Добавил:

ivanov666 Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.

Вуз:

Башкирский Государственный Аграрный Университет

Предмет:

[НЕСОРТИРОВАННОЕ]

Файл:

Теория горения и взрыва. Учебное пособие (практикум)

.pdf

Скачиваний:

Добавлен:

07.09.2026

Размер:

2 Мб

Скачать

☆

<<< < Предыдущая 1 2 3 4 5 6 7 8 910 / 1110 11 > Следующая >>>

где ∆Пг, см – потенциал горючести смеси газов и паров, кДж/моль;

∆ Пг, – потенциал горючести i- того компонента смеси, кДж/моль;

– мольная доля i- того компонента смеси;

Примеры решения задач

Пример 1.Определить, является ли горючей смесь содержащая 30% окиси углерода, 40% метана, 25% двуокиси углерода и 5% паров 1,2-дибромтетраафторатана (фрион 1,1,4 в2).

Решение. Согласно условиям (16.1) горючесть индивидуаль- ных веществ и их смесей в воздухе определяется знаком потенциала горючести. Поэтому по формуле (16.2) и табл.12 приложения определим потенциал горючести смеси:

∆Пг, с =0,3(-38,0)+0,4(-57,2)+0,25∙16,7+0,05∙227=-18,7 ккаал/моль.

Так как потенциал горючести отрицателен, то данная смесь газов в воздухе способна к горению.

Пример 2. Определить предельную по горючести смесь со- стоящую из этилена и дифторхлорбромметана.

Решение. Согласно условиям (16.1) предельной по горючести будет смесь, у которой потенциал по горючести равен 0.

Обозначим модульную долю горючего через тогда мольная доля ингибитора будет равна (1- Согласно формуле

(16.2):

ин=0.

С помощью табл.12 запишем: (-153)+(1- 126=0

=0,45.

Таким образом, смесь газов, содержащая менее чем 45% этилена и более чем 55 % дифторхлорбромметана, не способна к воспламенению и горению при любом соотношении с воздухом.

Пример 3. С помощью потенциала горючести определить ми- нимальное взрывоопасное содержание кислорода (МВСК) при разбавлении ацетоновоздушных смесей углекислым газом.

Решение. Согласно определению (глава 3)МВСК находят

из условия определенных по горючести смеси паров и газов.

- 91 -

Определим состав предельной по горючести смеси содержащей пары ацетона и углекислый газ:

=0,129

1. Следовательно, смесь, содержащая 12,9 % паров ацетона и

87,1% двуокиси углерода, является предельной по горючести.

Установлено, что соотношение горючего и воздуха в предельных смесях близко к стехиометрическому. Находим стехиометрическую концентрацию паров ацетона в воздухе.

C3Н6О+4О2+4∙3,76N2=3СО2+3Н2О+4∙3,76 N

φсм= =5%.

Таким образом, смесь, содержащая 5% паров ацетона и 95% воздуха является стехиометрической.

2. Согласно расчетам пп.1 и 2 , находим состав трех компо-

нентной смеси: пары ацетона - углекислый газ - воздух. Предварительно устанавливаем количество двуокиси углерода, которая перейдет со стехиометрической концентрацией ацетона:

= =33,7%.

СО2

Следовательно, 5% +33,7%+95%-100%

95%- φ

возд.

возд.=

=71,1%.

Тогда содержание кислорода в предельной по горючести смеси (МВСК) будет равно:

Где φо

-содержание кислорода в воздухе, %;

φо

φо2=φо

∙φ

возд

100

= =14,9%.

Согласно справочным данным, МВСК ацетоновоздушных смесей, разбавляемых углекислым газом, равна 14,9%.

Сравнивая полученные данные с результатами расчета МВСК по формуле (16.5), можно сделать вывод, что определение МВСК по потенциалу горючести более надежен.

