Раздели на сайта
Избор на редакторите:
- Определяне на споделената нишка на плата
- Препоръки за закупуване на собствена топка за боулинг
- Слоена салата от домати и краставици
- Крем за комбинирана кожа
- Крем от сметана и заквасена сметана
- Няколко прости съвета как да минимизирате играта
- Проект "Домашен начин за белене на боровинки"
- Как да наблюдаваме планетата Марс с любителски телескоп
- Какви точки получава един завършил и как да ги брои
- Калорийност на сиренето, състав, bju, полезни свойства и противопоказания
Реклама
|
1) Влага на материала. 2) Влиянието на ориентацията на пробата в пространството. При отрицателни ъгли на наклон (посоката на пламъка отгоре надолу) скоростта на разпространение на пламъка или не се променя, или леко намалява. С увеличаване на положителния ъгъл на наклон (посоката на движение на пламъка отдолу нагоре) над 10-15 0, скоростта на разпространение на пламъка се увеличава рязко. 3) Влияние на скоростта и посоката на въздушните потоци. С увеличаване на скоростта на задния вятър обменът на газ се подобрява, ъгълът на наклон на пламъка към пробата намалява. Скоростта на разпространение се увеличава. Въздушният поток срещу посоката на пламъка има двоен ефект върху скоростта на разпространение на пламъка. В резултат на аеродинамично спиране и охлаждане на нагретите повърхности пред фронта на пламъка скоростта на разпространение на пламъка намалява. От друга страна, въздушният поток засилва смесването на продуктите на пиролиза с окислителя, образуването на хомогенна горима смес се случва по-бързо, върхът на пламъка се приближава до повърхността на твърдия материал, което от своя страна води до по-нататъшно увеличаване на интензитета и това ускорява разпространението на пламъка. 4) Влияние на геометричните размери на пробата. Разграничете термично дебели и термично тънки проби. Термичната дебелина е дебелината на слой от твърд материал, нагрят преди фронта на пламъка над началната температура по времето, когато пламъкът се разпространи към дадена област на повърхността. 5) Влияние на материала на основата. Ако горим материал влезе в контакт с материал (субстрат), чиито термофизични свойства се различават от въздуха, това също ще повлияе на скоростта на разпространение на пламъка (залепена хартия, изолация на тел и др.). Ако l е средно\u003e l планини. мат. , тогава топлината ще бъде интензивно отстранена от пробата и скоростта на разпространение ще бъде по-малка, отколкото при липса на субстрат. 6) Влияние на съдържанието на кислород в околната среда. С увеличаване на съдържанието на кислород в околната среда скоростта на разпространение на пламъка се увеличава. 7. Влияние на началната температура на пробата. За дървото повишаването на началната температура до 230–250 о С (температурен диапазон на пиролиза) води до рязко увеличаване на u l. Изгаряне на твърди материали Едновременно с разпространението на пламъка по повърхността на материала започва процесът на неговото изгаряне. Закономерностите на изгарянето на твърди материали в значителна степен зависят от естеството на превръщането на твърдата фаза в газообразни продукти. Ако разлагането на твърдата фаза се извършва в тесен приповърхностен слой, без да се образува въглероден слой, тогава в този случай изгарянето протича с постоянна скорост. След запалване на повърхността на твърдата фаза се установява постоянна температура, равна на температурата на кипене или сублимация на веществото. Механизмът на изгаряне на твърдите вещества, който възниква с образуването на въглероден остатък на повърхността на изгаряне, е по-сложен. Почти всички вещества от растителен произход изгарят по този начин, някои пластмаси, съдържащи незапалими или трудно запалими пълнители (талк, сажди и др.). Най-често срещаният горивен материал на растителна основа от този тип е дървото. В момента на запалване, поради топлинния поток от зоната на пламъка, температурата на повърхностния слой на дървесината бързо се повишава до 450-500 o C. Интензивното разлагане на веществата настъпва с образуването на летливи продукти и въглища, докато повърхностната температура се повишава до 600 o C. По дълбочината на горящата дървесина има зони с различни физични и физикохимични характеристики. Те могат условно да бъдат разделени на 4 зони: I - въглен, 99% въглерод; II - дърво с различна степен на пиролиза; III - непиролизирана, суха дървесина; IV - оригинално дърво. Тъй като летливите продукти се освобождават от твърдата фаза по време на изгарянето на дървесината, материалът се карбонизира до все по-голяма дълбочина. Увеличаването на дебелината на въглеродния слой води до повишаване на неговото термично съпротивление и следователно намалява скоростта на нагряване и пиролиза на слоевете дървесина, които все още не са се разложили, а скоростта на горене на пламъка постепенно намалява. Изгарянето на дървото с пламък спира, когато скоростта на отделяне на летливи вещества намалява до 5 g / (m 2 · s). В този случай дебелината на въглищния слой достига 15-20 мм. Прекратяването на горещото изгаряне на дърва отваря достъпа на въздушен кислород до въглищата, нагрявани до температура 650-700 ° C. Започва вторият етап на изгаряне на дървесина - хетерогенно окисление на въглеродния слой, главно според реакцията С + О 2 ® СО 2 + 33000 kJ / kg, температурата на въглеродния слой се повишава до 800 ° С, а процесът на хетерогенно изгарянето на въглища се засилва още повече. Реалната картина на прехода на хомогенното горене към хетерогенното е малко по-различна от представената. Основният количествен параметър, характеризиращ процеса на изгаряне на твърди материали, е скоростта на масово изгаряне, която е един от параметрите, определящи динамиката на пожара. Намалената масова скорост на изгаряне е количеството вещество, което изгаря за единица време от единица площ на пожара. Изгаряне на метали По естеството на горенето металите се разделят на две групи: летливи и нелетливи. Летливите метали имат T pl< 1000 К, Т кип < 1500 К. К ним относятся щелочные металлы (литий, натрий, калий и др.) и щелочноземельные (магний, кальций). Нелетливите метали имат T m\u003e 1000 K, T кипене\u003e 2500 K. Механизмът на горене се определя до голяма степен от