Добавил:
ivanov666
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:Пиротехнические составы и средства для интенсификации нефтедобычи. Монография
.pdf
обеспечивается вблизи стехиометрии – в интервале кислородного
Рис. 7.4. Зависимость расчетной теплоты горения без
баланса -12…+12 (рис. 7.4-7.5).
Таблица 7.1
Кислородный баланс и соотношение компонентов
и безметальных составов
Содержание
компонентов, %
Нитрат калия
Идитол
Перхлорат калия
Идитол
Перхлорат калия
Полистирол
Перхлорат калия
Уротропин
4000
3000
2000
Теплота горения, кДж/кг
1000
-60 -40 -20 0 20 40
Кислородный баланс, г О2 на 100 г состава
-55 -33 -12 0 7 12 33
66,0
34,0
64,5
35,5
71,4
28,6
59,6
40,4
73,9
26,1
72,2
27,8
77,6
22,4
68,5
31,5
81,5
18,5
80,6
19,4
83,6
16,4
76,8
23,3
85,8
14,2
83,8
16,2
87,0
13,0
81.6
18,4
88,3
11,7
- 88,1
-
-
-
-
90,1
9,9
11,9
90,4
9,6
86,0
14,0
95,5
4,5
96,3
3,7
95,1
4,9
Кислородный баланс
-
участия жидкой среды от КБ составов:
KNO3+идитол KClO4+идитол
KClO4+полистирол KClO4+уротропин
71
3000
Температура
2500
2000
1500
горения, К
1000
-60 -40 -20 0 20 40
Кислородный баланс
Рис. 7.5. Зависимость расчетной температуры
горения без участия жидкой среды от КБ составов:
KNO3+идитол KClO4+идитол
KClO4+полистирол KClO4+уротропин
При расчете с учетом участия среды максимальные теплоты и
температуры сгорания смесей также соответствуют
стехиометрическому соотношению компонентов. Это, как и при
горении пороха, указывает на неучастие жидкой среды в
окислительно-восстановительных реакциях. Расчетная программа
учитывает только термодинамические параметры среды, поэтому с
увеличением содержания воды и, соответственно, теплоотвода, в
системе идет линейное уменьшение указанных характеристик
независимо от природы состава и кислородного баланса. В качестве
примера на рис. 7.6 и 7.7 приведены расчетные значения температуры
и теплоты сгорания в зависимости от содержания нефти в жидкой
среде для составов со стехиометрическим соотношением
компонентов.
Расчетные теплота горения смесевых составов в воде и эмульсии с
низким содержанием нефти близки этим характеристикам при
использовании пороха. В эмульсиях с содержанием нефти 50% и
более теплота горения смесевых составов намного выше, но
расчетные температуры горения безметальных смесевых составов в
этих средах и пороха отличаются не более чем на 25%.
Это можно объяснить различием состава продуктов горения и,
следовательно, различием их теплоёмкостей.
72
Рис. 7.6. Зависимость расчетной теплоты горения
1500
Теплота горения,
горения безметальных составов с КБ = 0 от состава
1300
1100
900
кДЖ/кг
700
500
300
0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100
Содержание нефти, %
составов с КБ = 0 от состава жидкой среды:
KNO3+идитол KClO4+идитол
KClO4+полистирол KClO4+уротропин
900
800
700
600
500
Температура, К
400
300
0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100
Рис. 7.7. Зависимость расчетной тмпературы
жидкой среды:
KNO3+идитол KClO4+идитол
KClO4+полистирол KClO4+уротропин
Зависимости скорости горения, максимального давления и
скорости нарастания давления от кислородного баланса носят
73
Содержание нефти, %
экстремальный характер (рис. 7.8-7.19), максимум достигается в
Рис. 7.8. Зависимость линейной скорости горения
60
Линейная скорость
интервале кислородного баланса от -12 до +12 – как для расчетных
энергетических характеристик. Это также дает основание полагать,
что при горении этих составов среда практически не участвует в
окислительно-восстановительных процессах.
Линейная скорость горения и максимальное давление при
горении смесевых составов могут быть вдвое выше, чем при
горении в той же среде пороха, скорость нарастания давления выше
в два-пять раз. При использовании перхлората калия эти
характеристики имеют более высокие значения, чем при
использовании нитрата калия. Изменяя природу компонентов,
можно менять характеристики ТГГ в широких пределах.
Интересно отметить, что скорость горения, максимальное
давление и скорость нарастания давления независимо от состава
жидкой среды в отрицательной области КБ выше, чем в
положительной. Еще одной общей закономерностью у данных
составов является то, что предел горючести расширяется в большей
степени в отрицательную область (КБ = -55), чем в положительную
(КБ = +33).
50
40
30
20
горения, мм/с.
