2.2. Расчет температуры горения

Температура горения определяется из уравнения теплового баланса:

(2.8)

При этом адиабатическая температура горения равна:

(2.9)

а действительная температура горения определяется по формуле:

(2.10)

где Т^*_г и Т_г – соответственно адиабатическая и действительная температуры горения;

Т_о – начальная температура;

С_рв, С_рi – соответственно теплоемкости воздуха и i-го продукта горения;

V_пгi – объем i-го продукта горения;

- избыток воздуха;

Q_н – низшая теплота горения вещества;

Q_пг – теплота, пошедшая на нагрев продуктов горения.

При этом

, (2.11)

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

Расчет температуры горения по формуле (2.9) или (2.10) может быть проведен только методом последовательных приближений, поскольку теплоемкость газов зависит от температуры.

Таблица 2.3

Методика расчета температуры горения веществ и материалов

Определяемые параметры	Примечание
1	2
1. Определяем объем и состав продуктов горения	кмоль/кмоль; м3/м3; м3/кг;
2. Рассчитываем низшую теплоту горения или количество тепла, пошедшего на нагрев продуктов горения (при наличии теплопотерь)	Qн или Qпг , кДж/кмоль; кДж/кг;
3. Находим среднее значение энтальпии продуктов горения	(2.12)
1	2
4. По средней энтальпии с помощью таблицы 1 (если выражена в кДж/кмоль) или таблицы 2 (если выражена кДж/м3), ориентируясь на азот (наибольшее содержание в продуктах горения), определяем приближенную температуру горения Т1
5. Рассчитываем теплосодержание продуктов горения при температуре равной Т1 (табл. 1, 2)	, (2.13) где - энтальпия i-го продукта горения; Vi – объем i-го продукта горения;
6. Сравниваем и , если < , выбираем Т2 >Т1; если > , выбираем Т2 <Т1; рассчитываем по формуле (2.13) Расчет проводим до получения неравенства вида: < < ( > > )
7. Методом линейкой интерполяции определяем температуру горения	(2.14) (2.15)

Действительная температура горения на пожаре для большинства газообразных, жидких и твердых веществ изменяется в достаточно узких пределах (1300-1800 К).

Примеры

Пример 1. Определить адиабатическую температуру горения этилового спирта в воздухе.

Решение.

Расчет производим по схеме, приведенной в табл. 2.3.

1. Этиловый спирт – горючее индивидуальное вещество. Для определения объема и состава продуктов горения запишем уравнение химической реакции горения:

С₂H₅OH + 3O₂ + 3^.3,76N₂ = 2CO₂ + 3H₂O+ 3^.3,76N₂.

Следовательно, продукты горения при сгорании 1 моля горючего состоят из следующих компонентов:

3 моля; 2 моля; 11,28 моля; 16,28 моля.

2. Низшую теплоту сгорания определим по формуле (2.1). Из таблицы 3 приложения находим теплоту образования горючего, которая составляет 278,2 кДж/моль.

3. Средняя энтальпия продуктов горения:

4. Так как выражена в кДж/моль, по табл.1 приложения выбираем, ориентируясь на азот, первую приближенную температуру

5. Рассчитываем теплосодержание продуктов горения при Т₁ по формуле (2.13):

6. Сравниваем и ; так как > , выбираем следующую температуру горения Т₂, равную .

7. Рассчитываем теплосодержание продуктов горения при :

Так как > , выбираем следующую температуру Т₃, равную .

8. Так как < < , определим температуру горения:

Пример 2. Определить адиабатическую температуру горения органической массы состава: С- 60 %, Н- 7 %, О- 25 %, W- 8 %.

Решение.

1. Так как горючее представляет собой сложное вещество, состав продуктов горения рассчитываем по формулам (1.16-1.20):

Общий объем продуктов горения составит

2. Определим низшую теплоту сгорания вещества по формуле Д.И. Менделеева (2.2):

3. Определим среднюю энтальпию продуктов горения:

.

4. Так как величина энтальпии рассчитана в кДж/м³, первую приближенную температуру выбираем по табл. 2 приложения. Ориентируясь на азот, принимаем

5. Рассчитываем теплосодержание продуктов горения при по формуле (2.13):

6. Сравнивая и ( > ), выбираем вторую приближенную температуру, равную .

7. Рассчитываем теплосодержание продуктов горения при :

8. Так как < < , определим температуру горения:

Пример 3. Рассчитать действительную температуру горения фенола ( ), если потери тепла излучением составили 25 % от , а коэффициент избытка воздуха при горении равен 2,2.

Решение.

1. Определим состав продуктов горения:

C₆H₅OH + 7O₂ + 7^.3,76N₂=6CO₂ + 3H₂O+ 7^.3,76N₂: