سرعت انتشار شعله در هنگام احتراق. مفهوم سوزاندن. شرایط لازم برای احتراق. شعله پخش می شود. گسترش عادی شعله. "سرعت شعله" در کتابها

همانطور که می بینید ، هنگام سوزاندن مخلوط های گاز هوا در فشار جو توحداکثر در محدوده 0.40-0.55 متر بر ثانیه و - در محدوده 0.3-0.6 کیلوگرم در متر مربع بر ثانیه است. فقط برای برخی از ترکیبات اشباع نشده با وزن مولکولی کم و هیدروژن توحداکثر در 0.8-3.0 متر بر ثانیه قرار دارد و به 1-2 کیلوگرم در متر مربع می رسد. با افزایش وحداکثر مواد قابل احتراق بررسی شده در مخلوط با هوا می تواند باشد

در ردیف زیر ترتیب دهید: پیشرانه های بنزینی و مایع - پارافین ها و مواد معطر - مونوکسیدکربن - سیکلوهگزان و سیکلوپروپان - اتیلن - اکسید پروپیلن - اکسید اتیلن - استیلن - هیدروژن.

1) رطوبت مواد. 2) تأثیر جهت گیری نمونه در فضا. در زوایای شیب منفی (جهت شعله از بالا به پایین) ، سرعت انتشار شعله یا تغییر نمی کند یا کمی کاهش می یابد. با افزایش زاویه مثبت شیب (جهت حرکت شعله از پایین به بالا) بالاتر از 10-10 0 ، سرعت انتشار شعله به شدت افزایش می یابد. 3) تأثیر سرعت و جهت جریانهای هوا. با افزایش سرعت بادگیر ، تبادل گاز بهبود می یابد و زاویه شیب شعله به نمونه کاهش می یابد. سرعت انتشار در حال افزایش است. جریان هوا در خلاف جهت شعله تأثیر دو چندانی در سرعت انتشار شعله دارد. در نتیجه ترمز آیرودینامیکی و خنک سازی مناطق گرم شده جلوتر از جلوی شعله ، سرعت انتشار شعله کاهش می یابد. از طرف دیگر ، جریان هوا باعث تشدید اختلاط محصولات پیرولیز با ماده اکسید کننده می شود ، تشکیل یک مخلوط قابل اشتعال همگن سریعتر اتفاق می افتد ، نوک شعله به سطح ماده جامد نزدیک می شود ، که به نوبه خود منجر به افزایش افزایش شدت ، و این انتشار شعله را تسریع می کند. 4) تأثیر ابعاد هندسی نمونه. بین نمونه های ضخیم حرارتی و نازک حرارتی تفاوت قائل شوید. ضخامت حرارتی ضخامت لایه ای از مواد جامد است که قبل از شعله شعله بالاتر از دمای اولیه گرم می شود تا زمان گسترش شعله به یک منطقه مشخص از سطح. 5) تأثیر مواد بستر. اگر ماده قابل احتراق با ماده ای (بستر) تماس پیدا کند ، که خصوصیات ترموفیزیکی آن با هوا متفاوت است ، این امر در سرعت انتشار شعله (کاغذ چسب ، عایق سیم و غیره) نیز تأثیر خواهد گذاشت. اگر l متوسط ​​باشد> l کوه. حصیر ، سپس گرما به شدت از نمونه حذف شده و سرعت انتشار کمتر از نبود بستر خواهد بود. 6) تأثیر محتوای اکسیژن در محیط. با افزایش میزان اکسیژن در محیط ، سرعت انتشار شعله افزایش می یابد. 7. تأثیر دمای اولیه نمونه. برای چوب ، افزایش دمای اولیه تا 230-250 درجه سانتیگراد (دامنه حرارت تولید گاز) منجر به افزایش شدید در لیتر می شود. فرسودگی مواد جامد همزمان با گسترش شعله روی سطح مواد ، فرایند فرسودگی آن آغاز می شود. قاعده های فرسودگی مواد جامد اساساً به ماهیت تبدیل فاز جامد به محصولات گازی بستگی دارد. اگر تجزیه فاز جامد در یک لایه باریک نزدیک به سطح و بدون تشکیل یک لایه کربنی پیش برود ، در این حالت احتراق با سرعت ثابت پیش می رود. پس از اشتعال ، دمایی ثابت در سطح فاز جامد ایجاد می شود ، برابر با دمای جوش یا تصعید ماده. مکانیزم احتراق جامدات ، که با تشکیل یک پس مانده کربن در سطح احتراق رخ می دهد ، پیچیده تر است. تقریباً تمام مواد با منشا گیاهی از این طریق می سوزند ، برخی از پلاستیک ها حاوی مواد پرکننده غیر قابل احتراق یا به سختی قابل احتراق هستند (تالک ، دوده و غیره). متداول ترین قابل احتراق گیاهی از این نوع چوب است. در لحظه اشتعال ، به دلیل شار گرما از منطقه شعله ، دمای لایه سطح چوب به سرعت به 450-500 درجه سانتیگراد افزایش می یابد ، تجزیه شدید مواد با تشکیل محصولات فرار و زغال رخ می دهد ، در حالی که دما روی سطح 600 درجه سانتیگراد افزایش می یابد. در امتداد عمق چوب در حال سوختن ، مناطقی با خصوصیات مختلف فیزیکی و فیزیکی - شیمیایی وجود دارد. آنها را می توان به طور مشروط به 4 منطقه تقسیم کرد: من - ذغال ، 99٪ کربن ؛ II - چوب با درجات مختلف تجزیه در اثر حرارت ؛ III - چوب خشک غیر پیرولیزه ؛ IV - چوب اصلی. از آنجا که محصولات فرار هنگام احتراق چوب از فاز جامد آزاد می شوند ، مواد تا عمق بیشتری کربن می شوند. افزایش ضخامت لایه کربن منجر به افزایش مقاومت حرارتی آن می شود و بنابراین ، سرعت گرم شدن و تجزیه در اثر تجزیه در اثر تجزیه در لایه های چوبی هنوز تجزیه نشده را کاهش می دهد و سرعت احتراق شعله به تدریج کاهش می یابد. هنگامی که سرعت جرم انتشار مواد فرار به 5 گرم در متر مکعب کاهش می یابد ، احتراق شعله چوب متوقف می شود. در این حالت ضخامت لایه ذغال سنگ به 15-20 میلی متر می رسد. توقف احتراق آتشین چوب دسترسی اکسیژن هوا به زغال سنگ گرم شده تا دمای 700-750 درجه سانتیگراد را باز می کند. مرحله دوم احتراق چوب آغاز می شود - اکسیداسیون ناهمگن لایه کربن ، عمدتا با توجه به واکنش С + О 2 ® СО 2 + 33000 کیلوژول بر کیلوگرم ، دمای لایه کربن تا 800 درجه سانتیگراد افزایش می یابد و روند ناهمگن احتراق زغال سنگ بیشتر تشدید می شود. تصویر واقعی انتقال از احتراق همگن به احتراق ناهمگن تا حدودی متفاوت از تصویر نشان داده شده است. اصلی ترین پارامتر کمی که فرایند فرسودگی مواد جامد را توصیف می کند ، میزان فرسودگی جرمی است که یکی از پارامترهایی است که پویایی آتش را تعیین می کند. میزان سوختن جرم کاهش یافته ، میزان ماده ای است که در واحد زمان از واحد آتش سوزی می سوزد. احتراق فلزات از نظر ماهیت احتراق ، فلزات به دو گروه فرار و غیر فرار تقسیم می شوند. فلزات فرار T pl دارند< 1000 К, Т кип < 1500 К. К ним относятся щелочные металлы (литий, натрий, калий и др.) и щелочноземельные (магний, кальций). فلزات غیر فرار دارای Tm> 1000 K ، T جوش> 2500 K هستند. مکانیزم احتراق تا حد زیادی توسط خواص اکسید فلز تعیین می شود. Tm فلزات فرار کمتر از Tm اکسیدهای آنها است. علاوه بر این ، دومی تشکیلاتی نسبتاً متخلخل هستند. وقتی IZ به سطح فلز آورده می شود ، تبخیر شده و اکسید می شود. وقتی غلظت بخارات برابر با حد پایین غلظت جرقه باشد ، احتراق آنها رخ می دهد. ناحیه احتراق انتشار در سطح ایجاد می شود ، بخش زیادی از گرما به فلز منتقل می شود و تا حد بال T گرم می شود. بخارات تشکیل شده ، آزادانه از طریق فیلم اکسید متخلخل پخش می شوند ، وارد منطقه احتراق می شوند. جوش آمدن فلز باعث از بین رفتن دوره ای فیلم اکسید می شود که باعث تشدید احتراق می شود. محصولات احتراق (اکسیدهای فلز) نه تنها در سطح فلز پخش می شوند ، و به تشکیل پوسته اکسید کمک می کنند ، بلکه در فضای اطراف نیز به وجود می آیند ، در آنجا ، با چگالش ، ذرات جامد به شکل دود سفید