свойствата на металния оксид. T m на летливите метали е по-нисък от T m на техните оксиди. Освен това последните са доста порести образувания. Когато IZ се изнесе на повърхността на метала, той се изпарява и окислява. При достигане на концентрацията на парите, равна на долната граница на концентрация на запалване, възниква тяхното запалване. Зоната на дифузионното изгаряне се установява на повърхността, голяма част от топлината се прехвърля върху метала и той се нагрява до Т бала. Образуваните пари, свободно дифузиращи през порестия оксиден филм, навлизат в зоната на горене. Кипенето на метал предизвиква периодично разрушаване на оксидния филм, което засилва горенето. Продуктите от горенето (метални оксиди) дифузират не само върху металната повърхност, допринасяйки за образуването на оксидна кора, но и в околното пространство, където при кондензация те образуват твърди частици под формата на бял дим. Образуването на плътен бял дим е визуална индикация за изгаряне на летливи метали. При нелетливите метали с високи температури на фазовия преход на повърхността по време на горенето се образува много плътен оксиден филм, който се придържа добре към металната повърхност. В резултат на това скоростта на дифузия на метални пари през филма рязко намалява и големите частици, например алуминий и берилий, не могат да изгорят. Обикновено пожари от такива метали възникват, когато са под формата на стърготини, прахове и аерозоли. Те изгарят, без да се образува плътен дим. Образуването на плътен оксиден филм върху металната повърхност води до експлозия на частицата. Това явление, което се наблюдава особено често, когато частица се движи във високотемпературна окислителна среда, е свързано с натрупването на метални пари под оксидния филм, последвано от внезапното му разкъсване. Това естествено води до рязко засилване на горенето. Изгаряне на прах Прах е дисперсна система, състояща се от газообразна дисперсионна среда (въздух и др.) и твърда дисперсна фаза (брашно, захар, дърва, въглища и др.). Фактори, влияещи върху скоростта на разпространение на пламъка чрез прахово-въздушни смеси: 1) Концентрация на прах. Както при горенето на хомогенна газово-въздушна смес, максималната скорост на разпространение на пламъка се получава при смеси, малко по-високи от стехиометричния състав. За торфен прах това е 1,0-1,5 kg / m 3. 2) Съдържание на пепел. С увеличаване на съдържанието на пепел концентрацията на горимия компонент намалява и съответно скоростта на разпространение на пламъка намалява. С намаляването на съдържанието на кислород скоростта на разпространение на пламъка намалява. Класификация на прах за експлозия и пожар. Според опасността от експлозия и пожар прахът се разделя на класове: Клас I - най-взривоопасен - j n до 15 g / m 3; II клас - експлозив - 15 g / m 3< j н < 65 г/м 3 ; III клас - най-опасният от пожар - j n\u003e 65 g / m 3; T sv до 250 за С; IV клас - опасност от пожар - j n\u003e 65 g / m 3; T w\u003e 250 o C. ДИНАМИКА НА РАЗВИТИЕТО НА ПОЖАР Динамиката на пожар се разбира като набор от закони и модели, които описват промяната в основните параметри на пожар във времето и пространството. За естеството на пожара може да се съди по съвкупността от голям брой негови параметри: по площта на пожара, от температурата на огъня, скоростта на неговото разпространение, интензивността на отделянето на топлина, интензивността на обмен на газ, интензивността на дима и др. Има толкова много параметри на пожар, че при някои видове пожари някои от тях са първични, а при други - вторични. Всичко зависи от това какви цели са поставени при изучаването на този или онзи тип пожар. За изследване на динамиката на пожара като основни параметри, които се променят с течение на времето, вземаме площта на пожара, температурата на пожара, интензивността на газообмена и дима и скоростта на разпространение на пожара. . Тези параметри на пожара са най-достъпни за измерване, анализ, изчисления. Те служат като изходни данни за определяне на вида на необходимото оборудване и изчисляване на силите и средствата за гасене на пожари, проектиране на автоматични пожарогасителни системи и др. От момента, в който пожарът започне, с неговото свободно развитие, до пълното му спиране, огънят в стаята може да бъде разделен на фази. Пожарни фази I. Фаза на запалване. Пламъкът произхожда от външен източник на запалване на малка площ и се разпространява бавно. Около зоната на горене се образува конвективен газов поток, който осигурява необходимия обмен на газ. Повърхността на горимия материал се загрява, размерът на горелката се увеличава, газообменът се увеличава и лъчист топлинен поток нараства, който навлиза в околното пространство и върху повърхността на горимия материал. Продължителността на фазата на запалване варира от 1 до 3 минути. II. Фаза за стартиране на пожар. Температурата в стаята се повишава бавно. Целият предходен процес се повтаря, но с по-голяма интензивност. Продължителността на втория етап е приблизително 5-10 минути. III. Фаза на обемно развитие на пожар - бурен процес на растеж на всички изброени параметри. Температурата на закрито достига 250 -300 ° С. Започва „обемната“ фаза на развитие на огъня и фазата на обемно разпространение на огъня. При стайна температура от 300 ° C в помещението остъкляването се разрушава. В този случай доизгаряне може да възникне и извън помещението (пожар излиза от отворите навън). Интензивността на обмяната на газ се променя рязко: тя рязко се увеличава, процесът на изтичане на горещи продукти от горенето и притокът на чист въздух в зоната на горене се засилват. IV. Пожарна фаза. По време на тази фаза стайната температура може да спадне за кратко. Но в съответствие с промяната в условията на обмен на газ, параметрите на пожар като пълнотата на горенето, скоростта на изгаряне и разпространението на горивния процес се увеличават рязко. Съответно, общото отделяне на топлина в огъня се увеличава рязко. Температурата, леко намалена в момента на разрушаване на остъкляването поради притока на студен въздух, се повишава рязко, достигайки 500 - 600 ° C. Процесът на развитие на огъня бързо се засилва. Увеличава се числената стойност на всички гореспоменати параметри на пожара. Площта