سرعت انتشار شعله در حین احتراق. مفهوم احتراق. شرایط لازم برای احتراق. شعله پخش شد. سرعت انتشار شعله معمولی "سرعت انتشار شعله" در کتابها

همانطور که مشاهده می شود، هنگام سوزاندن مخلوط های گاز هوا در فشار اتمسفر توحداکثر در محدوده 0.40-0.55 متر بر ثانیه و - در محدوده 0.3-0.6 کیلوگرم بر (m2-s) قرار دارد. فقط برای برخی از ترکیبات غیراشباع با وزن مولکولی کم و هیدروژن توحداکثر در محدوده 0.8-3.0 m/s قرار دارد و به 1-2 kg/(m2s) می رسد. با افزایش وحداکثر مواد قابل احتراق مورد مطالعه در مخلوط با هوا می تواند باشد

جای در ردیف بعدی: بنزین و سوخت مایع موشک – پارافین و مواد آروماتیک – مونوکسید کربن – سیکلوهگزان و سیکلوپروپان – اتیلن – پروپیلن اکسید – اتیلن اکسید – استیلن – هیدروژن.

1) رطوبت مواد. 2) تأثیر جهت گیری نمونه در فضا. در زوایای شیب منفی (جهت حرکت شعله از بالا به پایین) سرعت شعله پخش شدیا تغییر نمی کند یا کمی کاهش می یابد. هنگامی که زاویه مثبت شیب (جهت حرکت شعله از پایین به بالا) بالای 10-15 0 افزایش می یابد، سرعت انتشار شعله به شدت افزایش می یابد. 3) تأثیر سرعت و جهت جریان هوا. با افزایش سرعت باد عقب، تبادل گاز بهبود می یابد و زاویه شیب شعله به نمونه کاهش می یابد. سرعت انتشار در حال افزایش است. جریان هوا که خلاف جهت حرکت شعله است، تأثیر دوگانه ای بر سرعت انتشار شعله دارد. در نتیجه ترمز آیرودینامیکی و خنک شدن نواحی گرم شده سطح جلوی شعله، سرعت انتشار شعله کاهش می یابد. از طرف دیگر، جریان هوا اختلاط محصولات پیرولیز با اکسید کننده را تشدید می کند، تشکیل یک مخلوط قابل احتراق همگن سریعتر اتفاق می افتد، نوک شعله به سطح ماده جامد نزدیک می شود، که به نوبه خود منجر به افزایش بیشتر می شود. شدت، و این باعث تسریع گسترش شعله می شود. 4) تأثیر ابعاد هندسی نمونه. نمونه های ضخیم و حرارتی نازک وجود دارد. ضخامت حرارتی ضخامت لایه ای از مواد جامد است که در جلوی شعله بالاتر از دمای اولیه تا زمانی که شعله به یک سطح معین پخش می شود گرم می شود. 5) نفوذ مواد بستر. اگر مواد قابل اشتعالبا ماده ای (زیر لایه) تماس پیدا می کند که خواص ترموفیزیکی آن با هوا متفاوت است، این امر بر سرعت انتشار شعله نیز تأثیر می گذارد (کاغذ چسبانده شده، عایق سیم و غیره). اگر l کم > l زیاد. تشک ، سپس گرما به شدت از نمونه حذف می شود و سرعت انتشار کمتر از حالت عدم وجود بستر خواهد بود. 6) تأثیر محتوای اکسیژن در محیط زیست. با افزایش میزان اکسیژن در محیط، سرعت انتشار شعله افزایش می یابد. 7. تأثیر دمای اولیه نمونه. برای چوب، افزایش دمای اولیه به 230-250 درجه سانتیگراد (محدوده دمایی پیرولیز) منجر به افزایش شدید U l می شود. فرسودگی شغلی مواد سخت همزمان با پخش شدن شعله روی سطح مواد، فرآیند سوختن شروع می شود. الگوهای فرسودگی مواد جامد به طور قابل توجهی به ماهیت تبدیل فاز جامد به محصولات گازی بستگی دارد. اگر تجزیه فاز جامد در محدوده باریکی رخ دهد لایه سطحیبدون تشکیل یک لایه کربن، سپس در این مورد احتراق با سرعت ثابت ادامه می یابد. پس از احتراق، دمای ثابتی بر روی سطح فاز جامد برابر با دمای جوش یا تصعید ماده برقرار می شود. مکانیزم احتراق جامدات، که با تشکیل پسماند کربنی در سطح احتراق رخ می دهد، پیچیده تر است. تقریباً همه مواد با منشاء گیاهی، برخی از پلاستیک‌های حاوی پرکننده‌های غیرقابل اشتعال یا دیر سوز (تالک، دوده و غیره) می‌سوزند. رایج ترین مواد قابل اشتعال با منشاء گیاهی از این نوع چوب است. در لحظه اشتعال، به دلیل جریان گرما از منطقه شعله، دمای لایه سطحی چوب به سرعت به 450-500 درجه سانتیگراد افزایش می یابد. تجزیه شدید مواد با تشکیل محصولات فرار و زغال چوب رخ می دهد، در حالی که دما در سطح به 600 درجه سانتیگراد می رسد. با توجه به عمق سوختن چوب، مناطقی با