Добавил:
ivanov666
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:Теория горения и взрыва. Практикум
.pdf
МИНИСТЕРСТВО ТРАНСПОРТА РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ
МОСКОВСКАЯ ГОСУДАРСТВЕННАЯ АКАДЕМИЯ
ВОДНОГО ТРАНСПОРТА
Сазонов В.Г.
ТЕОРИЯ ГОРЕНИЯ И ВЗРЫВА
Практикум
Альтаир–МГАВТ
Москва
2012
УДК 658.3:541.4 С–14
Сазонов В.Г.
Теория горения и взрыва. Практикум — М: МГАВТ, 2012 — 76 с.
В соответствии с требованиями Федерального государственного образовательного стандарта по направлению подготовки 280700 «Техносферная безопасность» высшего образования (бакалавриат), утвержденного приказом Министерства образования и науки РФ от 14.12.2009 №723 при изучении дисциплины
«Теория горения и взрыва» предусмотрены лекции для изложения теории, основы которой изложены в отдельном учебнике, а также предусмотрены практические занятия для овладения методами практических расчетов и решения задач. В
настоящем учебном пособии изложены методические рекомендации по проведению практических занятий, приведены примеры практических расчетов и задания на самостоятельные расчеты по дисциплине «Теория горения и взрыва»,
представлены справочные материалы, необходимые для решения практических
задач с учетом специфики функционирования объектов водного транспорта.
Предназначено для студентов, обучающихся по направлению подготовки 280700 «Техносферная безопасность». Оно будет полезно студентам других
специальностей и направлений подготовки академии, изучающим дисциплины
«Безопасность жизнедеятельности», «Экология», «Экспертиза объектов водного транспорта».
Рецензенты: заведующий кафедрой «Техносферная безопасность», доктор
технических наук, профессор В.К.Новиков;
заместитель заведующего кафедрой «Техносферная безопас-
ность», доцент Е.Ф. Баранов.
Рекомендовано к изданию Учебно-методическим советом МГАВТ.
Рассмотрено и рекомендовано к использованию в учебном процессе на
заседании кафедры «Техносферная безопасность» МГАВТ (протокол от «11»
сентября 2012 г. № 1).
Ответственность за оформление и содержание передаваемых в печать
материалов несут авторы и кафедры академии, выпускающие учебнометодические материалы
© МГАВТ, 2012
© Сазонов В.Г., 2012
2
СОДЕРЖАНИЕ
Предисловие ................................................................................................................. 4
Принятые обозначения и сокращения .................................................................... 5
Практическое занятие № 1 Подготовка данных для расчетов.
Обработка экспериментальных данных .................................................................... 6
Практическое занятие № 2 Определение значений параметров, заданных в
виде графиков ............................................................................................................ 14
Практическое занятие № 3 Расчеты количества воздуха, необходимого для
горения вещества ....................................................................................................... 17
Практическое занятие № 4 Расчеты количества воздуха, необходимого для
горения смеси газов ................................................................................................... 21
Практическое занятие № 5 Расчеты количества воздуха, необходимого для
горения твердого топлива ......................................................................................... 25
Практическое занятие № 6 Расчет количества и состава продуктов горения
веществ ....................................................................................................................... 28
Практическое занятие № 7 Расчет состава и количества газообразных
продуктов сгорания смеси горючих технических газов....................................... 30
Практическое занятие № 8 Расчет количества продуктов сгорания
твердого топлива ....................................................................................................... 34
Практическое занятие № 9 Методика расчета категорий помещений
(технических, складских) по взрывопожарной и пожарной опасности .............. 37
Список литературы.................................................................................................... 75
3
ПРЕДИСЛОВИЕ
В соответствии с Федеральным государственным образовательным стан-
дартом высшего профессионального образования по направлению подготовки
«280700 Техносферная безопасность» будущий специалист должен «владеть
методами расчета параметров возможных пожаров и взрывов, расчета рисков от
пожаров и взрывов на объектах водного транспорта, разработки мер по предупреждению и предотвращению пожаров и взрывов...».
Важно, чтобы будущий специалист не только знал теорию, но и мог самостоятельно проводить расчеты необходимых параметров. Поэтому в учебном
процессе предусмотрены практические занятия для студентов, на которых они
должны будут ознакомиться с различными методами расчета параметров пожаров и закрепить знания на решении конкретных заданий.