на пожара, средната обемна температура в помещението (800-900 ° C), интензивността на изгарянето на пожарното натоварване и степента на образуване на дим достигат максимум. V. Стационарна фаза на горене. Параметрите на пожара са стабилизирани. Това обикновено се случва при 20-25 минути пожар и в зависимост от големината на пожарното натоварване може да продължи 20-30 минути. Vi. Фаза на разпадане. Интензивността на горенето постепенно намалява, тъй като основната част от пожарния товар вече е изгоряла. В помещението се е натрупало голямо количество продукти от горенето. Средната обемна концентрация на кислород в помещението намалява до 16-17%, а концентрацията на продуктите от горенето, които предотвратяват интензивното горене, се увеличава до ограничаваща стойност. Интензивността на пренасяне на лъчиста топлина към горимия материал е намаляла поради намаляване на температурата в зоната на горене. Поради увеличаване на оптичната плътност на средата интензивността на горенето бавно намалява, което води до намаляване на всички останали параметри на пожара. Пожарната зона не се свива: тя може да расте или да се стабилизира. Vii. Фаза доизгаряне. Тази последна фаза на пожара се характеризира с бавно тлеене, след което след известно, понякога доста дълго време, горенето спира. Основните параметри на пожара Нека разгледаме количествено някои от основните параметри на пожара, които определят динамиката на неговото развитие. Нека определим интензивността на отделянето на топлина в огън, тъй като това е един от основните параметри на горивния процес: Q \u003d βQ р н V m ’Sп, (kJ / s) където β и Q p n са константи (коефициент на изгаряне и най-ниската топлина на горене на пожарното натоварване); V m ¢ - намалена масова скорост на изгаряне; S p - пожарна зона; V m ¢ и S p зависят от времето на развитие на пожара, температурата на пожара, интензивността на газообмена и др. Намалената масова скорост на изгаряне V m ¢ се определя по формулата: v m ¢ \u003d (a × T n + b × I d) v m o ¢ където a, b са емпирични коефициенти; v m o ¢ - намалена масова скорост на изгаряне на пожарния товар за даден вид горим материал; T p - средната стойност на температурата на пожара; I g - интензивността на газообмена. Зависимостта на площта на пожара от основните параметри на неговото развитие е следната: S p \u003d k (v p ∙ τ) n където k и n са коефициенти, които зависят от геометричната форма на пожарната зона; v p - линейна скорост на разпространение на огъня; τ е времето на свободното му развитие. k \u003d π; n \u003d 2 k \u003d; n \u003d 2 k \u003d 2a; n \u003d 1 k \u003d; n \u003d 2 k \u003d 2a; n \u003d 1 Линейната скорост на разпространение на огъня зависи от вида на горимото натоварване, средната температура на огъня и интензивността на газообмена: v p \u003d (a 1 T p + b 1 I d) v po където a 1 и b 1 са емпирични коефициенти, които установяват зависимостта на линейната скорост на разпространение на огъня от средната температура и интензивност на газообмена, чиято числена стойност се определя емпирично за всеки специфичен вид гориво; v p o - линейна скорост на разпространение на горенето за даден вид гориво. С напредването на пожара температурата на огъня и интензивността на газообмена ще се увеличават, увеличавайки линейната скорост на разпространение на горенето и намалената масова скорост на изгаряне. Термичен режим в огън Възникването и скоростта на топлинните процеси зависят от интензивността на отделянето на топлина в зоната на горене, т.е. от топлината на огъня. Температурният режим служи като количествена характеристика на промяната в отделянето на топлина в огън в зависимост от различни условия на горене. Температурният режим на пожар се разбира като промяна на температурата във времето. Определянето на температурата на пожар както чрез експериментални, така и чрез изчислителни методи е изключително трудно. За инженерни изчисления при решаване на редица практически задачи температурата на огъня се определя от уравнението на топлинния баланс. Топлинният баланс на огън се съставя не само за определяне на температурата на огъня, но и за определяне на количественото разпределение на топлинната енергия. Най-общо топлинният баланс на пожар за даден момент във времето може да бъде представен по следния начин: Q p \u003d Q pg + Q k + Q l където Q p е топлината, отделена в огъня, kJ; Q pg - топлина, съдържаща се в продуктите от горенето, kJ; Q to - топлина, предадена от зоната на горене чрез конвекция към въздуха, измиващ зоната, но не участваща в горенето, kJ; Q l е топлината, предавана от зоната на горене чрез радиация. За открити пожари е установено, че делът на топлината, предадена от зоната на горене чрез радиация и конвекция, е 40-50% от Q p. Останалата част от топлината (60-70% от Q p) отива за нагряване на горенето продукти. Така 60-70% от теоретичната температура на горене на даден горим материал ще даде приблизителна стойност за температурата на пламъка. Температурата на откритите огньове зависи от калоричността на горимите материали, степента на тяхното изгаряне и метеорологичните условия. Средно максималната температура на открит огън за горими газове е 1200 - 1350 ° C, за течности - 1100 - 1300 ° C и за твърди горими материали с органичен произход - 1100 - 1250 ° C. При вътрешен пожар повече фактори оказват влияние върху температурата: естеството на горимия материал, големината на пожарното натоварване и неговото местоположение, зоната на горене, размерът на сградата (площ на пода, височината на помещението и др.) И скоростта на газообмена (размер и местоположение на отворите). Нека разгледаме по-подробно влиянието на изброените фактори. Пожарът може да бъде разделен на три характерни периода според температурните промени: начален, основен и краен. Начален период - характеризира се с относително ниска средна обемна температура. Основен период - 70-80% от общия товар на горими материали изгаря по време на него. Краят на този период настъпва, когато средната обемна температура достигне най-високата си стойност или намалее до не повече от 80% от максималната стойност. Последен период - характеризиращо се с понижаване на температурата поради изгаряне на пожарното натоварване.