تشکیل می شوند. تشکیل دود سفید متراکم نشانه ای بصری از سوزاندن فلزات فرار است. در فلزات غیر فرار با درجه حرارت گذار فاز بالا ، در هنگام احتراق یک فیلم اکسید بسیار متراکم روی سطح تشکیل می شود که به خوبی به سطح فلز می چسبد. در نتیجه ، سرعت انتشار بخارات فلز از طریق فیلم به شدت کاهش می یابد و ذرات بزرگ ، به عنوان مثال ، آلومینیوم و بریلیم ، نمی توانند بسوزند. به طور معمول ، آتش سوزی این نوع فلزات زمانی اتفاق می افتد که به شکل تراش ، پودر و آئروسل باشد. آنها بدون تشکیل دود متراکم می سوزند. تشکیل یک فیلم اکسید متراکم روی سطح فلز منجر به انفجار ذره می شود. این پدیده که به ویژه اغلب هنگامی که ذره ای در محیط اکسید کننده دمای بالا حرکت می کند مشاهده می شود ، با تجمع بخارات فلز در زیر لایه اکسید و به دنبال آن پارگی ناگهانی آن همراه است. این به طور طبیعی منجر به تشدید شدید احتراق می شود. گرد و غبار سوزاندن گرد و خاکیک سیستم پراکنده متشکل از یک محیط پراکندگی گاز (هوا و غیره) و یک فاز پراکنده جامد (آرد ، شکر ، چوب ، زغال سنگ و غیره) است. عوامل م affectثر در سرعت انتشار شعله از طریق مخلوط هوا و گرد و غبار: 1) غلظت گرد و غبار. همانطور که در مورد احتراق یک مخلوط همگن گاز هوا وجود دارد ، حداکثر سرعت انتشار شعله برای مخلوط هایی کمی بالاتر از ترکیب استوکیومتری رخ می دهد. برای گرد و غبار ذغال سنگ نارس ، این مقدار 1.0-1.5 کیلوگرم در متر مکعب است. 2) محتوای خاکستر. با افزایش محتوای خاکستر ، غلظت ماده قابل احتراق کاهش می یابد و بر این اساس ، سرعت انتشار شعله کاهش می یابد. با کاهش میزان اکسیژن ، سرعت انتشار شعله کاهش می یابد. طبقه بندی گرد و غبار بر اساس انفجار و خطر آتش سوزی. با توجه به خطر انفجار و آتش سوزی ، گرد و غبار به کلاسهای تقسیم می شود: کلاس I - منفجره ترین - j n تا 15 گرم در متر مکعب ؛ کلاس II - مواد منفجره - 15 گرم در متر مکعب< j н < 65 г/м 3 ; کلاس III - خطرناکترین آتش سوزی - j n> 65 g / m 3؛ T sv تا 250 در حدود C ؛ کلاس IV - خطر آتش سوزی - j n> 65 گرم در متر مکعب؛ دمای 250 درجه سانتیگراد دینامیک توسعه آتش پویایی آتش به عنوان مجموعه ای از قوانین و الگوها درک می شود که تغییر در پارامترهای اصلی آتش سوزی در زمان و مکان را توصیف می کند. ماهیت یک آتش سوزی را می توان با تعداد زیادی از پارامترهای آن قضاوت کرد: بر اساس منطقه آتش سوزی ، با درجه حرارت آتش ، میزان انتشار آن ، شدت آزاد شدن گرما ، شدت تبادل گاز ، شدت دود و غیره پارامترهای آتش سوزی بسیار زیاد است که در برخی از انواع آتش سوزی ها ، برخی از آنها اولیه هستند و در برخی دیگر ، ثانویه هستند. همه اینها به اهداف تعیین شده در مطالعه نوع خاصی از آتش بستگی دارد. برای مطالعه پویایی آتش ، منطقه آتش سوزی ، درجه حرارت آتش ، شدت تبادل گاز و دود و سرعت انتشار آتش را به عنوان پارامترهای اصلی تغییر می دهیم. . این پارامترهای آتش سوزی برای اندازه گیری ، تجزیه و تحلیل و محاسبات قابل دسترسی ترین هستند. آنها به عنوان داده های اولیه برای تعیین نوع تجهیزات مورد نیاز و محاسبه نیروها و وسایل خاموش کردن آتش ، طراحی سیستم های اطفا fire حریق خودکار و غیره عمل می کنند. از لحظه شروع آتش سوزی ، با توسعه آزاد آن ، تا توقف کامل آن ، آتش سوزی در یک اتاق را می توان به چند مرحله تقسیم کرد. مراحل آتش سوزی I. مرحله اشتعال. شعله از یک منبع اشتعال خارجی در یک منطقه کوچک نشات می گیرد و به آرامی گسترش می یابد. یک جریان گاز همرفت در اطراف منطقه احتراق ایجاد می شود ، که تبادل گاز لازم را فراهم می کند. سطح مواد قابل احتراق گرم می شود ، اندازه مشعل افزایش می یابد ، تبادل گاز افزایش می یابد و شار حرارتی تابشی رشد می کند ، که وارد فضای اطراف و روی سطح مواد قابل احتراق می شود. مدت زمان مرحله اشتعال از 1 تا 3 دقیقه است. دوم مرحله شروع آتش سوزی. دمای اتاق به آرامی افزایش می یابد. کل روند قبلی تکرار می شود ، اما با شدت بیشتری. مدت زمان مرحله دوم تقریباً 5-10 دقیقه است. III مرحله توسعه حجمی آتش- یک روند طوفانی از رشد تمام پارامترهای فوق. دمای داخلی به 250 -300 درجه سانتیگراد می رسد. مرحله "حجمی" توسعه آتش و مرحله انتشار آتش حجمی آغاز می شود. وقتی دمای محیط گاز در اتاق 300 درجه سانتیگراد باشد ، شیشه از بین می رود. فرسودگی شغلی در این حالت می تواند در خارج از اتاق نیز اتفاق بیفتد (آتش از دهانه ها به بیرون می رسد). شدت تبادل گاز ناگهانی تغییر می کند: به شدت افزایش می یابد ، روند خروج محصولات احتراق داغ و ورود هوای تازه به منطقه احتراق تشدید می شود. IV. مرحله آتش. در طی این مرحله ، ممکن است دمای اتاق برای مدت کوتاهی کاهش یابد. اما مطابق با تغییر در شرایط تبادل گاز ، پارامترهای آتش سوزی مانند کامل شدن احتراق ، میزان فرسودگی و انتشار روند احتراق به شدت افزایش می یابد. بر این اساس ، کل انتشار گرما در آتش به شدت افزایش می یابد. دما ، در لحظه تخریب لعاب به دلیل هجوم هوای سرد ، کمی کاهش می یابد ، به شدت افزایش می یابد و به 500 - 600 درجه سانتیگراد می رسد. روند توسعه آتش به سرعت در حال تشدید است. مقدار عددی تمام پارامترهای آتش سوزی که قبلاً ذکر شد افزایش می یابد. مساحت آتش ، متوسط ​​دمای حجمی اتاق (800-900 درجه سانتیگراد) ، شدت فرسودگی بار آتش و درجه دود به حداکثر می رسد. V. فاز احتراق ثابت. پارامترهای آتش سوزی تثبیت می شوند. این اتفاق معمولاً در طی 25-20 دقیقه از زمان آتش سوزی رخ می دهد و بسته به میزان بار آتش ، می تواند 20-30 دقیقه طول بکشد. ششم مرحله پوسیدگی شدت احتراق به تدریج کاهش می یابد ، زیرا قسمت عمده ای از آتش سوزی قبلاً سوخته است. مقدار زیادی از محصولات احتراق در اتاق جمع شده است. غلظت متوسط ​​اکسیژن در اتاق به 16-17٪ کاهش یافت و غلظت محصولات احتراق که از احتراق شدید جلوگیری می کنند تا حد محدود افزایش یافت. شدت انتقال حرارت تابشی به مواد قابل احتراق به دلیل کاهش دما در منطقه احتراق کاهش یافته است. به دلیل افزایش چگالی نوری محیط ، شدت احتراق به آرامی کاهش می یابد ، که منجر به کاهش سایر پارامترهای آتش سوزی می شود. منطقه آتش سوزی کوچک نمی شود: می تواند رشد کند یا ثبات یابد. vii مرحله پس از سوختن این مرحله نهایی آتش سوزی با کندی سوزانده می شود و پس از آن ، پس از مدتی ، گاهی اوقات کاملاً طولانی ، احتراق متوقف می شود. پارامترهای اصلی آتش سوزی اجازه دهید برخی از پارامترهای اصلی آتش سوزی را تعیین کنیم که پویایی توسعه آن را تعیین می کند. اجازه دهید شدت انتشار گرما در آتش را تعیین کنیم ، زیرا این یکی از اصلی ترین پارامترهای فرآیند احتراق است: Q = βQ р н V m ’Sп ، (kJ / s) که در آن β و Q p n ثابت هستند (ضریب زیر سوختن و کمترین گرمای احتراق بار آتش). V m ¢ - کاهش میزان سوختن جرم ؛ S p - منطقه آتش سوزی ؛ V m ¢ و S p به زمان توسعه آتش ، درجه حرارت آتش ، شدت تبادل گاز و غیره بستگی دارد. میزان سوختن جرم کاهش یافته V m by با فرمول تعیین می شود: v m ¢ = (a × T n + b × I d) v m o که در آن a ، b ضرایب تجربی هستند. v m o ¢ میزان جرم کاهش یافته از فرسودگی بار آتش برای نوع معینی از مواد قابل احتراق است. T p - مقدار متوسط ​​دمای آتش ؛ I g - شدت تبادل گاز. وابستگی منطقه آتش به پارامترهای اصلی توسعه آن به شرح زیر است: S p = k (v p ∙ τ) n که در آن k و n ضرایب بستگی به شکل هندسی منطقه آتش سوزی دارند. v p سرعت خطی انتشار آتش است. τ زمان توسعه آزاد آن است. k = π؛ n = 2 k = ؛ n = 2 k = 2a ؛ n = 1 k = ؛ n = 2 k = 2a ؛ n = 1 سرعت خطی انتشار آتش به نوع بار قابل احتراق ، دمای متوسط ​​آتش سوزی و شدت تبادل گاز بستگی دارد: v p = (a 1 T p + b 1 I d) v po که در آن 1 و b 1 ضرایب تجربی هستند که وابستگی سرعت خطی انتشار آتش به میانگین دما و شدت تبادل گاز را تعیین می کنند ، مقدار عددی آن به صورت تجربی برای هر نوع خاص سوخت تعیین می شود. v p o سرعت خطی انتشار احتراق برای یک نوع سوخت مشخص است. با پیشروی آتش ، دمای آتش و شدت تبادل گاز افزایش می یابد و باعث افزایش سرعت خطی انتشار احتراق و کاهش میزان جرم سوختگی می شود. رژیم گرمایی در آتش وقوع و سرعت فرآیندهای حرارتی به شدت انتشار گرما در منطقه احتراق بستگی دارد ، یعنی از گرمای آتش. رژیم دما بسته به شرایط مختلف احتراق ، به عنوان مشخصه کمی تغییر در آزاد سازی گرما در آتش عمل می کند. رژیم دمایی آتش به عنوان تغییر دما در طول زمان قابل درک است. تعیین درجه حرارت آتش با هر دو روش تجربی و محاسبه بسیار دشوار است. برای محاسبات مهندسی هنگام حل تعدادی از مشکلات عملی ، دمای آتش از معادله تعادل گرما تعیین می شود. ترازوی گرمایی در آتش سوزی نه تنها برای تعیین دمای آتش ، بلکه برای شناسایی توزیع کمی انرژی گرمایی نیز تنظیم می شود. به طور کلی ، تعادل گرمایی آتش برای یک لحظه مشخص در زمان را می توان به شرح زیر نشان داد: Q p = Q pg + Q k + Q l جایی که Q p گرمای آزاد شده در آتش است ، kJ ؛ Q pg - گرمای موجود در محصولات احتراق ، kJ ؛ Q به - گرمای منتقل شده از منطقه احتراق با همرفت به هوای شستشوی منطقه ، اما در احتراق شرکت نمی کند ، kJ ؛ Q l - گرمای منتقل شده از منطقه احتراق توسط تابش. برای آتش سوزی ، مشخص شد که سهم گرمای منتقل شده از منطقه احتراق با تابش و همرفت 40-50٪ Q p است. بقیه گرما (60-70٪ Q p) برای گرم کردن محصولات احتراق است. . بنابراین ، 60-70٪ دمای احتراق نظری یک ماده قابل احتراق معین ، مقدار تقریبی دمای شعله را می دهد. دمای آتش سوزی های آزاد به مقدار حرارتی مواد قابل احتراق ، میزان فرسودگی شغلی و شرایط هواشناسی بستگی دارد. به طور متوسط ​​، حداکثر درجه حرارت آتش آزاد برای گازهای قابل احتراق 1200 - 1350 درجه سانتیگراد ، برای مایعات - 1100 - 1300 درجه سانتیگراد و برای مواد قابل احتراق جامد با منشا organic آلی - 1100 - 1250 درجه سانتیگراد است. در یک آتش سوزی داخلی ، عوامل بیشتری بر روی دما تأثیر می گذارند: ماهیت ماده قابل احتراق ، میزان بار آتش و محل آن ، منطقه احتراق ، اندازه ساختمان (مساحت کف ، ارتفاع اتاق و غیره) و میزان مبادله گاز (اندازه و محل دهانه). بیایید با جزئیات بیشتر تأثیر عوامل ذکر شده را بررسی کنیم. آتش سوزی را می توان با توجه به تغییرات دما به سه دوره مشخص تقسیم کرد: اولیه ، اصلی و نهایی. دوره اولیه- با دمای متوسط ​​حجمی نسبتاً کم مشخص می شود. دوره اصلی- در طی آن ، 70-80٪ از کل بار مواد قابل احتراق می سوزد. پایان این دوره زمانی اتفاق می افتد که میانگین دمای حجمی به بالاترین مقدار خود برسد یا بیش از 80٪ از حداکثر مقدار کاهش یابد. دوره نهایی- با کاهش دما به دلیل فرسودگی بار آتش مشخص می شود. شکل 9.1 تغییرات دمای آتش سوزی داخلی با گذشت زمان: 1 - منحنی یک آتش سوزی خاص ؛ 2 - منحنی استاندارد از آنجا که سرعت رشد و مقدار مطلق دمای آتش در هر مورد خاص دارای مقادیر و ویژگی های مشخصه خاص خود است ، مفهوم منحنی درجه حرارت استاندارد (شکل 21.2) ارائه شد ، که خلاصه ای از مشخصه ترین ویژگی های تغییرات در دمای آتش سوزی های داخلی دمای استاندارد با معادله توصیف می شود. سرعت نرمال انتشار شعله - سرعت حرکت جلو شعله نسبت به گاز نسوخته در جهت عمود بر سطح آن. از مقدار سرعت نرمال انتشار شعله باید در محاسبه میزان افزایش فشار انفجار مخلوطهای گاز و بخار هوا در تجهیزات بسته و اتاقهای نشتی ، قطر بحرانی (خاموش کننده) در طراحی و ایجاد شعله استفاده شود. برقگیرها ، ناحیه سازه هایی که به راحتی تخلیه می شوند ، غشاهای ایمنی و سایر دستگاه های کاهش دهنده فشار ؛ هنگام تهیه اقدامات برای اطمینان از ایمنی در برابر آتش سوزی و انفجار فرآیندهای فن آوری مطابق با الزامات GOST 12.1.004 و GOST 12.1.010. ماهیت روش تعیین سرعت طبیعی انتشار شعله شامل تهیه مخلوط قابل احتراق از یک ترکیب شناخته شده در داخل یک ظرف واکنش ، احتراق مخلوط در مرکز با یک منبع نقطه ، ثبت تغییر فشار در ظرف با زمان ، و پردازش رابطه فشار و زمان تجربی با استفاده از یک مدل ریاضی از فرآیند احتراق گاز در ظرف بسته و روش های بهینه سازی. مدل ریاضی دستیابی به یک رابطه فشار-زمان محاسبه شده را امکان پذیر می سازد ، که بهینه سازی آن مطابق با یک رابطه آزمایشی مشابه منجر به تغییر در سرعت طبیعی در هنگام توسعه یک انفجار برای یک آزمایش خاص می شود. سرعت احتراق طبیعی سرعت انتشار جلوی شعله در رابطه با معرفهای نسوخته است. میزان احتراق به تعدادی از خصوصیات فیزیکوشیمیایی معرفها ، به ویژه هدایت حرارتی و میزان واکنش شیمیایی بستگی دارد و برای هر سوخت (در شرایط احتراق ثابت) مقدار بسیار مشخصی دارد. جدول 1 نرخ سوختن (و محدودیت های احتراق) برخی از مخلوط های گازی را نشان می دهد. غلظت سوخت در مخلوط ها در دمای 25 درجه سانتیگراد و فشار اتمسفر نرمال تعیین شد. حدود قابل اشتعال ، به استثنای موارد ذکر شده ، با انتشار شعله در لوله ای به قطر 05/0 متر ، در هر دو طرف بسته به دست آمد. نسبت های اضافی سوخت به عنوان نسبت محتوای حجمی سوخت در مخلوط واقعی به مخلوط استوکیومتری (j1) و به مخلوط در حداکثر سرعت احتراق (j2) تعریف می شود. میز 1 میزان احتراق مخلوط های متراکم (اکسید کننده غیر آلی + منیزیم) ورق سند شماره امضا تاریخ ورق TGiV 20.05.01.070000.000 PZ 41,6	1,60	28,8	74,9	2,48	39,4
KNO3	37,6	0,74	12,5	75,5	1,30	20,0
کلسیم (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
سرب (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