خصوصیات فیزیکی و فیزیکوشیمیایی متفاوتی وجود دارد. به طور معمول، آنها را می توان به 4 منطقه تقسیم کرد: من - زغال چوب، متشکل از 99٪ کربن؛ II - چوب با درجات مختلف پیرولیز. III - چوب غیر پیرولیز شده و خشک؛ IV - چوب اصلی. از آنجایی که محصولات فرار از فاز جامد در طی احتراق چوب آزاد می‌شوند، مواد دوباره ذغال می‌شوند. عمق بیشتر. افزایش ضخامت لایه کربن باعث افزایش آن می شود مقاومت حرارتیو بنابراین، سرعت گرم شدن و پیرولیز لایه های چوبی که هنوز تجزیه نشده اند را کاهش می دهد و سرعت احتراق شعله وربه تدریج کاهش می یابد. احتراق شعله ور چوب زمانی متوقف می شود که نرخ جرمی انتشار فرار به 5 گرم در (m2 s) کاهش یابد. ضخامت لایه زغال سنگ به 15-20 میلی متر می رسد. توقف احتراق شعله ور چوب دسترسی اکسیژن هوا را به زغال سنگ گرم شده تا دمای 650-700 درجه سانتی گراد باز می کند. مرحله دوم احتراق چوب آغاز می شود - اکسیداسیون ناهمگن لایه کربن عمدتاً با واکنش C + O 2 ® CO 2 + 33000 کیلوژول بر کیلوگرم، دمای لایه کربن به 800 درجه سانتیگراد افزایش می یابد و فرآیند احتراق ناهمگنزغال سنگ بیشتر تشدید می شود. تصویر واقعی از گذار احتراق همگندر ناهمگن کمی با موارد فوق متفاوت است. پارامتر کمی اصلی که فرآیند سوختن مواد جامد را مشخص می کند، نرخ فرسودگی جرمی است که یکی از پارامترهایی است که دینامیک آتش را تعیین می کند. نرخ فرسودگی جرم کاهش یافته مقدار ماده سوخته شده در واحد زمان در واحد سطح آتش است. احتراق فلزات بر اساس ماهیت احتراق، فلزات به دو گروه فرار و غیر فرار تقسیم می شوند. فلزات فرار دارای T pl هستند< 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، Tbp > 2500 K هستند. مکانیسم احتراق تا حد زیادی توسط خواص اکسید فلز تعیین می شود. نقطه ذوب فلزات فرار کمتر از نقطه ذوب اکسیدهای آنها است. علاوه بر این، دومی سازندهای کاملا متخلخل هستند. هنگامی که IR به سطح فلز آورده می شود، تبخیر شده و اکسید می شود. هنگامی که غلظت بخار به حد پایین تر غلظت قابل اشتعال می رسد، مشتعل می شود. منطقه احتراق انتشار در سطح ایجاد می شود، بخش زیادی از گرما به فلز منتقل می شود و تا نقطه جوش T گرم می شود. بخارات حاصل که آزادانه از طریق فیلم اکسید متخلخل پخش می شوند، وارد منطقه احتراق می شوند. جوشاندن فلز باعث تخریب دوره ای لایه اکسیدی می شود که احتراق را تشدید می کند. محصولات احتراق (اکسیدهای فلزی) نه تنها در سطح فلز پخش می شوند و باعث تشکیل یک پوسته اکسید می شوند، بلکه در فضای اطراف نیز متراکم می شوند و ذرات جامد را به شکل دود سفید تشکیل می دهند. تشکیل دود سفید متراکم نشانه بصری سوزاندن فلزات فرار است. برای فلزات غیر فرار که دارند دمای بالاانتقال فاز، در حین احتراق یک فیلم اکسید بسیار متراکم روی سطح تشکیل می شود که به خوبی به سطح فلز می چسبد. در نتیجه، سرعت انتشار بخار فلز از طریق فیلم به شدت کاهش می یابد و ذرات بزرگ، به عنوان مثال، آلومینیوم و بریلیم، قادر به سوزاندن نیستند. به عنوان یک قاعده، آتش سوزی چنین فلزاتی زمانی رخ می دهد که به شکل براده، پودر و آئروسل باشند. آنها بدون تولید دود غلیظ می سوزند. تشکیل یک فیلم اکسید متراکم بر روی سطح فلز منجر به انفجار ذره می شود. این پدیده، به ویژه هنگامی که ذرات در یک محیط اکسید کننده با دمای بالا حرکت می کنند، مشاهده می شود، با تجمع بخارات فلزی در زیر لایه اکسید و به دنبال آن پارگی ناگهانی آن همراه است. این به طور طبیعی منجر به تشدید شدید احتراق می شود. سوزاندن گرد و غبار گرد و غباریک سیستم پراکنده متشکل از یک محیط پخش گازی (هوا و غیره) و یک فاز پراکنده جامد (آرد، شکر، چوب، زغال سنگ و غیره) است. عوامل موثر بر سرعت انتشار شعله از طریق مخلوط گرد و غبار و هوا: 1) غلظت گرد و غبار همانطور که در مورد احتراق همگن