Задача данного учебного пособия — изложить в наиболее простой и доступной форме практические примеры различных расчетов для изучения в ВУЗе и для последующего применения специалистами водного транспорта, работающими в области техносферной безопасности по предупреждению и предотвращению возможных возгораний, пожаров и взрывов на судах и других объектах водного транспорта.
Создание данного учебного пособия вызвано необходимостью обеспечения преподавания студентам академии дисциплины «Теория горения и взрыва»
в соответствии с государственным образовательным стандартом для специальности 280700 «Техносферная безопасность».
В учебном пособии рассматриваются вопросы практического применения
знаний по теории горения и взрыва.
Учебное пособие рассчитано на формирование у студентов навыков практического применения знаний по теории горения и взрыва, необходимых для
обеспечения пожаровзрывобезопасности судов и других объектов водного
транспорта. Вопросы теории изложены в краткой форме, но достаточной для
решения практических задач. Справочные данные представлены достаточно
широко, чтобы обеспечить решение задаваемых в пособии задач.
При подготовке практических заданий использованы материалы учебников
и учебных пособий различных авторов, указанных в списке использованной литературы, из которых и приведены справочные данные, касающиеся характеристик и свойств конкретных веществ или материалов.
4
ПРИНЯТЫЕ ОБОЗНАЧЕНИЯ И СОКРАЩЕНИЯ
АОС
— аэрозольный огнетушащий состав
ВКПР
— верхний концентрационный предел распространения пламени
ВТ
— водный транспорт
ГЖ
— горючие жидкости
ГСМ
— горюче-смазочные материалы
КПР
— концентрационные пределы распространения пламени
ЛВЖ
— легковоспламеняющиеся жидкости
МВСК
— минимальное взрывоопасное содержание кислорода
НБЖС
— наставления по борьбе за живучесть судов Минречфлота РСФСР
(НБЖС РФ-86)
НД
— нормативные документы
НКПР
— нижний концентрационный предел распространения пламени
ОСП
— огнетушитель самосрабатывающий порошковый
ПК
— персональный компьютер
ППБ
— правила пожарной безопасности
СНиП
— строительные нормы и правила
СПГ
— сжиженный природный газ
ТТК
— твердотопливные композиции (для огнетушителя)
5
Практическое занятие № 1
Подготовка данных для расчетов.
Обработка экспериментальных данных
1.1. Целью работы является изучение методов подготовки данных для
расчетов и обработки экспериментальных данных. На первом практическом занятии рассматриваются также общие методические рекомендации (см. п. 1.2),
касающиеся всех практических расчетов.
1.2. Общие методические рекомендации
Практические расчеты как на практических занятиях, так и в реальной работе, следует начинать с того, что уточняются методики расчетов и используемые формулы, определяется состав необходимых для расчетов исходных данных и переменных параметров. В реальной работе на производстве, как правило, используемые методики и формулы в том или ином виде переводятся на
персональный компьютер (ПК) с использованием стандартных средств: Word,
Exel, MatLab, MatCad и др. и с возможностью задания разных исходных данных
и разных значений для переменных параметров.
Использование ПК позволяет быстро проводить серии расчетов для различных значений параметров, что очень важно для отладки и проверки используемой методики и применяемых формул. Методики и формулы проверяются
на известных примерах, ранее просчитанных и апробированных. Для надёжно-
сти отладки программ обязательно проводятся расчеты с граничными значениями параметров, с особенными граничными условиями.
Перед началом расчетов находятся и уточняются исходные данные и значения параметров для расчетов. Часто значения исходных данных и параметров
представлены в виде таблиц и графиков (как правило, полученных экспериментально), в которых имеются только дискретные значения параметров, а необходимые значения надо уметь находить путем интерполяции или экстраполяции
имеющихся данных. Поэтому важно для расчетов уметь вычислять некоторые
промежуточные данные из таблиц и графиков методом интерполяции (экстраполяции) табличных данных, или использования значений параметров, снятых
с графиков и экстраполированных для необходимых значений.
В практической работе для интерполяции/экстраполяции данных часто используют прикладные программы на ПК (стандартные, либо написанные самими исполнителями).