- 92 -

Номер

варианта

Горючее вещество

Инертный разбавитель

Бензол

Азот

Бутан

Двуокись углерода

Диэтиловый спирт

Хлорбромметан

Метиловый спирт

Тетрафторметан

Водород

Дифторхлорбромметан

Пентан

Двуокись углерода

Пропилен

Азот

Сероуглерод

Вода

Циклопропан

Гелий

Изобутилен

Двуокись углерода

Изобутилформиат

Дифтордихлорметан

Метилацетат

Азот

Этиловый спирт

Аргон

Изобутан

Бромэтан

Вопросы и задания

1. Определить, будет ли горючей смесь газов, содержащих

40% бутана,10% паров бензола,18% паров диметилового эфира, 20% двуокиси углерода и 12% дифтордихлорметана (фреон12).

2. Определить состав предельной по горючести смеси, содер-

жащей метилэтилкетон и трифторбромметан.

3. Определить минимальное взрывоопасное содержание кис-

лорода при разбавлении бензол- воздушных смесей двуокисью углерода, парами воды, азотом, 1,2-дибромтетрафторэтаном. Сделайте вывод об эффективности разбавителей.

Домашнее задание

Определить предельную по горючести газовоздушную смесь, состоящую из – того горючего вещества и – того инертного

(химически активного) разбавителя. Определить минимальное взрывоопасное содержание кислорода в таких смесях, полагая, что точка флегматизации наступает при стехиометрическом соотношении горючего и окислителя. Сравнить результаты расчета с имеющимися справочными данными (табл.16.1).

Таблица 16.1

Варианты домашнего задания

- 93 -

Аммиак

1,2-дибромтетрафторэтан

Гексан

Двуокись углерода

Водород

Азот

Диметиловый эфир

Двуокись углерода

Этилен

Бромэтан

Метилформиат

1,2-дибромтетрафторэтан

Окись этилена

Двуокись углерода

Бутен-1

Двуокись углерода

Рекомендуемая литература: [1, 2, 3, 5, 6, 9]

- 94 -





ПГpi

ТТ





ПГpi

ПГ

ТТ

ТЕМА 17. ВЛИЯНИЕ ХАРАКТЕРИСТИК УДАРНОЙ ВОЛНЫ

НА ЖИВОЙ ОРГАНИЗМ

17. Расчет температуры и давления взрыва парогазовоздушных систем

Цель практического занятия: научится проводить расчеты

по определению температуры и давления взрыва порогазовоздушных систем.

Знания и умения, приобретаемые студентом в результате

освоения темы занятия, формируемые компетенции или их части: способность работать самостоятельно (ОК-8); способность ис-

пользовать законы и методы математики, естественных, гуманитарных и экономических наук при решении профессиональных задач (ОК-11); способность применять на практике навыки проведения и описания исследований, в том числе экспериментальных (ОК-16).

Актуальность темы практического занятия: овладение ме-

тодами расчета параметров пожарной опасности веществ необходимо для практической деятельности студентов.

Теоретическая часть

Температура взрыва – температура (зоны пламени), до кото-

рой нагреваются продукты реакции горения. Это максимальная температура зоны химической реакции (зоны пламени).

Температура взрыва определяется из уравнения теплового ба-

ланса

Qн=

При этом адиабатическая температура взрыва

СpiVпг(Tв-T

)(17.1)

(17.2)

а действительная температура взрыва

(17.3)

где Т

и Тв – соответственно адиабатическая и действительная

температуры взрыва;

- 95 -

№

Определяемые параметры

Примечание

Объём и состав продуктов горения

кмоль, м3

Низшая теплота сгорания или количество тепла, пошедшего на нагрев продуктов горения (при наличие теплопотерь)

Qпг или Qн

кДж/кмоль, кДж/кг

Среднее значение энтальпии продуктов горения





ПГi

ПГН

ср

)(

(17.4)

Температура горения Т1 (табл. 1,2 прил.) по средней энтальпии с помощью табл. 1 (если Нср выражена в кДж/м3), ориентируясь на азот (наибольшее содержание в продуктах горения)

Теплосодержание продуктов горения с температурой Т1 (табл. 1,2 прил.)