مخلوط گاز و هوا, حداکثر سرعتانتشار شعله برای مخلوط های کمی بالاتر از ترکیب استوکیومتری رخ می دهد. برای گرد و غبار ذغال سنگ نارس 1.0-1.5 کیلوگرم بر متر مکعب است. 2) محتوای خاکستر. با افزایش محتوای خاکستر، غلظت جزء قابل اشتعال 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 خطر آتش سوزی و انفجار. بر اساس خطر آتش سوزی و انفجار، گرد و غبارها به کلاس های زیر تقسیم می شوند: کلاس I - منفجره ترین - j n تا 15 گرم در متر مربع؛ کلاس II - مواد منفجره - 15 گرم بر متر 3< j н < 65 г/м 3 ; کلاس III - خطرناک ترین آتش سوزی - j n > 65 گرم بر متر مکعب؛ T St تا 250 o C; کلاس IV - خطرناک آتش سوزی - j n > 65 گرم بر متر مکعب ; T St > 250 o C. دینامیک توسعه آتش دینامیک آتش به عنوان مجموعه ای از قوانین و الگوها درک می شود که تغییرات پارامترهای اصلی آتش را در زمان و مکان توصیف می کند. ماهیت آتش سوزی را می توان با ترکیب تعداد زیادی از پارامترهای آن قضاوت کرد: منطقه آتش سوزی، دمای آتش، سرعت گسترش آن، شدت انتشار گرما، شدت تبادل گاز. ، شدت دود و غیره پارامترهای آتش سوزی به قدری زیاد است که در برخی انواع آتش سوزی برخی از آنها اولیه و در برخی دیگر ثانویه هستند. همه چیز به این بستگی دارد که چه اهدافی برای مطالعه نوع خاصی از آتش تعیین شده است. برای مطالعه دینامیک یک آتش سوزی، منطقه آتش، دمای آتش، شدت تبادل گاز و دود و سرعت انتشار آتش را به عنوان پارامترهای اصلی در نظر می گیریم که در طول زمان تغییر می کنند. این پارامترهای آتش برای اندازه گیری، تجزیه و تحلیل و محاسبات در دسترس هستند. آنها به عنوان داده های اولیه برای تعیین نوع عمل می کنند تجهیزات لازمو محاسبه نیروها و وسایل هنگام اطفاء حریق، طراحی سیستم های اتوماتیکاطفاء حریق و غیره از لحظه وقوع آتش سوزی با توسعه آزاد آن تا پایان کامل آن، آتش سوزی در یک اتاق را می توان به فازهایی تقسیم کرد. فازهای آتش سوزی I. فاز احتراق. شعله از یک منبع اشتعال خارجی که روشن است ناشی می شود منطقه کوچکو به آرامی در حال گسترش است. یک جریان گاز همرفتی در اطراف منطقه احتراق تشکیل می شود که تبادل گاز لازم را تضمین می کند. سطح مواد قابل احتراق گرم می شود، اندازه مشعل افزایش می یابد، تبادل گاز افزایش می یابد و شار حرارت تابشی افزایش می یابد که وارد فضای اطراف و روی سطح مواد قابل احتراق می شود. مدت زمان فاز احتراق بین 1 تا 3 دقیقه است. II. مرحله شروع آتش سوزی دمای محیط در اتاق به آرامی در حال افزایش است. کل فرآیند قبلی تکرار می شود، اما با شدت بیشتر. مدت زمان مرحله دوم تقریباً 5-10 دقیقه است. III. فاز توسعه آتش حجمی- روند سریع رشد تمام پارامترهای ذکر شده. دمای اتاق به 250 -300 درجه سانتیگراد می رسد. مرحله "حجمی" توسعه آتش و مرحله انتشار حجمی آتش آغاز می شود. هنگامی که دمای گاز در اتاق 300 درجه سانتیگراد باشد، لعاب از بین می رود. پس از سوختن می تواند در خارج از اتاق نیز رخ دهد (آتش از روزنه ها به بیرون فرار می کند). شدت تبادل گاز به طور ناگهانی تغییر می کند: به شدت افزایش می یابد، روند خروج محصولات احتراق داغ و هجوم هوای تازهبه منطقه احتراق IV. فاز آتش. در طول این مرحله، دمای اتاق ممکن است برای مدت کوتاهی کاهش یابد. اما مطابق با تغییر شرایط تبادل گاز، پارامترهای آتش سوزی مانند کامل بودن احتراق، سرعت فرسودگی و گسترش فرآیند احتراق به شدت افزایش می یابد. بر این اساس، انتشار حرارت کلی در هنگام آتش سوزی به شدت افزایش می یابد. دمایی که در لحظه تخریب لعاب به دلیل هجوم هوای سرد کمی کاهش یافته است، 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 قبلا ذکر شد افزایش می یابد. منطقه آتش سوزی، 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 در حال تثبیت هستند. این معمولا 20-25 دقیقه پس از آتش رخ می دهد و بسته به اندازه بار آتش، می تواند 20-30 دقیقه طول بکشد. VI. فاز پوسیدگی شدت احتراق به تدریج کاهش می یابد، زیرا بخش عمده ای از بار آتش سوزی شده است. مقدار زیادی از محصولات احتراق در اتاق جمع شده بود. میانگین غلظت حجمی اکسیژن در اتاق به 16-17٪ کاهش یافت و غلظت محصولات احتراق که از احتراق شدید جلوگیری می کنند به حداکثر مقدار افزایش یافت. شدت انتقال حرارت تابشی به مواد قابل احتراق به دلیل کاهش دما در منطقه احتراق کاهش یافت. با توجه به افزایش چگالی نوریدر محیط، شدت احتراق به آرامی کاهش می یابد که منجر به کاهش سایر پارامترهای آتش سوزی می شود. منطقه آتش کوچک نمی شود: می تواند رشد کند یا تثبیت شود. VII. فاز پس سوز. این مرحله نهایی آتش با دود شدن آهسته مشخص می شود، پس از مدتی، گاهی اوقات بسیار طولانی، سوزش متوقف می شود. پارامترهای اصلی آتش سوزی اجازه دهید برخی از پارامترهای اصلی آتش سوزی را که پویایی توسعه آن را تعیین می کند، به صورت کمی در نظر بگیریم. اجازه دهید شدت انتشار گرما را در آتش تعیین کنیم، زیرا این یکی از پارامترهای اصلی فرآیند احتراق است: Q=βQ р n V m'Sp، (kJ/s) که در آن β و Q р n ثابت هستند (ضریب زیرسوختگی و ارزش حرارتی کمتر بار آتش). V m¢ - کاهش نرخ فرسودگی جرم؛ S p - منطقه آتش سوزی؛ V m¢ و Sp به زمان توسعه آتش، دمای آتش، نرخ تبادل گاز و غیره بستگی دارد. نرخ فرسودگی جرم کاهش یافته V m¢ با فرمول تعیین می شود: v m ¢ = (a×T p +b×I g) v m o ¢ که در آن a، b ضرایب تجربی هستند. v m o ¢ - کاهش نرخ جرم فرسودگی بار آتش برای یک نوع معین از مواد قابل احتراق. T p - میانگین دمای آتش سوزی؛ I g - شدت تبادل گاز. وابستگی منطقه آتش سوزی به پارامترهای اصلی توسعه آن به شکل زیر است: S p = k (v p ∙ τ) n که در آن k و n ضرایب بسته به شکل هندسی منطقه آتش سوزی هستند. v р – سرعت خطی گسترش آتش؛ 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، میانگین دمای آتش و شدت تبادل گاز بستگی دارد: v p = (a 1 T p + b 1 I g) v po که در آن a 1 و b 1 ضرایب تجربی هستند که وابستگی را ایجاد می کنند سرعت خطیگسترش آتش به میانگین دما و شدت تبادل گاز بستگی دارد که مقدار عددی آن به طور تجربی برای هر نوع سوخت خاص تعیین می شود. v p o - سرعت خطی انتشار احتراق برای نوع معینی از سوخت. با گسترش آتش، دمای آتش و نرخ تبادل گاز افزایش می‌یابد و نرخ خطی انتشار احتراق و کاهش نرخ فرسودگی جرم افزایش می‌یابد. شرایط حرارتی در هنگام آتش سوزی وقوع و سرعت فرآیندهای حرارتی به شدت انتشار گرما در منطقه احتراق بستگی دارد، یعنی. از گرمای آتش ویژگی های کمیتغییرات در انتشار گرما در آتش بسته به شرایط مختلفاحتراق توسط دما کنترل می شود. زیر شرایط دماییآتش سوزی تغییر دما را در طول زمان درک می کند. تعیین دمای آتش با استفاده از هر دو روش تجربی و محاسباتی بسیار دشوار است. برای محاسبات مهندسی هنگام حل تعدادی از مسائل عملی، دمای آتش از معادله تعادل حرارتی تعیین می شود. تعادل حرارتی آتش نه تنها برای تعیین دمای آتش، بلکه برای شناسایی توزیع کمی انرژی حرارتی نیز جمع‌آوری می‌شود. در مورد کلیتعادل حرارتی یک آتش سوزی برای یک نقطه زمانی معین را می توان به صورت زیر ارائه کرد: Q p = Q pg +Q k +Q l که در آن Q p گرمای آزاد شده در آتش است، kJ. Q pg - گرمای موجود در محصولات احتراق، kJ. Q к - گرمای منتقل شده از منطقه احتراق به وسیله همرفت به هوای شستن منطقه، اما عدم مشارکت در احتراق، kJ. Ql - گرمای منتقل شده از ناحیه احتراق توسط تابش. برای آتش‌های باز مشخص شده است که سهم گرمای منتقل شده از ناحیه احتراق توسط تابش و جابجایی 40-50٪ از Qp است و سهم باقیمانده از گرما (60-70٪ از Q p) برای احتراق حرارتی استفاده می‌شود محصولات بنابراین، 60-70٪ از دمای احتراق نظری یک ماده قابل