределы распространения пламени сложного состава при заданных условиях среды (табл. 9).
Таблица 9
Номер варианта |
Состав смеси, % |
Условия среды |
|||||
СН4 |
СО |
Н2 |
Н2О |
С3Н8 |
t,С |
Р, кПа |
|
1 |
25 |
50 |
20 |
5 |
- |
10 |
90 |
2 |
30 |
20 |
30 |
20 |
- |
15 |
95 |
3 |
30 |
20 |
10 |
- |
40 |
20 |
100 |
4 |
30 |
10 |
20 |
10 |
30 |
25 |
105 |
5 |
20 |
25 |
15 |
15 |
25 |
30 |
108 |
6 |
40 |
20 |
20 |
- |
20 |
35 |
110 |
7 |
30 |
30 |
10 |
30 |
- |
40 |
112 |
8 |
- |
45 |
15 |
10 |
30 |
45 |
114 |
9 |
40 |
20 |
- |
10 |
30 |
40 |
112 |
0 |
45 |
- |
25 |
5 |
25 |
35 |
110 |
Задача 9. Рассчитать минимальную флегматизирующую концентрацию инертного разбавителя, об. %, исходя из минимальной адиабатической температуры горения паровоздушной смеси вещества А при разбавлении её флегматизатором Ф (табл. 10), а также минимальное взрывоопасное содержание кислорода и безопасную концентрацию кислорода.
Таблица 10
Номер варианта |
Название вещества А |
Химическая формула |
Флегматизатор Ф |
1 |
Пентан |
С5Н12 |
Азот |
2 |
Гексан |
С6Н14 |
Азот |
3 |
Уксусноэтиловый эфир |
СН3СООС2Н5 |
Водяной пар |
4 |
Диэтиловый эфир |
С4Н10О |
Водяной пар |
5 |
Этиловый спирт |
С2Н6О |
Диоксид углерода |
6 |
Метиловый спирт |
СН4О |
Диоксид углерода |
7 |
Ацетон |
СН3СОСН3 |
Азот |
8 |
Бензол |
С6Н6 |
Азот |
9 |
Пропилен |
С3Н6 |
Диоксид углерода |
0 |
Пропиловый спирт |
С3Н8О |
Диоксид углерода |
Задача 10. Рассчитать температурные пределы распространения пламени горючего вещества (табл. 11) по его концентрационным пределам распространения пламени, значения которых рассчитать по аппроксимационной формуле.
Таблица 11
Номер варианта |
Название вещества |
Химическая формула |
1 |
Аллиловый спирт |
С3Н5ОН |
2 |
Бутиловый спирт |
С4Н9ОН |
3 |
Пропиловый спирт |
С3Н7ОН |
4 |
Метиловый спирт |
СН3ОН |
5 |
Ацетон |
С3Н6О |
6 |
Бензол |
С6Н6 |
7 |
Толуол |
С6Н5СН3 |
8 |
Октан |
С8Н18 |
9 |
Гексан |
С6Н14 |
0 |
Гептан |
С7Н16 |
Задача 11. Рассчитать температуру вспышки или температуру воспламенения горючей жидкости (табл. 12) по формуле В.И. Блинова. Сравнить найденное значение с экспериментальным, взятым из справочника.
Таблица 12
Номер варианта |
Название жидкости |
Химическая формула |
Определяемый параметр |
1 |
Уксусноэтиловый эфир |
СН3СООС2Н5 |
Температура вспышки (о.т.) |
2 |
Толуол |
С6Н5СН3 |
Температура вспышки (о.т.) |
3 |
Пентан |
С5Н12 |
Температура воспламенения |
4 |
Гексан |
С6Н14 |
Температура вспышки (з.т.) |
5 |
Метанол |
СН3ОН |
Температура вспышки (о.т.) |
6 |
Этанол |
С2Н5ОН |
Температура вспышки (о.т.) |
7 |
Бутанол |
С4Н9ОН |
Температура воспламенения |
8 |
Ацетон |
С3Н6О |
Температура воспламенения |
9 |
Бензол |
С6Н6 |
Температура вспышки (з.т.) |
0 |
Пропанол |
С3Н8О |
Температура вспышки (з.т.) |
Задача 12. Рассчитать стандартную температуру самовоспламенения вещества (табл. 13) по средней длине углеродной цепи, определив число концевых групп и число цепей.
Таблица 13.
№ вар-та |
Название вещества |
Структурная формула |
1 |
2,4–диметил–3-этилоктан |
СН3 – СН – СН - СН – СН2- СН2 – СН2 – СН3 СН3 СН2 СН3 СН3 |
2 |
1,2-диметил-4-бутилбензол |
СН3 –
СН3
|
3 |
2,4-диэтилпентанол-1 |
СН2 – СН3 ОН - СН2 – СН – СН2 - СН – СН3 СН2 – СН3 |
4 |
1-этил-2метил-5-пропилбезол |
СН3 СН3 СН2 – –СН2 – СН2 – СН3
|
5 |
2,4-диметил-3-этилпентанол |
ОН – СН2 – СН – СН – СН - СН3 СН3 СН2 СН3 СН3 |
6 |
Изопентилбензол |
СН3 СН3 СН2 – С - СН3 |
7 |
3,3-диметил-5-этилгексанол-2 |
СН3 СН3 – СН – СН – СН2 – СН - СН3 ОН СН3 СН2 - СН3
|
8 |
1-этил-3,5-диизопропилбензол |
СН3 СН – СН3 СН3 СН2 – –СН – СН3 СН3 |
–СН2 – СН2 – СН2 –
СН3
1 |
2 |
3 |
9 |
2,2,4,4-тетраметилпентан |
СН3 СН3 СН3 – С – СН2 – С – СН3 СН3 СН3 |
0 |
2,2,3-триметилгексан |
СН3 СН3 – С – СН – СН2 – СН2 - СН3 СН3 СН3 |
Задача 13. Сферический заряд ТНТ (тринитротолуол) массой W (табл. 14) взрывается при стандартных атмосферных условиях. Найти параметры падающей и нормально отражённой от препятствия взрывной волны на расстоянии R (табл. 14) от центра взрыва.
Таблица 14.
Номер варианта |
Масса ТНТ W, кг |
Расстояние R, м |
1 |
10 |
100 |
2 |
12 |
200 |
3 |
14 |
50 |
4 |
16 |
20 |
5 |
18 |
10 |
6 |
20 |
70 |
7 |
22 |
150 |
8 |
24 |
300 |
9 |
26 |
350 |
0 |
28 |
20 |