کشیش

ورق

سند شماره

امضا

تاریخ

ورق

TGiV 20.05.01.070000.000 PZ

تأثیر ساختار مولکول سوخت بر میزان احتراق برای هیدروکربن های با وزن مولکولی کم با یک زنجیره مستقیم ردیابی شد. سرعت سوختن با افزایش درجه اشباع در مولکول افزایش می یابد: آلکان ها - آلکن ها - آلکادین ها - آلکین ها. با افزایش طول زنجیره ، این اثر کاهش می یابد ، اما با این وجود سرعت احتراق مخلوط های هوا برای n-hexene حدود 25٪ بیشتر از n-هگزان است.

میزان احتراق خطی مخلوط های اکسیژن بسیار بیشتر از هوا است (برای هیدروژن و مونوکسید کربن - 2-3 برابر و برای متان - بیش از یک مرتبه). میزان احتراق جرمی مخلوط های اکسیژن مورد مطالعه (به استثنای مخلوط CO + O2) در محدوده 3.7-11.6 کیلوگرم بر متر مربع است.

جدول 1 میزان احتراق مخلوط متراکم نیترات و پرکلرات با منیزیم را نشان می دهد (با توجه به داده های H. A. Silin و DI Postovsky). برای تهیه مخلوط ها ، ما از اجزای پودر با اندازه ذرات 150-250 میکرومتر نیترات ، 200-250 میکرومتر پرکلرات و 75-105 میکرومتر منیزیم استفاده کردیم. این مخلوط در داخل جعبه های مقوایی با قطر 24-46 میلی متر و ضریب تراکم 0.86 پر شد. نمونه ها در هوا با فشار نرمال و دمای اولیه سوزانده شدند.

از مقایسه جدول داده. 1 و 1.25 ، نتیجه می شود که مخلوط های چگال از نظر جرم نسبت به مخلوط های گازی برتری دارند و از نظر میزان احتراق خطی کمتر از آنها هستند. میزان سوختن مخلوط با پرکلرات کمتر از میزان سوزاندن مخلوط با نیترات است و مخلوط با نیترات فلز قلیایی با سرعت بالاتری نسبت به مخلوط با نیترات فلز خاکی قلیایی می سوزد.

جدول 2

حدود اشتعال و میزان سوختن مخلوط ها با هوا (I) و اکسیژن (II) در فشار طبیعی و دمای اتاق

ورق

سند شماره

امضا

تاریخ

ورق

TGiV 20.05.01.070000.000 PZ

1,06 0,39 0,35-0,52 3,7-5,1 0,38-0,45 4,15 اتان 0,0564 0,50 2,72 1,12 0,46 پروپان 0,0402 0,51 2,83 1,14 0,45 0,57 0,41 بوتان 0,0312 0,54 3,30 1,13 0,44 0,54 n-پنتان 0,0255 0,54 3,59 1,15 0,44 n-هگزان 0,0216 0,51 4,00 1,17 0,45 n-heptane 0,0187 0,53 4,50 1,22 0,45 سیکلوپروپان 0,0444 0,58* 2,76* 1,13 0,55 سیکلوهگزان 0,0227 0,48 4,01 1,17 0,45 اتیلن 0,0652 0,41 <6,1 1,15 0,79 0,88 0,72-0,89 7,61 6,45 پروپیلن 0,0444 0,48 2,72 1,14 0,50 بوتن -۱ 0,0337 0,53 3,53 1,16 0,50 استیلن 0,0772 0,39* 1,33 1,63 1,86 1,65-1,73 11,6 بوتین -۱ 0,0366 1,20 0,67 بنزن 0,0271 0,43 3,36 1,08 0,47 0,61 4,6 0,6 4,6 تولوئن 0,0277 0,43 3,22 1,05 0,40 Getralin C10H12 0,0158 1,01 0,38 اکسید اتیلن 0,0772 1,25 1,05 1,13 1,12 اکسید پروپیلن 0,0497

کشیش

روشهای محاسبه میزان فرسودگی مایعات

کشیش

ورق

سند شماره

امضا

تاریخ

ورق

TGiV 20.05.01.070000.000 PZ

اگر پارامترهای حالت مایع مورد مطالعه در فرمول های (14) - (23) مشخص باشد ، بسته به داده های موجود ، میزان فرسودگی ( متر) در هر حالت احتراق ، بدون انجام مطالعات تجربی ، با فرمول های زیر قابل محاسبه است:

; (16)

جایی که م- میزان سوختن بدون بعد ؛

; (17)

M F- وزن مولکولی مایع ، کیلوگرم · مول - 1 ؛

د- اندازه مشخصه آینه مایع سوزان ، متر. این به عنوان ریشه مربع منطقه سطح سوختن تعیین می شود ؛ اگر ناحیه احتراق دایره ای باشد ، اندازه مشخص برابر قطر آن است. هنگام محاسبه سرعت احتراق آشفته ، می توان آن را گرفت د= 10 متر

T بهنقطه جوش مایع است ، K

روش محاسبه به شرح زیر است.