6
Несколько первых примеров (и заданий для практических расчетов) посвящено методам вычисления промежуточных данных из таблиц и графиков и
методам интерполяции (экстраполяции) табличных данных, или использования
значений параметров, снятых с графиков и экстраполирования их для получения необходимых значений.
Теоретический материал для данного и всех других практических занятий
взят из соответствующих разделов учебника [1] (Сазонов В.Г. Основы теории
горения и взрыва. Учебное пособие. М.: Альтаир–МГАВТ, 2012, 167 с.).
Перед каждым практическим примером в заданиях студентам, как правило,
представлен небольшой теоретический материал, представляющий собой выборку из указанного учебника, поэтому для удобства пользования указаны
ссылки на разделы, подразделы и пункты текста в учебнике, а также ссылки на
номера таблиц и графиков, под которыми таблицы и графики обозначены в указанном учебнике. При этом к номерам таблиц и графиков из учебника добавлен
символ «у», например, ссылка на таблицу 4.1у, означает ссылку на таблицу 4.1
учебника. Все остальные таблицы, графики и рисунки в пособии для удобства
пользования учебным пособием перенумерованы подряд.
Первые несколько заданий на самостоятельные расчеты касаются методов
интерполяции и аппроксимации значений параметров, которые заданы дискретно в виде экспериментальных значений в таблицах или в виде графиков.
Отчет о выполнении соответствующего задания (оформление отчета о работе) следует выполнять письменно, на отдельных листах (или в отдельной
тетради) и сдавать на проверку преподавателю. Необходимо обязательно указать учебную группу, фамилию, имя и отчество студента, дату выполнения работы, предмет, номер задания и номер варианта. Следует указать использованные исходные данные и значения исходных параметров, затем подробно описать последовательность проведенных действий и полученные значения параметров (ответы).
1.3. Формулировка задания №1а: Найти (рассчитать) значения периода
индукции (t*) в зависимости от температуры и состава метано-воздушной смеси
при заданных значениях параметров по имеющимся экспериментальным данным, представленным в табл. 3.1у и параметрам, заданным в табл. 1. (см. также
в учебнике: п.3.4. Период индукции).
1.4. Пояснения к заданию №1а
Время с момента ввода горючего вещества в нагретый сосуд до его самовоспламенения называется периодом индукции t*. Величина периода индукции t* за-
7
висит от состава горючей смеси, а также изменяется в зависимости от количества
Содержание СН
4
в смеси, %
t* при 775 ОС
t* при 825 ОС
t* при 875 ОС
6
1.08
0.58
0.35
7
1.15
0.60
0.36
8
1.23
0.62
0.37 9 1.30
0.65
0.39
10
1.40
0.68
0.41
12
1.64
0.74
0.44
Примечание: *) в учебнике [1] это таблица 3.1.
вещества, давления, температуры сосуда, его размеров и других факторов.
Период индукции играет большую роль не только для смесей горючих газов с воздухом, но также для пылевоздушных смесей и твердых топлив. Этот
параметр имеет практическое значение при оценке пожарной безопасности некоторых производств.
Знание длительности периода индукции очень важно при проектировании
(разработке) противопожарных устройств и мероприятий, т.к. необходимо подобрать (или разработать) устройства с временем срабатывания меньше периода индукции для надёжного обеспечения противопожарной безопасности.
Кроме термодинамических параметров среды — температуры и давления,
величина t* зависит и от состава газовой смеси. В табл. 3.1у приведены данные
по t* для метано-воздушной смеси с разным содержанием метана, где с увеличением содержания горючего газа в смеси, период индукции возрастает.
Таблица 3.1у*)
Значения периода индукции (t*) в зависимости
от температуры и состава метано–воздушной смеси
В нормативно–технической и справочной документации многие значения
параметров заданы дискретно в виде таблиц, поэтому важно научиться вычислять (аппроксимировать, интерполировать) значения для промежуточных значений параметров.
1.5. Варианты заданий для самостоятельной работы студентов
Рассчитать значения периода индукции (t*) в зависимости от температуры
и состава метано-воздушной смеси для тех ячеек табл. 1, которые обозначены
буквой «в» с соответствующим номером варианта задания, (номера даются
преподавателем каждому студенту).