Фигура 9.1. Промени в температурата на вътрешен пожар във времето: 1 - кривата на конкретен пожар; 2 - стандартна крива Тъй като скоростта на нарастване и абсолютната стойност на температурата на пожара във всеки конкретен случай имат свои характерни стойности и характеристики, беше въведена концепцията за стандартна крива на температурата (фиг. 21.2), която обобщава най-характерните характеристики на промените в температурата на вътрешните пожари. Стандартната температура се описва от уравнението. Нормална скорост на разпространение на пламъка - скоростта на движение на фронта на пламъка спрямо неизгорелия газ в посоката, перпендикулярна на повърхността му. Стойността на нормалната скорост на разпространение на пламъка трябва да се използва при изчисляване на скоростта на нарастване на експлозионното налягане на газови и паро-въздушни смеси в затворено, течащо оборудване и помещения, критичния (гасящ) диаметър при проектирането и създаването на пламък отводители, зоната на лесно изхвърляни конструкции, предпазни мембрани и други устройства за намаляване на налягането; при разработване на мерки за осигуряване на пожарна и експлозивна безопасност на технологичните процеси в съответствие с изискванията на GOST 12.1.004 и GOST 12.1.010. Същността на метода за определяне на нормалната скорост на разпространение на пламъка се състои в приготвянето на запалима смес с известен състав в реакционен съд, запалване на сместа в центъра с точков източник, записване на промяната в налягането в съда с времето, и обработка на експерименталната връзка налягане-време, използвайки математически модел на процеса на изгаряне на газ в затворен съд и процедури за оптимизация. Математическият модел дава възможност за получаване на изчислена връзка налягане-време, чиято оптимизация според подобна експериментална връзка води до промяна в нормалната скорост по време на развитието на експлозия за определен тест. Нормалната скорост на горене е скоростта на разпространение на фронта на пламъка спрямо неизгорелите реактиви. Скоростта на горене зависи от редица физикохимични свойства на реагентите, по-специално топлопроводимостта и скоростта на химичната реакция, и има много определена стойност за всяко гориво (при постоянни условия на горене). Таблица 1 показва скоростите на горене (и границите на запалване) на някои газообразни смеси. Концентрациите на горивото в смесите се определят при 25 ° C и нормално атмосферно налягане. Границите на запалимост, с отбелязаните изключения, са получени при разпространението на пламък в тръба с диаметър 0,05 m, затворена от двете страни. Коефициентите на излишък на гориво се определят като съотношението на обемното съдържание на горивото в реалната смес към стехиометричната смес (j1) и към сместа при максимална скорост на горене (j2). маса 1 Скорост на горене на кондензирани смеси (неорганичен окислител + магнезий)
| 1,60 | 28,8 | 74,9 | 2,48 | 39,4 | ||||||||||||||
| KNO3 | 37,6 | 0,74 | 12,5 | 75,5 | 1,30 | 20,0 | |||||||||||||
| Са (NO3) 2 | 42,6 | 0,46 | 73,1 | 1,00 | |||||||||||||||
| Ba (NO3) 2 | 31,8 | 0,34 | 62,8 | 0,74 | |||||||||||||||
| Sr (NO3) 2 | 36,5 | 0,32 | 6,4 | 65,4 | 0,72 | 12,3 | |||||||||||||
| Pb (NO3) 2 | 26,8 | 0,26 | 60,2 | 0,70 | |||||||||||||||
| NaClO4 | 44,3 | 0,24 | 78,0 | 0,96 | |||||||||||||||
| KClO4 | 41,3 | 0,23 | 4,2 | 77,1 | 0,68 | 10,9 | |||||||||||||
| NH4ClO4 | 29,2 | 0,22 | 3,6 | 79,3 | 0,42 | 6,5 |
| Преп. |
| Лист |
| Номер на документ. |
| Подпис |
| датата |
| Лист |
| TGiV 20.05.01.070000.000 PZ |
Линейната скорост на горене на кислородните смеси е много по-висока от въздушните смеси (за водород и въглероден окис - 2-3 пъти, а за метан - повече от порядък). Скоростта на изгаряне на изследваните кислородни смеси (с изключение на сместа CO + O2) е в границите от 3,7-11,6 kg / (m2 s).
Таблица 1 показва (според данните на А. А. Силин и Д. И. Постовски) скоростите на горене на уплътнените смеси от нитрати и перхлорати с магнезий. За приготвянето на смесите използвахме прахообразни компоненти с размер на частиците 150-250 микрона за нитрати, 200-250 микрона за перхлорати и 75-105 микрона за магнезий. Сместа се пълни в картонени обвивки с диаметър 24-46 mm до коефициент на уплътняване 0,86. Пробите се изгарят на въздух при нормално налягане и начална температура.
От сравнение на таблицата с данни. 1 и 1.25 следва, че кондензираните смеси са по-добри по маса от газовите смеси и по-ниски от тях по отношение на линейната скорост на горене. Скоростта на горене на смеси с перхлорати е по-ниска от скоростта на горене на смеси с нитрати, а смесите с нитрати на алкални метали горят с по-висока скорост от смесите с нитрати на алкалоземни метали.
таблица 2
Границите на запалване и скорост на горене на смеси с въздух (I) и кислород (II) при нормално налягане и стайна температура
| Лист |
| Номер на документ. |
| Подпис |
| датата |
| Лист |
| TGiV 20.05.01.070000.000 PZ |
| Преп. |
Методи за изчисляване на скоростта на изгаряне на течности
| Преп. |
| Лист |
| Номер на документ. |
| Подпис |
| датата |
| Лист |
| TGiV 20.05.01.070000.000 PZ |
; (16)
където М - безразмерна скорост на изгаряне;
; (17)
M F - молекулното тегло на течността, kg · mol -1;
д - характерният размер на огледалото на горящата течност, м. Определя се като квадратен корен от площта на горящата повърхност; ако зоната на горене е кръгла, тогава характерният размер е равен на нейния диаметър. Когато се изчислява скоростта на турбулентно горене, може да се вземе д \u003d 10 m;
T до е точката на кипене на течността, К.
Процедурата за изчисляване е следната.
Режимът на горене се определя от стойността на критерия Галилео Gaизчислено по формулата
където ж - ускорение на гравитацията, m · s -2.