احتراق معین، یک مقدار تقریبی از دمای شعله را به دست می دهد. دمای آتش های باز بستگی به این دارد ارزش حرارتیمواد قابل احتراق، نرخ فرسودگی آنها و شرایط هواشناسی. میانگین حداکثر دما آتش بازبرای گازهای قابل اشتعال 1200 - 1350 درجه سانتیگراد، برای مایعات - 1100 - 1300 درجه سانتیگراد و برای مواد جامد قابل احتراق با منشاء آلی - 1100 - 1250 درجه سانتیگراد است. در یک آتش سوزی داخلی، دما تحت تأثیر عوامل بیشتری قرار می گیرد: ماهیت مواد قابل احتراق، میزان بار آتش سوزی و محل آن، منطقه احتراق، ابعاد ساختمان (مساحت کف، ارتفاع اتاق و غیره) و شدت تبادل گاز (اندازه و محل بازشوها). اجازه دهید تأثیر این عوامل را با جزئیات بیشتری در نظر بگیریم. آتش سوزی را می توان بر اساس تغییرات دما به سه دوره مشخص تقسیم کرد: اولیه، اصلی و نهایی. دوره اولیه- با دمای متوسط ​​حجم نسبتاً پایین 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 دمای متوسط ​​حجمی برسد بالاترین ارزشیا به بیش از 80 درصد از حداکثر مقدار کاهش نمی یابد. دوره پایانی- با کاهش دما به دلیل فرسودگی بار آتش مشخص می شود. شکل 9.1. تغییر دمای یک آتش سوزی داخلی در طول زمان: 1 - منحنی یک آتش سوزی خاص. 2 - منحنی استاندارد از آنجایی که نرخ رشد و قدر مطلق دمای آتش سوزی در هر مورد خاص مقادیر و ویژگی های مشخصه خود را دارد، مفهوم یک منحنی دمای استاندارد معرفی شد (شکل 21.2) که به طور خلاصه بیشترین موارد را نشان می دهد. ویژگی های مشخصهتغییرات دما در آتش سوزی های داخلی دمای استاندارد با معادله توصیف می شود. سرعت انتشار معمولی شعله سرعتی است که در آن جبهه شعله نسبت به گاز نسوخته در جهتی عمود بر سطح آن حرکت می کند. مقدار سرعت انتشار معمولی شعله باید در محاسبه نرخ افزایش فشار انفجار مخلوط گاز و بخار-هوا در تجهیزات بسته و دارای نشتی استفاده شود، قطر بحرانی (خاموش کننده) هنگام توسعه و ایجاد کپسول های آتش نشانی، منطقه ای از سازه های به راحتی قابل تنظیم مجدد، غشاهای ایمنی و سایر دستگاه های کاهش فشار. هنگام توسعه اقدامات برای اطمینان از ایمنی آتش و انفجار فرآیندهای تکنولوژیکیمطابق با الزامات GOST 12.1.004 و GOST 12.1.010. ماهیت روش برای تعیین سرعت عادی انتشار شعله این است که یک مخلوط قابل احتراق با ترکیب شناخته شده در داخل یک ظرف واکنش آماده شود، مخلوط در مرکز با یک منبع نقطه ای مشتعل شود، تغییرات فشار در ظرف در طول زمان ثبت شود و پردازش رابطه آزمایشی فشار-زمان با استفاده از مدل ریاضی فرآیند احتراق گاز در مخزن بسته و روش‌های بهینه‌سازی مدل ریاضی به دست آوردن یک رابطه فشار-زمان محاسبه‌شده را ممکن می‌سازد، که بهینه‌سازی آن با استفاده از یک رابطه تجربی مشابه منجر به تغییر در سرعت عادی در طول توسعه یک انفجار برای یک آزمایش خاص می‌شود. سرعت سوختن معمولی سرعت انتشار جلوی شعله نسبت به معرف های نسوخته است. سرعت سوختن به تعدادی از خواص فیزیکی و شیمیایی معرفها، به ویژه هدایت حرارتی و سرعت واکنش شیمیایی بستگی دارد و برای هر سوخت (در شرایط احتراق ثابت) مقدار بسیار خاصی دارد. در جدول جدول 1 نرخ احتراق (و حدود احتراق) برخی از مخلوط های گازی را نشان می دهد. غلظت سوخت در مخلوط ها در دمای 25 درجه سانتی گراد و فشار اتمسفر معمولی تعیین شد. به استثنای موارد ذکر شده، محدودیت های قابل اشتعال با انتشار شعله در لوله ای با قطر 0.05 متر، بسته از هر دو طرف، به دست می آید. ضرایب اضافی سوخت به عنوان نسبت محتویات سوخت حجمی در تعریف می شود مخلوط واقعیبه مخلوط استوکیومتری (j1) و به مخلوط با حداکثر سرعت احتراق (j2). جدول 1 سرعت سوختن مخلوط های تغلیظ شده (اکسیدکننده غیر آلی + منیزیم) ورق شماره سند 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
Ca(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