حالت احتراق را با مقدار ملاک گالیله تعیین کنید GAمحاسبه شده توسط فرمول

جایی که g- شتاب جاذبه ، m · s -2.

بسته به حالت احتراق ، میزان سوختن بدون بعد محاسبه می شود م... برای احتراق ورقه ای:

برای احتراق موقت:

اگر پس از آن , (20)

اگر ، پس ، (21)

برای احتراق آشفته:

; , (22)

M 0- وزن مولکولی اکسیژن ، کیلوگرم · مول -1؛

n 0- ضریب استوکیومتری اکسیژن در واکنش احتراق ؛

n Fضریب استوکیومتری مایع در واکنش احتراق است.

بیک پارامتر بدون بعد برای توصیف شدت انتقال جرم است که با فرمول محاسبه می شود

, (23)

جایی که س- کمترین گرمای احتراق مایع ، kJ · کیلوگرم -1 ؛

کشیش

ورق

سند شماره

امضا

تاریخ

ورق

TGiV 20.05.01.070000.000 PZ

- مقدار بدون بعد از جرم اکسیژن مورد نیاز برای احتراق 1 کیلوگرم مایع ؛

ج- ظرفیت حرارتی ایزوباریک محصولات احتراق (برابر با ظرفیت گرمایی هوا c = 1) ، kJ · کیلوگرم -1 · K -1 ؛

T 0- دمای محیط ، برابر با 293 K

ح- گرمای تبخیر مایع در نقطه جوش ، کیلوژول · کیلوگرم -1 ؛

ج eمتوسط ​​ظرفیت گرمایی ایزوباریک مایع در محدوده از است T 0قبل از T به

اگر گرانروی حرکتی بخار یا وزن مولکولی و نقطه جوش مایع مورد مطالعه مشخص باشد ، نرخ احتراق آشفته با استفاده از داده های تجربی با استفاده از فرمول محاسبه می شود

جایی که من من- مقدار آزمایشی میزان سوختگی در حالت احتراق گذرا ، کیلوگرم · متر - 2 · ثانیه -1 ؛

د من- قطر مشعلی که مقدار در آن بدست می آید من من، متر توصیه می شود از مشعل با قطر 30 میلی متر استفاده کنید. در صورت مشاهده احتراق ورقه ای در مشعل با قطر 30 میلی متر ، باید از مشعل با قطر بیشتر استفاده شود.

3. انتشار شعله در مخلوط های گاز

سرعت انتشار شعله در هنگام احتراق مواد جامد ، مایع و گاز از نظر جلوگیری از آتش سوزی و انفجار مورد توجه عملی است. سرعت انتشار شعله را در مخلوط گازهای قابل احتراق و بخارات با هوا در نظر بگیرید. با دانستن این سرعت ، می توان سرعت بی خطر جریان گاز-هوا را در خط لوله ، شافت ، واحد تهویه و سایر سیستم های انفجاری تعیین کرد.

3.1 سرعت شعله

به عنوان مثال ، شکل 3.1 نمودار تهویه اگزوز در یک معدن ذغال سنگ را نشان می دهد. از مسیرهای معدن 1 تا خط لوله 2 ، مخلوطی از گرد و غبار هوا و ذغال سنگ حذف می شود و در بعضی موارد - متان آزاد شده در درزهای زغال سنگ. در صورت منبع آتش سوزی ، شعله 3 شعله به سمت رانش ها گسترش می یابد. 1 اگر سرعت حرکت مخلوط قابل احتراق باشدw کمتر از سرعت انتشار جلوی شعله خواهد بودو نسبت به دیواره های لوله ، شعله به شافت گسترش یافته و منجر به انفجار می شود. بنابراین ، برای عملکرد طبیعی سیستم تهویه ، رعایت شرایط لازم است

تو> تو

سرعت حذف مخلوط انفجاری باید بیشتر از سرعت انتشار جبهه شعله باشد. این باعث می شود شعله های آتش از داخل معادن وارد نشود.

شکل. 3.1 انتشار شعله در معدن:

1 - مال من 2 - خط لوله ؛ 3 - جلوی شعله

نظریه انتشار شعله ، در کارهای Ya.B. Zel'dovich و D.A. Frank-Kamenetsky بر اساس معادلات هدایت گرما ، انتشار و سینتیک شیمیایی است. احتراق مخلوط قابل احتراق همیشه از یک نقطه شروع می شود و به کل حجم اشغال شده توسط مخلوط قابل احتراق گسترش می یابد. یک مورد تک بعدی را در نظر بگیرید - یک لوله پر از مخلوط قابل احتراق (شکل 3.2).

اگر مخلوط در یک انتهای لوله مشتعل شود ، سپس یک قسمت جلوی شعله باریک در امتداد لوله پخش می شود و محصولات احتراق (پشت جلوی شعله) را از مخلوط قابل احتراق تازه جدا می کند. قسمت جلوی شعله به شکل کلاه یا مخروطی است که قسمت محدب آن رو به جهت حرکت شعله است. قسمت جلوی شعله یک لایه گاز نازک است (عرض 10-4 ÷ 10 -6) متر. در این لایه که به آن منطقه احتراق گفته می شود ، واکنش های احتراق شیمیایی رخ می دهد. دمای جلوی شعله ، بسته به ترکیب مخلوط ، است تی= (3000 1500 1500) K. حرارت احتراق آزاد شده به دلیل فرآیندهای انتقال گرما و تشعشع برای گرم کردن محصولات احتراق مخلوط قابل احتراق تازه و دیواره های لوله صرف می شود.

شکل. 3.2 انتشار جلوی شعله در لوله

هنگامی که قسمت جلوی شعله در لوله حرکت می کند ، امواج فشرده سازی در مخلوط قابل احتراق ظاهر می شوند که حرکات گرداب را ایجاد می کنند. گردابه های گازها بدون تغییر ضخامت و ماهیت فرآیندهای رخ داده در شعله جلوی آن را تحریف می کنند. در سطح واحد جلوی شعله ، مقدار یکسانی از مواد همیشه در واحد زمان می سوزد ... مقدار برای هر مخلوط قابل احتراق ثابت است و سرعت احتراق جرم نامیده می شود . دانستن ناحیه جلوی شعلهS، شما می توانید جرم ماده را محاسبه کنید م، در کل قسمت احتراق در هر واحد زمان:

هر عنصر از جلو شعله dSنسبت به مخلوط تازه همیشه در جهت نرمال از شعله جلوی شعله در یک نقطه معین حرکت می کند (شکل 3.2) و سرعت این حرکت:

تراکم مخلوط قابل احتراق تازه کجاست؟

کمیت سرعت نرمال انتشار شعله نامیده می شود و دارای ابعاد m / s است. این یک مقدار ثابت از فرآیند احتراق یک مخلوط داده شده است و به شرایط هیدرودینامیکی همراه با فرآیند احتراق بستگی ندارد. سرعت نرمال انتشار شعله همیشه کمتر از سرعت مشاهده شده است و، یعنی سرعت حرکت جلو احتراق نسبت به دیواره های لوله:

تو هستی< u .