10
0
-60 -50 -40 -30 -20 -10 0 10 20
Кислородный баланс
состава KNO3+идитол в жидких средах от КБ:
вода эмульсия 30/70
эмульсия 50/50 эмульсия 70/30
74
Рис. 7.9. Зависимость линейной скорости горения состава
120
Рис. 7.10. Зависимость линейной скорости горения состава
Линейная скорость горения,
эмульсия 70/30
нефть
100
80
60
горения, мм/с
40
Линейная скорость
20
0
-60 -50 -40 -30 -20 -10 0 10 20 30 40
Кислородный баланс
KClO4+идитол в жидких средах от КБ:
вода эмульсия 30/70 эмульсия 50/50
эмульсия 70/30 нефть
100
90
80
70
60
мм/с
50
40
30
20
10
0
-60 -50 -40 -30 -20 -10 0 10 20 30 40
Кислородный баланс
KClO
+полистирол в жидких средах от КБ:
4
вода эмульсия 30/70 эмульсия 50/50
75
ис. 7.11. Зависимость линейной скорости горения состава
50
Линейная скорость
40
30
20
горения, мм/с
10
0
-60 -50 -40 -30 -20 -10 0 10 20 30 40
Кислородный баланс
Р
KClO4+уротропин в жидких средах от КБ:
вода эмульсия 30/70 эмульсия 50/50
эмульсия 70/30 нефть
76
Рис. 7.13. Зависимость максимального давления при
30
Максимальное
Максимальное
25
20
МПа
давление,
15
10
5
0
-60 -50 -40 -30 -20 -10 0 10 20 30 40
Кислородный баланс
горении состава KClO4+идитол в жидких средах от
вода эмульсия 30/70
КБ:
эмульсия 50/50 эмульсия 70/30
30
25
20
МПа
15
давление,
10
5
0
-60 -50 -40 -30 -20 -10 0 10 20 30 40
Кислородный баланс
Рис. 7.14. Зависимость максимального давления при
горении состава KClO4+полистирол в жидких средах от КБ:
вода эмульсия 30/70
эмульсия 50/50 эмульсия 70/30
77
+уротропин в жидких средах от
30
Максимальное
25
20
МПа
давление,
15
10
5
0
-60 -50 -40 -30 -20 -10 0 10 20 30 40
Кислородный баланс
Рис. 7.15. Зависимость максимального давления при
горении состава KClO
вода эмульсия 30/70 эмульсия 50/50
эмульсия 70/30 нефть
4
КБ:
78
Рис.7.17. Зависимость скорости нарастания давления при
14
Скорость нарастания
Скорость нарастания
12
10
8
6
давления МПа/с*г
4
2
0
-60 -50 -40 -30 -20 -10 0 10 20 30 40
Кислородный баланс
горении состава KClO4+идитол при горении в жидких
средах от КБ:
вода эмульсия 30/70 эмульсии 50/50
эмульсия 70/30 нефть
7
6
5
4
3
2
давления МПа/с*г
1
0
-60 -50 -40 -30 -20 -10 0 10 20 30 40
Рис.7.18. Зависимость скорости нарастания давления при
горении состава KClO4+полистирол в жидких средах от КБ:
вода эмульсия 30/70 эмульсии 50/50
эмульсия 70/30 нефть
79
Кислородный баланс
+уротропин в жидких средах
7
Скорость нарастания
6
5
4
3
давления МПа/с*г
2
1
0
-60 -50 -40 -30 -20 -10 0 10 20 30 40
Кислородный баланс
Рис. 7.19. Зависимость скорости нарастания давления
при горении состава KClO
вода эмульсия 30/70
эмульсии 50/50 эмульсия 70/30
4
от КБ:
Более высокие скорости горения в отрицательной области у
данных составов можно объяснить тем, что идитол, полистирол,
уротропин газифицирующиеся горючие. Газификация горючих
отстает от газификации окислителя (перхлорат калия
легкогазифицирующейся окислитель) и сопровождается образованием
сажи, у полистирола это выражено больше. Горение частиц сажи
протекает сравнительно медленно и не успевает завершиться в
пределах зоны влияния. Поэтому у составов на этих горючих
максимум по экспериментальным значениям лежит в отрицательной
области.
Максимумы линейной скорости горения и скорости нарастания
давления в основном приходятся на эмульсии с содержанием нефти 50
и 70% (рис. 7.20-7.27). Абсолютные значения максимумов при
содержании нефти 50% могут быть в 2-5 раза выше, чем при
содержании нефти 70%. Известно, что при добавлении воды к нефти в
количестве от 10 до 70% вязкость эмульсии повышается в 1,3 – 6,0
раз. Горение в эмульсиях происходит в условиях сред с более
высокой, чем у воды и нефти, вязкостью, что должно способствовать
торможению оттока продуктов сгорания из зоны горения. Это, в свою
очередь, приведет к увеличению давления продуктов сгорания, так как
80
Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]