تغییر دهید

ورق

شماره سند

امضا

تاریخ

ورق

TGiV 20.05.01.070000.000 PZ

تأثیر ساختار مولکول سوخت بر سرعت احتراق برای هیدروکربن‌های مولکولی کم با زنجیره مستقیم ردیابی شد. سرعت احتراق با افزایش درجه اشباع نشدن در مولکول افزایش می یابد: آلکان ها - آلکن ها - آلکادین ها - آلکین ها. با افزایش طول زنجیره، این اثر کاهش می‌یابد، اما همچنان نرخ احتراق مخلوط‌های هوا برای n-هگزن تقریباً 25٪ بیشتر از n-هگزان است.

سرعت احتراق خطی مخلوط های اکسیژن به طور قابل توجهی بالاتر از مخلوط های هوا است (برای هیدروژن و مونوکسید کربن - 2-3 برابر و برای متان - بیش از یک مرتبه بزرگی). نرخ احتراق جرمی مخلوط های اکسیژن مورد مطالعه (به جز مخلوط CO + O2) در محدوده 3.7-11.6 کیلوگرم بر (m2 s) قرار دارد.

در جدول جدول 1 (طبق نظر N. A. Silin و D. I. Postovsky) نرخ احتراق مخلوط های فشرده نیترات ها و پرکلرات ها با منیزیم را نشان می دهد. برای تهیه مخلوط ها از اجزای پودری با اندازه ذرات نیترات 150-250 میکرون، پرکلرات 200-250 میکرون و منیزیم 75-105 میکرون استفاده شد. مخلوط داخل پوسته های مقوایی با قطر 24-46 میلی متر تا ضریب تراکم 0.86 پر شد. نمونه ها در هوا در فشار معمولی و دمای اولیه سوزانده شدند.

از مقایسه داده های جدول. 1 و 1.25 چنین است که مخلوط های متراکم از نظر جرم نسبت به مخلوط های گازی برتر و از نظر سرعت احتراق خطی از آنها پایین تر هستند. سرعت سوختن مخلوط با پرکلرات کمتر از سرعت سوختن مخلوط با نیترات است و مخلوط با نیترات فلزات قلیایی با سرعت بیشتری نسبت به مخلوط با نیترات فلزات قلیایی خاکی می سوزد.

جدول 2

محدودیت سرعت اشتعال و سوختن مخلوط با هوا (I) و اکسیژن (II) در فشار معمولیو دمای اتاق

ورق

شماره سند

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-هپتان 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-1 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-1 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 هترالین C10H12 0,0158 1,01 0,38 اکسید اتیلن 0,0772 1,25 1,05 1,13 1,12 پروپیلن اکسید 0,0497

تغییر دهید

روش های محاسبه نرخ فرسودگی مایعات

تغییر دهید

ورق

شماره سند

امضا

تاریخ

ورق

TGiV 20.05.01.070000.000 PZ

اگر پارامترهای حالت مایع مورد مطالعه، موجود در فرمول های (14) - (23)، مشخص باشد، بسته به داده های موجود، نرخ فرسودگی ( متر) در هر حالت احتراق را می توان بدون انجام مطالعات تجربی با استفاده از فرمول های زیر محاسبه کرد:

; (16)

کجا م- نرخ فرسودگی بدون بعد؛

; (17)

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

د- اندازه مشخصه آینه مایع در حال سوختن، متر به عنوان ریشه مربع سطح احتراق تعیین می شود. اگر ناحیه احتراق به شکل دایره باشد، اندازه مشخصه برابر با قطر آن است. هنگام محاسبه میزان احتراق متلاطم، می توان گرفت د= 10 متر؛

T k- نقطه جوش مایع، K.

روش محاسبه به شرح زیر است.

حالت احتراق با مقدار معیار گالیله تعیین می شود گا، با فرمول محاسبه می شود

کجا g- شتاب سقوط آزاد، m s -2.

بسته به حالت احتراق، نرخ فرسودگی بدون بعد محاسبه می شود م. برای حالت احتراق آرام:

برای حالت احتراق گذرا:

اگر، پس , (20)

اگر، پس، (21)

برای حالت احتراق آشفته:

; , (22)

M0- جرم مولکولی اکسیژن، کیلوگرم مول -1؛

n 0- ضریب استوکیومتری اکسیژن در واکنش احتراق.

n F- ضریب استوکیومتری مایع در واکنش احتراق.

ب- پارامتر بدون بعد مشخص کننده شدت انتقال جرم، محاسبه شده توسط فرمول

, (23)

کجا س- حرارت کمتر احتراق مایع، کیلوژول کیلوگرم -1؛

تغییر دهید

ورق

شماره سند

امضا

تاریخ

ورق

TGiV 20.05.01.070000.000 PZ

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

ج- ظرفیت گرمایی ایزوباریک محصولات احتراق (فرض می شود برابر با ظرفیت گرمایی هوا c = 1)، کیلوژول کیلوگرم -1 K-1؛

T0- دمای محیط، 293 کلوین فرض شده است.

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

ج ه- میانگین ظرفیت گرمایی هم‌باریک مایع در محدوده از T0به T به.

اگر ویسکوزیته سینماتیکی بخار یا وزن مولکولی و نقطه جوش مایع مورد مطالعه مشخص باشد، سرعت احتراق آشفته با استفاده از داده های تجربی طبق فرمول محاسبه می شود.

کجا m i- مقدار تجربی نرخ فرسودگی در حالت احتراق گذرا، کیلوگرم متر -2 ثانیه -1.

d i- قطر مشعل که در آن مقدار به دست آمده است m i، متر توصیه می شود از مشعل با قطر 30 میلی متر استفاده کنید. اگر احتراق آرام در مشعل با قطر 30 میلی متر مشاهده شد، باید از مشعل قطر بزرگتر استفاده کرد.