اگر جبهه شعله صاف و عمود بر محور لوله باشد ، در این حالت سرعت انتشار شعله مشاهده شده و نرمال یکسان خواهد بود

تو n = تو

محوطه شعله محدبشماره Sهمیشه بزرگتر از سطح جلو صاف استS pl، بنابراین

> 1.

گسترش عادی شعلهتو هستیبرای هر مخلوط قابل احتراق به مخلوط گازهای بی اثر ، درجه حرارت مخلوط ، رطوبت و سایر عوامل بستگی دارد. به طور خاص ، پیش گرم شدن گاز قابل احتراق سرعت انتشار شعله را افزایش می دهد. می توان نشان داد که سرعت انتشار شعلهتو هستیمتناسب با مربع دمای مطلق مخلوط:

u n. = ساختار · T 2.

در شکل 3.3 وابستگی سرعت انتشار شعله در مخلوط قابل احتراق "هوا - مونوکسید کربن" را نشان می دهد ، بسته به غلظت CO. همانطور که از نمودارهای داده شده بر می آید ، سرعت انتشار شعله با درجه حرارت مخلوط افزایش می یابد. برای هر مقدار دما ، سرعت انتشار شعله حداکثر در منطقه غلظت مونوکسیدکربن CO برابر با 40 ~ است.

سرعت انتشار شعله تحت تأثیر ظرفیت حرارتی گاز بی اثر است. هرچه ظرفیت حرارتی گاز بی اثر بیشتر باشد ، دمای احتراق را کاهش می دهد و سرعت انتشار شعله را بیشتر می کند. بنابراین ، اگر مخلوطی از متان با هوا با دی اکسید کربن رقیق شود ، سرعت انتشار شعله می تواند 2 ÷ 3 برابر کاهش یابد. سرعت انتشار شعله در مخلوطهای مونوکسیدکربن با هوا بسیار تحت تأثیر رطوبت موجود در مخلوط ، وجود ذرات دوده و مواد افزودنی گازهای بی اثر است.

شکل. 3.3 وابستگی به سرعت انتشار شعله

در غلظت مونوکسیدکربن در مخلوط

توزیع یک منطقه از تحولات شیمیایی در یک سیستم قابل احتراق باز

احتراق با احتراق مخلوط قابل احتراق در حجم محلی سیستم قابل احتراق آغاز می شود ، سپس در جهت مخلوط متحرک گسترش می یابد. به منطقه سوزشی که در آن واکنشهای شیمیایی اکسیداسیون ردوکس مشاهده می شود ، شعله گفته می شود. سطح جدا کننده شعله و مخلوط هنوز غیر قابل احتراق به عنوان یک جلوی شعله عمل می کند. ماهیت انتشار شعله به فرآیندهای زیادی بستگی دارد ، اما روند گرم شدن مخلوط قابل احتراق تعیین کننده است. بسته به روش گرم شدن مخلوط قابل احتراق تا دمای احتراق ، بین انتشار شعله نرمال ، آشفته و انفجار تمایز قائل می شود.

انتشار طبیعی شعله هنگام سوزاندن در سیستم قابل احتراق با مخلوط متحرک لایه ای مشاهده می شود. با انتشار عادی شعله ، انرژی گرمایی از لایه سوزاننده به لایه سرد به طور عمده توسط رسانایی گرمایی و همچنین انتشار مولکولی منتقل می شود. هدایت حرارتی در گازها با شدت کم مشخص می شود ، بنابراین سرعت انتشار شعله طبیعی کم است.

در حرکت متلاطم مخلوط قابل احتراق ، انتقال انرژی گرمایی از لایه سوزاننده به لایه سرد عمدتا توسط انتشار مولار و همچنین هدایت حرارتی اتفاق می افتد. انتقال مولی متناسب با مقیاس تلاطم است که با سرعت مخلوط تعیین می شود. سرعت انتشار شعله متلاطم به خصوصیات مخلوط و پویایی گاز جریان بستگی دارد.

انتشار شعله در مخلوط قابل احتراق از منطقه احتراق به لایه های سرد از طریق فرآیندهای مولکولی و مولار ، تخریب نامیده می شود.

فرآیندهای احتراق فیزیکوشیمیایی با افزایش دما و فشار در شعله همراه است. در سیستم های قابل احتراق ، تحت شرایط خاص ، ممکن است مناطقی با فشار افزایش یافته ، قادر به فشرده سازی لایه های مجاور ، گرم کردن آنها تا حالت احتراق باشد. گسترش شعله با فشرده سازی سریع مخلوط سرد تا دمای اشتعال ، انفجار نامیده می شود و همیشه منفجر کننده است.

در سیستم های قابل احتراق ، احتراق ارتعاشی می تواند رخ دهد که در آن شعله جلوی شعله با سرعتی حرکت می کند که هم از نظر اندازه و هم از جهت تغییر کند.

سرعت انتشار جبهه احتراق در یک مخلوط متحرک یا ساکن را سرعت نرمال یا اساسی انتشار شعله می نامند. مقدار عددی سرعت نرمال با توجه به سرعت مخلوطی که هنوز مشتعل نشده است تعیین می شود ، که معمولاً به سمت قسمت جلوی احتراق هدایت می شود.

مقدار u n برای یک جبهه احتراق مسطح را می توان از شرایط تعادل دینامیکی بین میزان گرم شدن مخلوط توسط هدایت حرارتی تا دمای اشتعال و میزان واکنش شیمیایی تعیین کرد. در نتیجه ، فرمول زیر بدست می آید

جایی که l ضریب هدایت حرارتی مخلوط گاز است ، cp ضریب ظرفیت حرارتی مخلوط در فشار ثابت است ، Tinit دمای اولیه مخلوط است ، T a دمای احتراق آدیاباتیک است ، Arr معیار آرنیوس است ، k 0 ضریب قانون آرنیوس است.

سرعت طبیعی را می توان با سرعت حرکت جلو در لوله ای با مخلوط ثابت یا ارتفاع مخروط احتراق در مشعل بونسن ، از طریق آزمایش تعیین کرد. مشعل بونسن یک مشعل آزمایشگاهی با مخلوط کردن نسبی گاز و هوا است. در خروجی از مشعل ، شعله ای با جلو احتراق به شکل مخروطی به شکل منظم تشکیل می شود (شکل).

شکل 7 جلو احتراق در مشعل بونسن

با یک موقعیت پایدار از قسمت جلوی احتراق ، سرعت انتشار شعله u n توسط مولفه W n سرعت مخلوط گاز و هوا W متعادل می شود ، که برای سطح مخروط احتراق طبیعی است ، به عنوان مثال

جایی که j زاویه بین بردار سرعت مخلوط گاز و هوا و بردار جز its آن نرمال با سطح مخروط احتراق است.

مقدار سرعت حرکت مخلوط گاز و هوا در خروجی نازل با یک مخروط احتراق از شکل صحیح توسط فرمول تعیین می شود

جایی که d 0 قطر نازل مشعل است ، V سرعت جریان مخلوط گاز و هوا از طریق مشعل است.

مقدار cos j را می توان با توجه به ارتفاع مخروط احتراق بیان کرد

با در نظر گرفتن اینکه سطح احتراق سطح جانبی یک مخروط منظم است

مقدار سرعت طبیعی تعیین می شود

مقدار سرعت نرمال انتشار شعله تحت تأثیر قرار می گیرد:

1. دمای اولیه مخلوط. در دمای پایین u n با مربع دمای مطلق مخلوط وارد شده به احتراق متناسب است. در دمای بالاتر از دمای اشتعال ، مفهوم سرعت طبیعی معنی خود را از دست می دهد ، زیرا مخلوط قادر به احتراق خود به خودی می شود.

