Министерство образования Российской Федерации

Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования «Ижевский государственный технический университет»

Кафедра «Теплогенерирующие установки и газоснабжение»

О.И.ВАРФОЛОМЕЕВА

РАСЧЕТ ПРЕДЕЛОВ РАСПРОСТРАНЕНИЯ ПЛАМЕНИ И НОРМАЛЬНОЙ СКОРОСТИ ГОРЕНИЯ ПРИРОДНОГО ГАЗА.

Методические указания к выполнению

курсовой работы по дисциплинам

«Физико-химические основы горения» и «Теория горения и взрыва»

для специальностей 29.07.00, .

Ижевск

2005

Расчет пределов распространения пламени и нормальной скорости горения газа. Методические указания к выполнению курсовой работы по дисциплинам «Физико-химические основы горения», «Теория горения и взрыва» специальностей 29.07.00, .

Составитель: канд. техн. наук, доцент каф. «ТГУ и Г»

Варфоломеева Ольга Ивановна

Методические указания содержат теоретические сведения, методику и справочные данные для выполнения расчетов пределов распространения пламени и скорости нормального горения газообразного топлива.

Методические указания предназначены для студентов специальностей 290700 и

Рецензент: проф., доктор техн. наук Диденко В. Н.

© Ижевский государственный технический университет, 2005.

© Теплотехнический факультет, 2005.

© Варфоломеева Ольга Ивановна

Содержание:

1. Расчет пределов распространения пламени горючей смеси с учетом химической кинетики реакций горения.

2. Расчет процесса распространения пламени.

3. Приложения.

4. Список литературы.

РАСЧЁТ ПРЕДЕЛОВ РАСПРОСТРАНЕНИЯ ПЛАМЕНИ ГОРЮЧЕЙ СМЕСИ С УЧЁТОМ ХИМИЧЕСКОЙ КИНЕТИКИ РЕАКЦИИ ГОРЕНИЯ.

Верхний φ_в и нижний φ_н концентрационные пределы распространения пламени – это максимальное и минимальное содержание горючего в смеси «горючее–окислитель», при котором возможно распространение пламени в смеси на любое расстояние от источника зажигания.

Для выполнения расчёта необходимо знать состав газообразного топлива в процентном соотношении и начальную температуру горючей смеси.

Пределы распространения пламени определяются следующими соотношениями:

:

.

Значения коэффициентов Аи В находят по выражениям:

;

,

где Н₂, СО, С_пр, С_непр, N₂, СО₂, Н₂О и О₂ – объёмные доли газов, предельных и непредельных углеводородов в смеси, %; С_гор – сумма горючих компонентов, %; , , , , , , , – соответственно, нижний и верхний пределы распространения пламени газов: К_ф и φ_ф – коэффициент флегматизации и минимальное флегматизирующее содержание всех инертных компонентов, находящихся в газе; Δ – поправка, учитывающая содержание кислорода в газе, %.

Коэффициент флегматизации и минимальное флегматизирующее содержание всех инертных компонентов рассчитывают по формулам:

,

где , , – коэффициенты флегматизации , , – минимальное флегматизирующее содержание индивидуальных инертных компонентов, % (объёмный).

Коэффициенты флегматизации минимальное содержание индивидуальных инертных компонентов определяются по выражениям:

,

,

,

,

,

,

где – стандартная теплота образования горючей части газа, при 25˚С, кДж/моль; , и – число атомов углерода, водорода и кислорода в условной формуле горючей части газа.

При определении , , и необходимо пользоваться выражениями:

,

,

,

,

где и – теплота образования предельных и непредельных углеводородов, а , , , – число атомов углерода и водорода.

Значение δ зависит от содержания кислорода в горючем газе и составляет:

Δ, %……..2,1 – 3,6	3,7 – 4,5	4,3 – 5,3	4,8 – 5,8
О2, %………1 – 2	3,0	4,0	5,0

Если температура газовоздушной среды отлична от 25˚с, то нижний и верхний пределы распространения пламени рассчитывают по формулам:

;

.

Справочные данные для расчёта приводятся в приложении 1.

Расчёт процессов распространения пламени.

Интенсивность процесса распространения пламени в неподвижных или ламинарно движущихся горючих смесях характеризуется двумя параметрами:

1. Нормальная скорость распространения пламени u_п – линейная скорость перемещения элементов фронта пламени относительно свежей смеси в направлении нормали к ним:

, м/с (1)

А – безразмерный коэффициент, который зависит от начальной температуры смеси, температуры горения и кинетики реакции горения;

а_см – температуропроводность смеси (а_см= λ·ρ/С_р);

τ – время химической реакции во фронте пламени.

Расчёт нормальной скорости по соотношению (1) затруднён, поэтому значения и_Р определяют экспериментально.

2. Массовая скорость горения u_m – количество горючей смеси, сгорающее в единицу времени на единице поверхности фронта пламени:

, м (2)

ρ_см – плотность горючей смеси.

3. Критический диаметр трубок d_кр – минимальный внутренний диаметр трубки, ниже которого распространение в них пламени становится невозможным.

,м (3)

Значения нормальной скорости горения и остальных параметров процесса зависят от состава горючей смеси, соотношения горючее-окислитель, начальной температуры смеси и давления следующим образом:

1. Максимальное значение и_п лежит в области богатых смесей. Её конкретное значение зависит от вида горючего вещества и уменьшается в сторону возрастания и убывания коэффициента избытка окислителя.

2. При возрастании начальной температуры смеси и_п растёт в зависимости от состава смеси согласно соотношению:

и_п ~ Т_{о см}^1,2–2,2 (4)

Для углеродовоздушных смесей рекомендуется следующая пропорция [Щетинков Е.С. Физика горения газов. М: Наука, 1965]:

и_п ~ Т_{о см}^1,8 (5)

3. Повышение давления снижает и_п медленно горящих смесей (и_п< 0,5 м/с при атмосферном давлении) и повышает и_п быстро горящих смесей (и_п> 1,2 м/с при атмосферном давлении). Рекомендуемые соотношения между нормальной скоростью и давлением следующие:

• газокислородные смеси:

и_m~р.

• смеси СО с окислителем:

u_n~1/p^{0.25 ÷ 0.3}.

• смеси предельных углеводородов с воздухом:

и_m~р^{0.7 ÷ 0.75}.