3. گسترش شعله در مخلوط های گازی

سرعت انتشار شعله در حین احتراق مواد جامد، مایع و گاز از نظر عملی برای جلوگیری از آتش سوزی و انفجار مورد توجه است.

اجازه دهید سرعت انتشار شعله را در مخلوط گازها و بخارات قابل اشتعال با هوا در نظر بگیریم. با دانستن این سرعت، می توان نرخ جریان گاز-هوای ایمن در یک خط لوله، شفت، واحد تهویه و سایر سیستم های انفجاری را تعیین کرد.

3.1.سرعت پخش شعله به عنوان مثال در شکل. شکل 3.1 نمودار تهویه خروجی در معدن زغال سنگ را نشان می دهد. از رانش معدن 1، از طریق خط لوله 2، مخلوط غبارآلود هوا و غبار زغال سنگ حذف می شود و در برخی موارد متان در درزهای زغال سنگ آزاد می شود. اگر آتش سوزی رخ دهد، جلوی شعله 3 به سمت دریفت های 1 گسترش می یابد. اگر سرعت حرکت مخلوط قابل احتراق باشد.w کمتر از سرعت انتشار جبهه شعله خواهد بود

و

نسبت به دیواره های لوله، شعله به داخل شفت گسترش می یابد و منجر به انفجار می شود. بنابراین برای عملکرد عادی سیستم تهویه، رعایت شرایط ضروری است

w > u.

سرعت حذف مخلوط مواد منفجره باید بیشتر از سرعت انتشار جلوی شعله باشد.

این کار از ورود شعله های آتش به داخل چاه های معدن جلوگیری می کند.

برنج. 3.1. طرح انتشار شعله در معدن: 1 - شفت؛ 2 - خط لوله 3- جلوی شعلهنظریه انتشار شعله که در آثار Ya.B. زلدویچ و D.A. فرانک-کامنتسکی بر اساس معادلات هدایت حرارتی، انتشار و سینتیک شیمیایی است. اشتعال یک مخلوط قابل احتراق همیشه از یک نقطه شروع می شود و در کل حجم اشغال شده توسط مخلوط قابل احتراق پخش می شود. بیایید یک مورد یک بعدی را در نظر بگیریم - یک لوله پر شده با یک مخلوط قابل احتراق (شکل 3.2).

اگر مخلوط در یک انتهای لوله مشتعل شود، جلوی شعله باریکی در امتداد لوله پخش می شود و محصولات احتراق (پشت جلوی شعله) را از مخلوط قابل احتراق تازه جدا می کند. جلوی شعله به شکل کلاهک یا مخروط است که قسمت محدب آن در جهت حرکت شعله است. جبهه شعله یک لایه نازک گازی (10 -4 ÷10 -6) متر است. واکنشهای احتراق شیمیایی در این لایه انجام می شود که به آن منطقه احتراق می گویند. دمای جلوی شعله بسته به ترکیب مخلوط، می باشد

هنگامی که جلوی شعله در لوله حرکت می کند، امواج فشرده سازی در مخلوط قابل احتراق ایجاد می شود که حرکات گردابی را ایجاد می کند. چرخش گازها جلوی شعله را بدون تغییر ضخامت و ماهیت فرآیندهای رخ داده در آن خم می کند. در سطح واحد جلوی شعله، همیشه همان مقدار ماده در واحد زمان می سوزد . . مقدار آن برای هر مخلوط قابل احتراق ثابت است و به آن نرخ سوزاندن جرم می گوینددانستن ناحیه جلوی شعلهاس م، می توانید جرم یک ماده را محاسبه کنید

سوخته در کل جبهه احتراق در واحد زمان: هر عنصر جلوی شعلهdS

همیشه نسبت به مخلوط تازه در جهت عادی به سمت جلوی شعله در یک نقطه معین حرکت می کند (شکل 3.2)، و سرعت این حرکت:

چگالی مخلوط قابل احتراق تازه کجاست. بزرگی سرعت انتشار شعله معمولی نامیده می شود و دارای ابعاد m/s است. این مقدار ثابتی از فرآیند احتراق یک مخلوط معین است و به شرایط هیدرودینامیکی همراه با فرآیند احتراق بستگی ندارد. سرعت عادی انتشار شعله همیشه کمتر از سرعت مشاهده شده استو

، یعنی سرعت حرکت جبهه احتراق نسبت به دیواره های لوله:< u .

u n

اگر جلوی شعله صاف و عمود بر محور لوله باشد، در این صورت سرعت انتشار شعله مشاهده شده و عادی یکسان خواهد بود.

u n = u .ناحیه جلوی شعله محدبموضوع S همیشهمنطقه بیشترجلوی صاف S pl

> 1.