В зависимост от режима на горене се изчислява безразмерната скорост на изгаряне М... За ламинарно горене:
За преходно горене:
ако, тогава 
, (20)
ако тогава (21)
За турбулентно горене:
; 
, (22)
М 0 - молекулно тегло на кислорода, kg · mol -1;
n 0 - стехиометричен коефициент на кислород в реакцията на горене;
n F е стехиометричният коефициент на течността в реакцията на горене.
Б. е безразмерен параметър, характеризиращ интензивността на преноса на маса, изчислен по формулата
, (23)
където Въпрос: - най-ниската топлина на изгаряне на течността, kJ · kg -1;
| Преп. |
| Лист |
| Номер на документ. |
| Подпис |
| датата |
| Лист |
| TGiV 20.05.01.070000.000 PZ |
° С - изобарна топлинна мощност на продуктите от горенето (взета равна на топлинната мощност на въздуха c \u003d 1), kJ · kg -1 · K -1;
Т 0 - околната температура, взета равна на 293 K;
З. - топлина на изпаряване на течността при точка на кипене, kJ · kg -1;
c e е средният изобарен топлинен капацитет на течността в диапазона от Т 0 преди T до.
Ако кинематичният вискозитет на парите или молекулното тегло и точката на кипене на тестовата течност са известни, тогава турбулентната скорост на горене се изчислява с помощта на експериментални данни, като се използва формулата
където m i - експерименталната стойност на скоростта на изгаряне в режим на преходно горене, kg m - 2 s -1;
d i - диаметър на горелката, в който се получава стойността m i, м. Препоръчително е да се използва горелка с диаметър 30 \u200b\u200bmm. Ако се наблюдава ламинарно горене в горелка с диаметър 30 \u200b\u200bmm, трябва да се използва горелка с по-голям диаметър.
3. Размножаване на пламък в газови смеси
Скоростта на разпространение на пламъка при изгаряне на твърди, течни и газообразни вещества представлява практически интерес по отношение на предотвратяването на пожари и експлозии. Помислете за скоростта на разпространение на пламъка в смеси от горими газове и пари с въздух. Познавайки тази скорост, е възможно да се определят безопасните скорости на газово-въздушния поток в тръбопровода, шахтата, вентилационната единица и други експлозивни системи.
3.1. Скорост на пламъка
Като пример, Фиг. 3.1 показва диаграма на изпускателната вентилация в въглищна мина. От плаващите съдове на мина 1 през тръбопровод 2 се отстранява прашна смес от въздух и въглищен прах, а в някои случаи се отстранява метан, отделен в въглищните пластове. В случай на източник на пожар, фронта на пламъка 3 ще се разпространи към плаващите 1. Ако скоростта на движение на горимата смес w ще бъде по-малка от скоростта на разпространение на фронта на пламъка и спрямо стените на тръбата пламъкът ще се разпространи в шахтата и ще доведе до експлозия. Следователно, за нормалната работа на вентилационната система е необходимо да се спазва условието
w\u003e u.
Скоростта на отстраняване на експлозивната смес трябва да бъде по-голяма от скоростта на разпространение на фронта на пламъка. Това ще предотврати навлизането на пламъци в рудниците на мините.
Фигура: 3.1. Разпространение на пламъка в мина:
1 - моя; 2 - тръбопровод; 3 - пламък отпред
Теорията за разпространението на пламъка, разработена в трудовете на Я.Б. Зелдович и Д.А. Франк-Каменецки, се основава на уравненията за топлопроводимост, дифузия и химическа кинетика. Запалването на запалима смес винаги започва в една точка и се разпространява в целия обем, зает от горимата смес. Нека разгледаме едномерния случай - тръба, пълна с горима смес (фиг. 3.2).
Ако сместа се запали в единия край на тръбата, тогава по тръбата ще се разпространи тесен пламък, отделящ продуктите от горенето (зад фронта на пламъка) от прясната горима смес. Предната част на пламъка има формата на капачка или конус, изпъкналата част е обърната към посоката на движение на пламъка. Фронтът на пламъка е тънък газов слой (10 -4 ÷ 10 -6) м. В този слой, който се нарича зона на горене, протичат химически реакции на горене. Температурата на пламъка в зависимост от състава на сместа е т \u003d (1500 ÷ 3000) К. Отделената топлина от горенето се изразходва за нагряване на продуктите от горенето на прясно горимата смес и стените на тръбите поради процесите на топлопроводимост и радиация.
Фигура: 3.2. Разпространение на пламъка отпред в тръбата
Когато фронта на пламъка се движи в тръбата, в горимата смес се появяват компресионни вълни, които създават вихрови движения. Вихрите на газовете огъват фронта на пламъка, без да променят дебелината му и естеството на протичащите в него процеси. На единична повърхност на фронта на пламъка винаги изгаря същото количество вещество за единица време 
... Количеството е постоянно за всяка горивна смес и се нарича масова скорост на горене .
Познавайки областта на предната част на пламъка С, можете да изчислите масата на веществото Мгорене в целия фронт на горене за единица време:
Всеки елемент от фронта на пламъка dS движи се спрямо прясната смес винаги в посоката, нормална към фронта на пламъка в дадена точка (фиг. 3.2), и скоростта на това движение:
където е плътността на прясната горима смес.
Количеството се нарича нормална скорост на разпространение на пламъка и има измерение m / s. Това е постоянна стойност на горивния процес на дадена смес и не зависи от хидродинамичните условия, съпътстващи горивния процес. Нормалната скорост на разпространение на пламъка винаги е по-малка от наблюдаваната скорост и, т.е. скоростта на движение на фронта на горене спрямо стените на тръбата:
u n< u .
Ако фронтът на пламъка е плосък и насочен перпендикулярно на оста на тръбата, тогава в този случай наблюдаваната и нормалната скорост на разпространение на пламъка ще бъдат еднакви
u n \u003d u.
Изпъкнала пламна предна частS брой винаги по-голяма от площта на плоския фронт S pl, така
> 1.