пгiiпг

VHQ

(17.5)

Если Q`пг<Q

н(пг)

, то Т2>Т1 (в том

случае, если Q`пг>Q

н(пг)

, то Т2<Т1)

– энтальпия i-продукта

горения; Vi- объём i-продукта

горения

Q``пг по формуле (4.1.6)

Расчет проводим до получения неравенства Q`пг<Q

н(пг)

< Q``пг

Температура горения

 

"""

)(

ПГПГ

ПГПГН

ТТQQ

ТТ







(17.6)

– начальная температура;

– объем i-ro продукта горения;

ПГi

QН – низшая теплота горения вещества; QПГ – теплота, пошедшая на нагрев продуктов горения.

Расчет параметров

Таблица 17.1

При этом

где η – доля теплопотерь в результате излучения энергии, химического и механического недожога.

ПГ= QН

(1-η) (17.7)

- 96 -





ПГi

Рi

ПГ

ТТ

Вещество

Теплоёмкость

кДж/(м·К)

Дж/(моль·К)

СO2

2,27

50,85·10

-3

SO2

2,28

51,07·10-3

Н2О (пар)

1,78

39,87 10-3

1,42

31,81·10-3

Воздух

1,44

32,26·10-3









iвзр

взр

nТР

Расчет температуры взрыва по формуле (17.2) или (17.3) мо-

жет быть проведен только методом последовательных приближений, поскольку теплоёмкость газов зависит от температуры горения (табл. 17.1)

Действительная температура взрыва на пожаре для большин-

ства газообразных, жидких и твёрдых веществ изменяется в достаточно узких пределах (1300 – 1800 К). В связи с этим расчетная оценка действительной температуры взрыва может быть значительно упрощена, если теплоемкость продуктов горения выбирать при температуре 1300 К:

(17.8)

где С

– теплоемкость i-го продукта горения при 1500 К (табл. 17.2)

Рi

Таблица 17.2

Теплоемкость i-го продукта горения

Давление при взрыве – важный фактор для расчета противо-

взрывной защиты аппаратов и расчета ослабленных и легкосбрасываемых конструкций зданий и сооружений.

Давление при взрыве можно определить по формуле:

(17.9)

где Р0 .– начальное давление смеси;

.– начальная температура смеси;

– температура взрыва;

взр

- 97 -



ni



ni

. – сумма молей продуктов горения;

– сумма молей исходной смеси.

Скорость распространения пламени является одной из важней-

ших характеристик пожаровзрывоопасности веществ и материалов.

Взрыв является следствием быстропротекающих физических или химических процессов, сопровождающихся переходом внутренней энергии системы в работу расширяющихся продуктов взрыва.

В зависимости от механизма протекающих при этом процессов различают физический и химический взрыв.

Физический взрыв протекает без химических превращений и подчиняется физическим, в основном, газодинамическим законам. К физическим взрывам относятся взрывы паровых котлов и сосудов с высоким внутренним давлением.

Химический взрыв возникает результатом быстропротекающих химических реакций.

Скорость химических реакций при горении зависит от агрегатного состояния горючего вещества. При горении твердых горючих материалов или их медленном тлении скорость процессов химических превращений невелика и составляет от долей миллиметра до десятков метров в секунду. Для этих процессов передача теплового потока от слоя к слою совершается в основном по механизму теплопроводности и диффузии тепловых флуктуаций.

Однако при реальных пожарах горение в газовой фазе является наиболее важным видом горения, т.к. касается не только горения горючих газов, но и горения горючих жидкостей и твердых веществ, которые перед непосредственным вступлением в реакцию окисления испаряются или термически разлагаются с образованием газообразных горючих продуктов, рассмотрим подробнее распространение пламени в газовой фазе.

Рассмотрим, что происходит в холодной горючей газовой среде при ее локальном поджигании. Так как реакция горения – экзотермическая, то происходит разогрев соседнего слоя газа за счет теплопроводности. В том слое в свою очередь возникает химическое превращение, сопровождающее выделением теплоты. Возни-

- 98 -

кает процесс послойной передачи теплоты, инициирующей реакцию горения.