2. دمای دیواره های کانال ، به شرطی که شعله در داخل این کانال پخش شود. دیواره های سرد واکنش های زنجیره ای را می شکند و مانع گسترش شعله می شود.

3. قطر کانال. برای هر مخلوط قابل احتراق ، مقدار حیاتی قطر d cr وجود دارد که انتشار شعله درون کانال از آن غیرممکن است. مقدار قطر بحرانی را می توان با فرمول تعیین کرد

که در آن یک سانتی متر نفوذ حرارتی مخلوط است.

4. فشار. با افزایش فشار ، میزان u کاهش می یابد.

5. ترکیب مخلوط. برای مخلوطی با ترکیبی نزدیک به استوکیومتری ، سرعت نرمال حداکثر مقدار را دارد. علاوه بر این ، حد پایین و بالا برای غلظت سوخت وجود دارد ، که شعله نمی تواند در خارج از آن گسترش یابد.

سرعت نرمال انتشار شعله (uн) به خصوصیات ترموفیزیکی مخلوط گاز و هوا بستگی دارد. اما سرعت انتشار حتی به میزان بیشتری به خصوصیات فیزیکی و شیمیایی آن بستگی دارد؟ سرعت احتراق V و درجه حرارت در منطقه واکنش احتراق ، TG:

آنهایی که uн متناسب با سرعت واکنش اکسیداسیون (V) است و از نظر نمایی به دمای معکوس منطقه احتراق (Tg) وابسته است. پارامتر تعریف کننده ، البته سرعت واکنش خواهد بود. بگذارید معادله سرعت واکنش شیمیایی احتراق را بنویسیم:

که در آن k0 عامل پیش از معادله آرنیوس است ،

Cr ، آب میوه - غلظت سوخت و اکسید کننده ،

m ، n به ترتیب ترتیب واکنش نسبت به سوخت و اکسید کننده هستند ،

Ea انرژی فعال سازی یک واکنش شیمیایی است.

بیایید بررسی کنیم که چگونه سرعت واکنشهای اکسیداسیون برای مخلوطهایی با نسبتهای مختلف سوخت و اکسیدان تغییر می کند (شکل 2).

از نمودار مشاهده می شود که برای مخلوطی از ترکیب استوکیومتری (ضریب هوای اضافی α = 1) ، سرعت واکنش اکسیداسیون حداکثر است.

با افزایش غلظت سوخت در مخلوط بالاتر از مقدار استوکیومتری ، چه زمانی؟ تبدیل می شود< 1 (кислород находится в недостатке), горючее сгорает не полностью. В этом случае меньше выделится теплоты реакции горения Qгор и произойдёт снижение Tг.

سرعت واکنش اکسیداسیون در مقایسه با ترکیب استوکیومتری مخلوط کاهش می یابد ، هم به دلیل کاهش غلظت ماده اکسید کننده O2 و هم دمای منطقه احتراق. یعنی با یک کاهش مداوم؟ (که معادل افزایش غلظت SG در مخلوط است) سرعت واکنش اکسیداسیون؟ و دمای منطقه احتراق Tg به تدریج کاهش می یابد. روی نمودار ، وقتی CG> CGstech ، منحنی به شدت رو به پایین است. کاهش در سرعت واکنش اکسیداسیون در؟ > 1 با کاهش تولید گرما در منطقه احتراق به دلیل غلظت کمتر سوخت در آن توضیح داده می شود.

شکل 2. وابستگی میزان سوختن به غلظت سوخت در مخلوط

این وابستگی میزان واکنش احتراق به غلظت ماده قابل احتراق در مخلوط اولیه است ، همانطور که در شکل 2 نشان داده شده است ، فرم سهموی وابستگی سایر پارامترهای فرآیند احتراق به ترکیب مخلوط را از پیش تعیین می کند: دمای خود اشتعال و حداقل انرژی اشتعال ، محدودیت غلظت انتشار شعله. شکل سهمی نیز وابستگی سرعت نرمال انتشار شعله و غلظت سوخت در مخلوط SG را دارد. در شکل 3 این وابستگی ها را برای حالت احتراق مخلوط پروپان هوا در مقادیر مختلف دمای اولیه نشان می دهد.

شکل 3. وابستگی سرعت انتشار شعله به غلظت پروپان در هوا در دمای اولیه 311 K (1). 644 K (2) ؛ 811 K (3)

طبق مفاهیمی که در بالا توضیح داده شد ، حداکثر سرعت انتشار شعله (unmax) باید با غلظت استوکیومتری سوخت مطابقت داشته باشد. با این حال ، به طور آزمایشی ، مقادیر آن تا حدی به سمت محتوای غنی از مخلوط های قابل احتراق منتقل شده است. با افزایش دمای اولیه مخلوط ، سرعت انتشار شعله باید افزایش یابد ، که در عمل مشاهده می شود. به عنوان مثال ، برای مخلوط هوا از بخارهای بنزین و نفت سفید ، این فرم به شکل نشان داده شده در شکل است. چهار

شکل 4. وابستگی سرعت انتشار شعله به دمای اولیه مخلوط هوا از بخارهای بنزین و نفت سفید با هوا

برای مواد مختلف ، اه به ماهیت شیمیایی آنها بستگی دارد و در حدود بسیار گسترده ای متفاوت است (جدول 1). برای اکثر مخلوط های سوخت های هیدروکربن با هوا< 1 м/с. При введении в горючую смесь избыточного воздуха или азота температура горения заметно снижается.

میز 1.

پخش شعله طبیعی برای برخی از مخلوط های قابل احتراق

ورود گازهای بی اثر و خنثی به مخلوط قابل احتراق: نیتروژن N2 ، آرگون Ar ، دی اکسید کربن CO2 آن را رقیق می کند و در نتیجه هم سرعت واکنش اکسیداسیون و هم سرعت انتشار شعله را کاهش می دهد. این امر از وابستگی های نشان داده شده در شکل به وضوح دیده می شود. پنج

در این حالت ، در غلظت معینی (رطوبت زا) رقیق کننده ها ، احتراق کاملاً متوقف می شود. قوی ترین اثر با وارد كردن فریون ها اعمال می شود ، زیرا آنها همچنین اثر مهاری بر روی واکنش احتراق دارند.

همانطور که در شکل دیده میشود. 5 ، ورود فریون (114В2) به مخلوط قابل احتراق 4 - 10 برابر موثرتر از رقیق کننده های گازهای خنثی است.

شکل 5. تأثیر غلظت رقیق کننده ها و فریون 114B2 بر سرعت انتشار شعله در یک مخلوط پروپان-هوا (15/1 =؟)

توانایی بلغم سازی گازهای رقیق کننده به خصوصیات حرارتی فیزیکی آنها و به ویژه به رسانایی گرمایی و ظرفیت گرما بستگی دارد.

1.3 احتراق انتشار گازها

در شرایط واقعی ، در مواردی که گاز یا بخار پس از شروع خروج اضطراری آنها روشن می شود ، احتراق انتشار مشاهده می شود. یک نمونه معمول و نسبتاً گسترده احتراق انتشار گاز در هنگام تخریب خطوط لوله اصلی ، در یک حوضچه اضطراری خارج از ساحل یا خشکی یک میدان گازی یا میعانات گازی ، در کارخانه های پردازش گاز است.

بیایید ویژگی های چنین احتراق را در نظر بگیریم. فرض کنید یک فواره گاز طبیعی در حال سوختن است ، که جز component اصلی آن متان است. احتراق در حالت انتشار صورت می گیرد و دارای خصوصیات آرام است. محدودیت غلظت انتشار شعله (CPRP) برای متان 5 - 15٪ vol است. اجازه دهید ساختار شعله را به تصویر بکشیم و وابستگی های گرافیکی تغییر غلظت متان و میزان واکنش احتراق را از فاصله تا چشمه محوری ترسیم کنیم (شکل 6).