Нормално разпространение на пламъкаu n за всяка горима смес зависи от примеса на инертните газове, температурата на сместа, влажността и други фактори. По-специално, предварително загряване на горими газове увеличава скоростта на разпространение на пламъка. Може да се покаже, че скоростта на разпространение на пламъка u nпропорционално на квадрата на абсолютната температура на сместа:
u n. \u003d const · T 2.
На фиг. 3.3 показва зависимостта на скоростта на разпространение на пламъка в горимата смес "въздух - въглероден оксид" в зависимост от концентрацията на CO. Както следва от графиките по-горе, скоростта на разпространение на пламъка се увеличава с увеличаване на температурата на сместа. За всяка температурна стойност скоростта на разпространение на пламъка има максимум в областта на концентрацията на въглероден оксид CO, равен на ~ 40%.
Скоростта на разпространение на пламъка се влияе от топлинния капацитет на инертния газ. Колкото по-висок е топлинният капацитет на инертния газ, толкова повече той понижава температурата на горене и толкова повече намалява скоростта на разпространение на пламъка. Така че, ако смес от метан с въздух се разрежда с въглероден диоксид, тогава скоростта на разпространение на пламъка може да намалее с 2 ÷ 3 пъти. Скоростта на разпространение на пламъка в смеси от въглероден окис с въздух е силно повлияна от влагата, съдържаща се в сместа, наличието на частици сажди и примеси на инертни газове.
Фигура: 3.3. Зависимост от скоростта на разпространение на пламъка
относно концентрацията на въглероден оксид в сместа
Разпределение на зона на химическа трансформация в отворена горима система
Изгарянето започва с запалване на горимата смес в локалния обем на горивната система, след което се разпространява в посока на движещата се смес. Зоната на изгаряне, в която редокс химичните реакции са видими за наблюдателя, се нарича пламък. Повърхността, разделяща пламъка и все още негоримата смес, служи като пламък отпред. Естеството на разпространението на пламъка зависи от много процеси, но процесът на нагряване на горимата смес е решаващ. В зависимост от метода на нагряване на запалимата смес до температурата на запалване се прави разлика между нормално, турбулентно и детонационно разпространение на пламъка.
Нормално разпространение на пламъка се наблюдава при изгаряне в горима система с ламинарна подвижна смес. При нормално разпространение на пламъка топлинната енергия от изгарящия слой към студения слой се пренася главно чрез топлопроводимост, както и чрез молекулярна дифузия. Топлопроводимостта в газовете се характеризира с ниска интензивност, така че скоростта на нормалното разпространение на пламъка е ниска.
При турбулентното движение на горимата смес преносът на топлинна енергия от изгарящия слой към студения се осъществява главно чрез моларна дифузия, както и чрез топлопроводимост. Моларният трансфер е пропорционален на скалата на турбулентността, която се определя от скоростта на сместа. Скоростта на турбулентно разпространение на пламъка зависи от свойствата на сместа и от газовата динамика на потока.
Разпространението на пламък в горима смес от зоната на горене до студените слоеве чрез молекулярни и моларни процеси се нарича дефлаграция.
Физикохимичните горивни процеси са придружени от повишаване на температурата и налягането в пламъка. В горими системи при определени условия могат да възникнат зони с повишено налягане, способни да компресират съседни слоеве, като ги загряват до състояние на запалване. Разпространението на пламък чрез бързо компресиране на студена смес до температурата на запалване се нарича детонация и винаги е експлозивно.
В горими системи може да възникне вибрационно горене, при което фронта на пламъка се движи със скорост, която варира както по големина, така и по посока.
Скоростта на разпространение на фронта на горене в ламинарна движеща се или неподвижна смес се нарича нормална или основна скорост на разпространение на пламъка. Числовата стойност на нормалната скорост се определя от скоростта на сместа, която все още не е запалена, обикновено насочена към фронта на горене.
Стойността на u n за плосък фронт на горене може да се определи от условието на динамично равновесие между скоростта на нагряване на сместа чрез топлопроводимост до температурата на запалване и скоростта на химичната реакция. В резултат се получава следната формула
където l е коефициентът на топлопроводимост на газовата смес, cp е коефициентът на топлинен капацитет на сместа при постоянно налягане, Tinit е началната температура на сместа, T a е адиабатната температура на горене, Arr е критерият на Аррениус, k 0 е коефициентът на закона на Арениус.
Нормалната скорост може да се определи експериментално от скоростта на предното движение в тръба със стационарна смес или от височината на конуса на горене в горелка на Бунзен. Горелката Bunsen е лабораторна горелка с частично предварително смесване на газ и въздух. На изхода от горелката се образува пламък с фронта на горене под формата на конус с правилна форма (фиг.).
Фиг. 7. Отпред на горенето в горелката на Бунзен
При стабилно положение на фронта на горене скоростта на разпространение на пламъка u n се балансира от компонента W n, скоростта на газо-въздушната смес W, която е нормална към повърхността на конуса на горенето, т.е.
където j е ъгълът между вектора на скоростта на газово-въздушната смес и вектора на нейния компонент, нормален към повърхността на конуса на горенето.
Стойността на скоростта на движение на газово-въздушната смес на изхода на дюзата с конус на горене с правилна форма се определя по формулата
където d 0 е диаметърът на дюзата на горелката, V е дебитът на газово-въздушната смес през горелката.
Стойността на cos j може да бъде изразена чрез височината на конуса на горенето
Като се вземе предвид, че повърхността на горене е страничната повърхност на правилен конус
определя се нормална стойност на скоростта
Стойността на нормалната скорост на разпространение на пламъка се влияе от:
1. Началната температура на сместа. При ниски температури u n е право пропорционален на квадрата на абсолютната температура на сместа, постъпваща в горенето. При температури над температурата на запалване понятието нормална скорост губи значението си, тъй като сместа става способна на самозапалване.
2. Температурата на стените на канала, при условие че пламъкът се разпространява вътре в този канал. Студените стени нарушават верижните реакции и възпрепятстват разпространението на пламъка.