8
Таблица 1
№
строки
Содержание
СН
4
в смеси, %
t* при
775 ОС
t* при
800 ОС
t* при 825
О
С
t* при 840
О
С
t* при 875 ОС
столбцы →1
2 3 4 5 6
1 5 в1
в1
в1, в8
в8
в8
2 6 1.08
в1
0.58
в8
0.35
3
6,5
в2
в2
в2, в9
в9
в9
4 7 1.15
в2
0.60
в9
0.36
5
7,4
в3
в3
в3, в10
в10
в10
6 8 1.23
в3
0.62
в10
0.37
7
8,6
в4
в4
в4, в11
в11
в11
8 9 1.30
в4
0.65
в11
0.39
9
9,5
в5
в5
в5, в12
в12
в12
10
10
1.40
в5
0.68
в12
0.41
11
11,2
в6
в6
в6, в13
в13
в13
12
12
1.64
в6
0.74
в13
0.44
13
12,4
в7
в7
в7, в14
в14
в14
14
14
в15
в15
в15, в16
в16
в16
Период индукции (t*) в зависимости от температуры и состава смеси
Таким образом, следует провести самостоятельно расчет промежуточных
значений для указанных ячеек табл. 1 (16 вариантов заданий от в1 до в16):
а) методом линейной интерполяции (по двум точкам);
б) методом интерполяции по трём точкам (квадратичная интерполяция).
1.6. Порядок выполнения работы
1). Ознакомиться с основными положениями выполняемой работы.
2). Записать исходные данные своего варианта из табл. 1.
3). Выполнить расчеты, как показано в примерах расчетов.
4). Оформить отчет по работе по форме, изложенной в подпункте 1.2
настоящего пособия
1.7. Примеры расчетов
ров, которые следует использовать как образец для самостоятельных расчетов.
При расчетах следует обратить внимание на крайние ячейки таблицы, т.к. у них
есть особенности интерполяции.
Ниже приведены три примера расчета промежуточных значений парамет-
9
Рассмотрим расчет значений для варианта «в3» (см. строку 5 в табл. 1).
При этом будем использовать удобную для таблиц запись значения ячейки как
z(i, j), где i — номер строки, а j — номер столбца таблицы.
Расчет 1. Для наглядности построим график (см. рис. 1), где по оси Х
отложены значения из столбца 1 (см. табл. 1), а по оси У – значения из
столбца 2 (искомое значение обозначено на графике как ???). При расчете по
двум точкам, используя соотношения пропорциональности (из подобия треугольников) имеем:
z(5, 2) = 1,15 + [(1,23 - 1,15)/(8,0 - 7,0)] ∙ (7,4 – 7,0) = 1,182.
Или в общем случае, когда проведена прямая через две точки, имеем:
у = а + в∙х;
для двух точек получаем систему уравнений у(7) = а + в∙7 = 1,15;
у(8) = а + в∙8 = 1,23.
Решая систему этих двух уравнений (вычитанием первого из второго), по-
лучаем:
в = 1,23–1,15=0,08; а=1,15–7в = 1,15-0,56 = 0,59.
Таким образом: у = 0,59 +0,08х и далее у(7.4) = 0,59 + 0,08∙7,4 = 1,182.
Расчет 2. Проведем также решение экстраполяцией, когда искомая точка
находится за пределами исходных данных, т.е. исходные данные берем для х=6
и х=7, а искомое значение вычислим для х=7,4:
В общем случае, когда проведена прямая через две точки, имеем:
у = а + в∙х; получаем систему уравнений у(6) = а + в∙6 = 1,08;
у(7) = а + в∙7 = 1,15;
Решая систему получаем: в = 1,15–1,08=0,07; а=1,15–7в = 1,15-0,49 = 0,66;
таким образом: у = 0,66 +0,07х и далее у(7.4) = 0,66 + 0,07∙7,4 = 1,178.
Расчет 3. Для расчета по 3-м точкам запишем квадратичное уравнение:
у(х) = а + в∙х + с∙х2 и систему 3-х уравнений для 3-х точек:
у(6) = а + в∙6 + с∙62 = а + 6в + 36с = 1,08; (1)
у(7) = а + в∙7 + с∙72 = а + 7в + 49с = 1,15; (2)
у(8) = а + в∙8 + с∙82 = а + 8в + 64с = 1,23; (3)
10
Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]