شکل 6. نمودار شعله لایه ای انتشار یک چشمه گاز (a) ، تغییر در غلظت سوخت (b) ، سرعت واکنش احتراق (c) در امتداد جلوی شعله.

غلظت گاز از 100٪ در چشمه محوری به مقدار حد بالای غلظت احتراق و بیشتر به LEL در حاشیه آن کاهش می یابد.

احتراق گاز فقط در محدوده غلظت VKPR تا LKPR رخ خواهد داد ، یعنی در محدوده غلظت احتراق آن است. سرعت واکنش احتراق β (Т) در غلظت های بالاتر از VCR و زیر LEL صفر و در حداکثر خواهد بود. بنابراین ، فاصله بین KNKPR و KVKPR عرض قسمت جلوی شعله انتشار را تعیین می کند:

fp = HNKPR - HVKPR. (3)

عرض جلو برای چنین شعله ای از 0.1 تا 10 میلی متر است. سرعت واکنش احتراق در این حالت با سرعت انتشار اکسیژن تعیین می شود و تقریباً 104 5 5 برابر کمتر از سرعت احتراق در حالت جنبشی است. تعداد دفعاتی که چگالی گرما کمتر است ، به همان اندازه سرعت آزاد سازی گرما در مشعل سوزاننده انتشار.

1.4 ویژگی های احتراق جت های گاز. شرایط تثبیت شعله

راحت تر است که شرایط احتراق چشمه های گاز را با استفاده از مثال جت های گاز در نظر بگیرید. در شرایط واقعی ، چنین جتهایی آشفته هستند. وقتی جت گازی که از چاه خارج می شود مشتعل می شود ، به اصطلاح ستون نفوذی شکل می گیرد که دارای شکل دوک متقارن است (شکل 6). واکنش های شیمیایی احتراق در یک لایه سطحی نازک از مشعل انجام می شود که در اولین تقریب می توان سطحی را در نظر گرفت که غلظت سوخت و اکسید کننده به صفر تبدیل می شود و جریان های انتشار سوخت و اکسید کننده به این سطح در یک نسبت استوکیومتری قرار دارند. . جبهه احتراق نفوذ سرعت انتشار صفر دارد ، بنابراین نمی تواند به طور مستقل جت جریان رو به بالا را نگه دارد.

تثبیت شعله بر روی جت در پایین ترین قسمت مشعل اتفاق می افتد ، جایی که مکانیزم احتراق دیگری تحقق می یابد. هنگامی که گاز از سوراخ خارج می شود ، یک لایه آشفته از مخلوط کردن گاز و هوای محیط در قسمت اولیه غیر سوختن سطح جت تشکیل می شود. در این لایه ، غلظت گاز در جهت شعاعی به تدریج کاهش می یابد ، در حالی که غلظت اکسیدان افزایش می یابد. در قسمت میانی لایه مخلوط ، یک مخلوط همگن از سوخت و اکسید کننده با ترکیب نزدیک به استوکیومتری ظاهر می شود. هنگامی که چنین مخلوط آماده شده برای احتراق مشتعل شود ، اگر سرعت احتراق بیش از سرعت جریان محلی باشد ، شعله جلوی شعله می تواند در لایه مخلوط با سرعت محدود گسترش یابد. اما از آنجا که سرعت جت با نزدیک شدن به خروجی افزایش می یابد ، در یک ارتفاع مشخص سرعت جت (uf) برابر با سرعت احتراق (Δt) می شود و شعله در این سطح روی سطح جت تثبیت می شود قد محاسبه دقیق میزان احتراق آشفته (Δt) امکان پذیر نیست. با این حال ، برآوردها نشان می دهد که مقدار (Δt) تقریباً برابر با سرعت تپش جت است ، اندازه آن متناسب با سرعت محوری (um) است. از داده های تجربی نتیجه می گیرد که حداکثر مقادیر نوسانات rms از م componentلفه سرعت طولی 0.2um است. با در نظر گرفتن این مقدار برای سرعت احتراق متلاطم ، می توان فرض کرد که حداکثر سرعت انتشار شعله به سمت جت گاز با سرعت 300-450 متر بر ثانیه از سرعت 50 متر بر ثانیه باشد.

1.5 برآورد میزان جریان سوزاندن فواره های گاز

هنگام خاموش کردن آتش چشمه های گاز قدرتمند ، ارزیابی میزان جریان (D) چشمه در حال سوختن ضروری است ، زیرا میزان جریان گاز یکی از اصلی ترین پارامترهای تعیین کننده مقدار کار و وسایل مادی و فنی لازم برای از بین بردن تصادف. با این حال ، اندازه گیری مستقیم میزان جریان یک چشمه سوزان در بیشتر موارد غیرممکن است ، و هیچ روش موثر از راه دور برای تعیین سرعت جریان جت وجود ندارد. میزان جریان چشمه های گاز قدرتمند را می توان از ارتفاع مشعل (H) کاملاً دقیق تعیین کرد.

شناخته شده است که ارتفاع یک ستون آشفته که در هنگام احتراق جت های گاز به طور معمول منبسط شده با سرعت خروج زیر صوت ایجاد می شود ، به سرعت یا سرعت جریان جت بستگی ندارد ، بلکه فقط با قطر سوراخ (d) تعیین می شود که از آن جت خارج می شود ، توسط خواص حرارتی فیزیکی گاز و درجه حرارت آن (T) در خروجی سوراخ.

یک فرمول تجربی برای محاسبه میزان جریان یک چشمه توسط ارتفاع مشعل هنگام سوزاندن گاز طبیعی وجود دارد:

D = 0.0025Hph 2 ، میلیون متر مکعب در روز. (چهار)

در آتش سوزی های واقعی ، حالت احتراق لایه ای عملا یافت نمی شود. گاز ، هم در مخزن یک میدان گازی و هم در خطوط لوله حمل و نقل و واحدهای فناوری ، تحت فشار است. بنابراین ، مصرف گاز در صورت خروج اضطراری بسیار زیاد خواهد بود؟ حداکثر 100 متر مکعب در ثانیه در آتش سوزی چاههای گاز (تا 10 میلیون متر مکعب در روز). به طور طبیعی ، در این شرایط ، رژیم های خروجی و از این رو رژیم های احتراق متلاطم خواهند بود.

برای محاسبه نیروها و وسایل خاموش کردن مشعل های سوزاننده گاز ، دانستن مصرف گاز ضروری است. داده های اولیه برای محاسبه آن تقریباً همیشه وجود ندارد ، زیرا فشار گاز در تجهیزات فرآیند یا در تشکیل میدان ناشناخته است. بنابراین ، در عمل ، آنها از وابستگی تجربی (4) ارتفاع شعله شعله به میزان جریان گاز استفاده می کنند ، داده های محاسبه شده هنگام استفاده که در جدول آورده شده است. 2

جدول 2

وابستگی ارتفاع شعله به میزان جریان گاز چشمه گاز در حالت های مختلف احتراق

 

---

خواندن:
درهای گاراژ مقطعی را بصورت اقساطی ارزان بخرید انقلاب ژانویه: مسابقات قهرمانی اسکیت روی رقم اروپا با شکست نتایج برنامه کوتاه زنان قهرمانی اروپا مدودودا به پایان رسید تواریخ پرستار بچه قاتل: بوبوکولووا هنگام بازگشت دختر از ازبکستان مراسم تشییع جنازه نستیا مشچریکاوا ، سر او را قطع کرد هفته چهارم بارداری: علائم و احساسات نوارهای سفید و عرضی روی ناخن ها