3. Диаметър на канала. За всяка горима смес има критична стойност на диаметъра d cr, от която разпространението на пламъка вътре в канала е невъзможно. Стойността на критичния диаметър може да се определи по формулата
където cm е термичната дифузионност на сместа.
4. Натиск. С увеличаване на налягането u n намалява.
5. Състав на сместа. За смес със състав, близък до стехиометричния, нормалната скорост има максимална стойност. Освен това има долна и горна граница за концентрацията на гориво, извън която пламъкът не може да се разпространи.
Нормалната скорост на разпространение на пламъка (uн) зависи от термофизичните свойства на газово-въздушната смес. Но в още по-голяма степен скоростта на разпространение зависи от неговите физични и химични свойства? скорост на горене V и температура в зоната на реакцията на горене, TG:
тези. uн е пропорционален на скоростта на реакцията на окисление (V) и е експоненциално зависим от обратната температура на зоната на горене (Tg). Определящият параметър, разбира се, ще бъде скоростта на реакцията. Нека напишем уравнението за скоростта на химичната реакция на горене:
където k0 е предекспоненциалният коефициент от уравнението на Арениус,
Cr, сок - концентрация на гориво и окислител,
m, n - последователности на реакцията, съответно по отношение на горивото и окислителя,
Еа е енергията на активиране на химична реакция.
Нека разгледаме как ще се промени скоростта на реакциите на окисляване за смеси с различни съотношения на гориво и окислител (фиг. 2).
От графиката може да се види, че за смес от стехиометричен състав (коефициент на излишен въздух α \u003d 1) скоростта на реакция на окисление е максимална.
С увеличаване на концентрацията на гориво в сместа над стехиометричното количество, кога? става< 1 (кислород находится в недостатке), горючее сгорает не полностью. В этом случае меньше выделится теплоты реакции горения Qгор и произойдёт снижение Tг.
Скоростта на реакцията на окисление ще намалее в сравнение със стехиометричния състав на сместа, както поради намаляване на концентрацията на окислителя O2, така и на температурата в зоната на горене. Тоест с постоянен спад? (което е еквивалентно на увеличаване на концентрацията на SG в сместа) скорост на реакция на окисление? и температурите в зоната на горене Tg постепенно ще намаляват. На графиката, когато CG\u003e CGstech, кривата става рязко надолу. Намаляване на скоростта на реакцията на окисление при? \u003e 1 се обяснява с намаляване на производството на топлина в зоната на горене поради по-ниска концентрация на гориво в нея.
Фигура 2. Зависимост на скоростта на горене от концентрацията на горивото в сместа
Именно зависимостта на скоростта на реакцията на горене от концентрацията на запалимия компонент в първоначалната смес, както е показано на фиг. 2, предопределя параболичната форма на зависимостта на другите нейни параметри на горивния процес от състава на сместа: температура на самозапалване и минимална енергия на запалване, граници на концентрация на разпространението на пламъка. Формата на параболата също има зависимостта на нормалната скорост на разпространение на пламъка uн от концентрацията на гориво в сместа SG. На фиг. 3 са показани такива зависимости в случай на изгаряне на въздушно-пропанова смес при различни стойности на началната температура.
Фигура 3. Зависимост на скоростта на разпространение на пламъка от концентрацията на пропан във въздуха при начална температура 311 К (1); 644 К (2); 811 K (3)
Съгласно описаните по-горе концепции, максималната скорост на разпространение на пламъка (немакс) трябва да съответства на стехиометричната концентрация на горивото. Експериментално обаче установено, че неговите стойности са донякъде изместени към богато съдържание на горими смеси. С повишаване на началната температура на сместа скоростта на разпространение на пламъка трябва да се увеличи, което се наблюдава на практика. Например, за въздушна смес от бензинови и керосинови пари, тя има формата, показана на фиг. четири.
Фигура 4. Зависимост на скоростта на разпространение на пламъка от началната температура на въздушната смес от бензинови и керосинови пари с въздух
За различните вещества, ъф, зависи от тяхната химическа природа и варира в доста широки граници (Таблица 1). За повечето смеси от въглеводородни горива с въздух uн< 1 м/с. При введении в горючую смесь избыточного воздуха или азота температура горения заметно снижается.
Маса 1.
Нормално разпространение на пламъка за някои горими смеси
Въвеждането на инертни и неутрални газове в горима смес: азот N2, аргон Ar, въглероден диоксид CO2 го разрежда и по този начин намалява както скоростта на реакция на окисление, така и скоростта на разпространение на пламъка. Това се вижда ясно от зависимостите, показани на фиг. пет.
В този случай, при определена (флегматизираща) концентрация на разредители, изгарянето спира напълно. Най-силен ефект оказва въвеждането на фреони, тъй като те също имат инхибиторен ефект върху реакцията на горене.
Както се вижда от фиг. 5, въвеждането на фреон (114B2) в горимата смес е 4 - 10 пъти по-ефективно от неутралните газове - разредители.
Фигура 5. Влияние на концентрацията на разредители и фреон 114B2 върху скоростта на разпространение на пламъка в смес от пропан-въздух (? \u003d 1,15)
Флегматизиращата способност на разредителните газове зависи от техните термофизични свойства и по-специално от тяхната топлопроводимост и топлинен капацитет.
1.3 Дифузионно изгаряне на газове
В реални условия, в случаите, когато газ или пари се възпламенят след началото на аварийния им изтичане, се наблюдава дифузионно горене. Типичен и доста разпространен пример е дифузионното изгаряне на газ по време на разрушаването на магистралните тръбопроводи, при аварийно бликащо крайбрежие или на сушата кладенец на газово или газокондензатно поле в газопреработвателни предприятия.
Нека разгледаме характеристиките на такова изгаряне. Да предположим, че има фонтан с изгаряне на природен газ, чийто основен компонент е метанът. Изгарянето се извършва в режим на дифузия и има ламинарен характер. Граничните концентрации на разпространението на пламъка (CPRP) за метана са 5 - 15 об.%. Нека да изобразим структурата на пламъка и да начертаем графичните зависимости на промените в концентрацията на метан и скоростта на реакцията на горене от разстоянието до аксиалния фонтан (фиг. 6).