Распространение пламени по горючей среде, при котором зона реакции горения движется вследствие послойного разогрева по механизму теплопроводности, называется нормальным или де- флаграционным горением. Механизм дефлаграционного горения был изучен одним из основоположников теории горения В.А. Михельсоном.

Форма пламени определяется поверхностью фронта пламени. В отсутствии внешних возмущений в неограниченном пространстве устойчивой формой пламени будет сферическая.

При поджигании горючей газовой смеси точечным импульсом у открытого конца длинной трубы вначале форма пламени будет сферическим, пока не достигнет размера, допускающего касания стенок трубы. Распространение пламени прекращается около стенок, поэтому фронт пламени приобретает форму наружной поверхности шарового сегмента, ограниченной сечением трубы. По мере удаления пламени от точки зажигания и увеличение радиуса его кривизны оно становится все более плоским. Для бесконечной трубы в таком случае устойчивой формой пламени будет плоская.

Распространение невозмущаемого пламени в каждой точке фронта пламени происходит по нормали к его поверхности, поэтому такое горение и называется нормальным или дефлаграционным.

Важнейшей характеристикой горючей среды является скорость распространения пламени по неподвижной горючей среде по нор- мали к его поверхности, называемая нормальной скоростью распространения пламени

. Это минимальная скорость, с которой может

распространяться пламя по данной среде. Размерность

м/с.

Форма фронта пламени, возникшего от небольшого источника зажигания в неподвижной однородной среде – сферическая, а в ряде случаев, например при горении в трубах, может быть плоской, наблюдаемая в реальных условиях скорость распространения пламени относительно неподвижных предметов (стенки трубы, сосуда и т.п.) называется видимой скоростью UВ.

В зависимости от направления и величины линейной потока газовой смеси VO фронт пламени может быть неподвижным (стационарным) или движущимся. Стационарное пламя возникает в

- 99 -

тех случаях, когда горючая смесь движется навстречу фронту пламени с такой же скоростью, т.е. V0 = UВ. Типичным примером стационарного пламени является пламя факельных горелок в промышленных печах, лабораторных горелок Бунзела и других.

Взрыв – это режим горения, при котором фронт пламени распространяется за счет самовоспламенения горючей смеси во фронте бегущей впереди ударной волной.

Подробно о возникновение ударных волн и детонации мы рассмотрим в следующем разделе нашего курса.

Сейчас рассмотрим лишь некоторые отличия в распространении пламени при дефлаграции и детонации. При взрыве газообразных горючих смесей толщина слоя, в котором происходят химические превращения, значительно шире, чем при дефлаграционном режиме горения и измеряется величиной от нескольких миллиметров до нескольких сантиметров. В то же время в газовых смесях детонационной фронт не является гладким. Негладкость фронта в газах является результатом неоднородностей и турбулентностей, возникающих в зоне химической реакции, что приводит к пульсирующему режиму распространения детонационного фронта.

Скорость распространения пламени при взрыве целиком и полностью будет определяться скоростью распространения ударной волны D:

Скорость распространения ударной волны в реальных горючих газовых системах может превышать 1 км/с. Опыт показывает, что для водорода, например, D = 2820 м/с.

Огромный профессиональный интерес для пожарных специалистов представляет явление самопроизвольного возникновения взрыва. Оно становится возможным при скорости распространения пламени порядка тысяч м/с.

Как и дефлаграция, детонация газовых систем возможна только в определенной области концентраций горючего и окислителя, причем всегда в области воспламенения (об этом подробно в следующих лекциях).

Количество горючих веществ, способных образовывать взрывооопасные смеси, достаточно велико, причем способность их к взрыву повышается в смесях с кислородом. Последствия взрыва всегда катастрофичны.

- 100 -

<<< < Предыдущая 1 2 3 4 5 6 7 8 910 / 1110 11 > Следующая >>>

Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]