Фигура 6. Диаграма на дифузионен ламинарен пламък на газов фонтан (а), промяна в концентрацията на гориво (б), скорост на реакция на горене (в) по фронта на пламъка.
Концентрацията на газ намалява от 100% при аксиалния фонтан до стойността на горната концентрационна граница на запалване и след това до LEL в периферията му.
Изгарянето на газ ще се извършва само в диапазона на концентрациите от VKPR до LEL, т.е. в границите на концентрацията на неговото запалване. Скоростта на реакцията на горене β (T) ще бъде нула при концентрации над VCR и под LEL и максимална при. По този начин разстоянието между HNKPR и HVKPR определя ширината на предната част на дифузионния пламък:
fp \u003d HNKPR - HVKPR. (3)
Ширината отпред за такъв пламък варира от 0,1 до 10 mm. Скоростта на реакцията на горене в този случай се определя от скоростта на дифузия на кислород и е приблизително 5 × 104 пъти по-малка от скоростта на горене в кинетичен режим. Същият брой пъти по-ниска топлинна интензивност, т.е. скоростта на отделяне на топлина в дифузионно горене.
1.4 Особености на изгарянето на газови струи. Условия за стабилизиране на пламъка
По-удобно е да се разгледат условията на горене на газови фонтани, като се използва примерът на газови струи. В реални условия такива джетове са бурни. Когато газова струя, изтичаща от кладенеца, се запали, се образува така наречения дифузионен шлейф, който има симетрична форма на шпиндела (фиг. 6). Химическите реакции на горенето протичат в тънък повърхностен слой на факела, който в първото приближение може да се счита за повърхност, където концентрациите на гориво и окислител изчезват, а дифузионните потоци на гориво и окислител към тази повърхност са в стехиометрично съотношение. Дифузионният фронт на горене има нулева скорост на разпространение, така че не може самостоятелно да се задържи нагоре течащата струя.
Стабилизирането на пламъка на струята става в най-ниската част на горелката, където е реализиран друг механизъм на горене. Когато газът изтича от отвора, в началната неизгоряща част на повърхността на струята се образува турбулентен слой от смесване на газ и околен въздух. В този слой концентрацията на газ в радиалната посока постепенно намалява, докато концентрацията на окислителя се увеличава. В средната част на смесващия слой се появява хомогенна смес от гориво и окислител със състав, близък до стехиометричния. Когато такава смес, подготвена за изгаряне, се запали, фронтовият пламък може да се разпространи в смесващия слой с крайна скорост дори към потока, ако скоростта на горене надвишава локалната скорост на потока. Но тъй като скоростта на струята се увеличава, когато се приближава към изхода, тогава на определена височина скоростта на струята (uf) става равна на скоростта на горене (Δt) и пламъкът се стабилизира на повърхността на струята при тази височина. Не е възможно да се изчисли точно турбулентната скорост на горене (Δt). Оценките обаче показват, че стойността на (Δt) е приблизително равна на пулсиращите скорости на струята, чиято величина е пропорционална на аксиалната скорост (um). От експерименталните данни следва, че максималните стойности на средночестотните пулсации на компонента на надлъжната скорост са 0.2um. Приемайки тази стойност като скорост на турбулентно изгаряне, може да се приеме, че максималната скорост на разпространение на пламъка към бликащата газова струя при скорост 300-450 m / s ще бъде около 50 m / s.
1.5 Оценка на дебита на горящите газови фонтани
При гасене на пожари на мощни газови фонтани става необходимо да се оцени дебитът (D) на горящия фонтан, тъй като дебитът на газа е един от основните параметри, които определят обема на работата и материално-техническите средства, необходими за отстраняване на злополука. Въпреки това, директното измерване на дебита на горящ фонтан в повечето случаи се оказва невъзможно и няма ефективни дистанционни методи за определяне на дебита на струята. Дебитът на мощните газови фонтани може да бъде доста точно определен от височината на факела (H).
Известно е, че височината на турбулентен шлейф, образуван по време на горенето на нормално разширени газови струи със дозвукова скорост на изтичане, не зависи от скоростта или скоростта на потока на струята, а се определя само от диаметъра на отвора (d) от която струята изтича, чрез термофизичните свойства на газа и неговата температура (Т) на изхода от отвора.
Съществува емпирична формула за изчисляване на дебита на фонтана по височината на факела при изгаряне на природен газ:
D \u003d 0,0025Hph 2, милион м3 / ден. (четири)
При реални пожари режимът на ламинарно горене практически не е открит. Газът, както в резервоара на газово находище, така и в транспортните тръбопроводи и технологичните възли, е под налягане. Следователно разходът на газ в случай на аварийно изтичане ще бъде много голям? до 100 m3 / s при пожари от бликащи газови кладенци (до 10 милиона m3 / ден). Естествено при тези условия режимите на потока, а оттам и режимите на горене, ще бъдат турбулентни.
За да се изчислят силите и ресурсите за гасене на горящи газови факли, е необходимо да се знае разхода на газ. Първоначалните данни за изчисляването му почти винаги липсват, тъй като налягането на газа в технологичното оборудване или в резервоара е неизвестно. Следователно на практика те използват експериментално установената зависимост (4) на височината на пламъка на пламъка от дебита на газа, изчислените данни при използване на които са дадени в табл. 2.
Таблица 2.
Зависимост на височината на пламъка от дебита на газа на фонтана при различни режими на горене
| Прочети: |
|---|
Ново
- Име Дария: произход и значение
- Празник Иван Купала: традиции, обичаи, церемонии, конспирации, ритуали
- Подстрижки по лунен хороскоп за януари
- Любовни обвързвания по снимка - правила, методи
- Какво е черна реторика?
- Любовен хороскоп за знака Водолей за септември Хороскоп точен за септември на годината Водолей
- Затъмнение на 11 август по кое време
- Церемонии и ритуали за Въздвижение на Господния кръст (27 септември)
- Робеспиер е логически интуитивен интроверт (LII)
- Молитва за късмет в работата и късмет