، به همین دلیل استسرعت انتشار شعله معمولیu nبرای هر مخلوط قابل احتراق به مخلوط گازهای بی اثر، دمای مخلوط، رطوبت و عوامل دیگر بستگی دارد. به ویژه، پیش گرم کردن گاز قابل احتراق، سرعت انتشار شعله را افزایش می دهد. می توان نشان داد که سرعت انتشار شعلهu n

متناسب با مجذور دمای مطلق مخلوط:.

u n .= const · T 2

سرعت انتشار شعله تحت تأثیر ظرفیت گرمایی گاز بی اثر است. هرچه ظرفیت گرمایی گاز بی اثر بیشتر باشد، دمای احتراق را کاهش می دهد و سرعت انتشار شعله را کاهش می دهد. بنابراین، اگر مخلوط متان و هوا با دی اکسید کربن رقیق شود، سرعت انتشار شعله می تواند 2 تا 3 برابر کاهش یابد. سرعت انتشار شعله در مخلوط مونوکسید کربن با هوا تحت تأثیر قرار می گیرد نفوذ بزرگرطوبت موجود در مخلوط، وجود ذرات دوده و مخلوط گازهای بی اثر.

برنج. 3.3. وابستگی سرعت انتشار شعله

بر غلظت مونوکسید کربن در مخلوط

انتشار منطقه دگرگونی های شیمیایی در یک سیستم قابل احتراق باز

احتراق با احتراق مخلوط قابل احتراق در حجم محلی سیستم احتراق آغاز می شود، سپس در جهت مخلوط متحرک پخش می شود. ناحیه سوختنی که در آن واکنش های شیمیایی ردوکس قابل مشاهده برای ناظر انجام می شود شعله نامیده می شود. سطح جدا کننده شعله و مخلوطی که هنوز نمی سوزد به عنوان جلوی شعله عمل می کند. ماهیت انتشار شعله به فرآیندهای زیادی بستگی دارد، اما فرآیند تعیین کننده حرارت دادن مخلوط قابل احتراق است. بسته به روش گرم کردن مخلوط قابل احتراق تا دمای احتراق، انتشار شعله معمولی، متلاطم و انفجاری متمایز می شود.

انتشار عادی شعله در طی احتراق در یک سیستم قابل احتراق با مخلوط متحرک آرام مشاهده می شود. با گسترش شعله معمولی انرژی حرارتیاز لایه سوزان به لایه سرد عمدتاً با هدایت حرارتی و همچنین انتشار مولکولی منتقل می شود. رسانایی حرارتی در گازها کم است، بنابراین سرعت انتشار معمولی شعله کم است.

در طول حرکت آشفته یک مخلوط قابل احتراق، انتقال انرژی حرارتی از لایه سوزان به لایه سرد عمدتاً با انتشار مولی و همچنین هدایت حرارتی رخ می دهد. انتقال مولی متناسب با مقیاس تلاطم است که با سرعت مخلوط تعیین می شود. سرعت انتشار شعله آشفته به خواص مخلوط و دینامیک گاز جریان بستگی دارد.

انتشار شعله در یک مخلوط قابل احتراق از ناحیه احتراق به لایه های سرد از طریق فرآیندهای مولکولی و مولی را باد زدایی می گویند.

فرآیندهای احتراق فیزیکی و شیمیایی با افزایش دما و فشار در شعله همراه است. در سیستم های قابل اشتعال، تحت شرایط خاص، مناطق پرفشار ممکن است ایجاد شود که می تواند لایه های مجاور را فشرده کند و آنها را تا نقطه اشتعال گرم کند. انتشار شعله از طریق فشرده سازی سریع یک مخلوط سرد تا دمای اشتعال، انفجار نامیده می شود و همیشه ماهیت انفجاری دارد.

در سیستم‌های قابل اشتعال، احتراق ارتعاشی می‌تواند رخ دهد که در آن جلوی شعله با سرعتی حرکت می‌کند که هم در اندازه و هم جهت متفاوت است.

سرعت انتشار جبهه احتراق در یک مخلوط آرام متحرک یا ثابت را سرعت عادی یا اساسی انتشار شعله می گویند. مقدار عددی سرعت معمولی با سرعت مخلوطی که هنوز مشتعل نشده و معمولاً به سمت جبهه احتراق هدایت می شود تعیین می شود.

مقدار u n برای یک جبهه احتراق مسطح را می توان از شرایط تعادل دینامیکی بین سرعت گرم شدن مخلوط توسط هدایت حرارتی تا دمای اشتعال و سرعت 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، T اولیه دمای اولیه مخلوط، T a دمای احتراق آدیاباتیک، Arr معیار آرنیوس است. ، k 0 ضریب قانون آرنیوس است.

سرعت عادی را می توان به صورت تجربی با سرعت حرکت جلو در یک لوله با مخلوط ثابت یا با ارتفاع مخروط احتراق در مشعل Bunsen تعیین کرد. مشعل Bunsen یک مشعل آزمایشگاهی با پیش اختلاط جزئی گاز و هوا است. در خروجی مشعل، شعله ای با جلوی احتراق به شکل مخروط تشکیل می شود. فرم صحیح(برنج.).

شکل 7. جلوی احتراق در مشعل Bunsen

هنگامی که جبهه احتراق در یک موقعیت پایدار است، سرعت انتشار شعله u n توسط مولفه W n نرمال با سطح مخروط احتراق سرعت مخلوط گاز-هوا W متعادل می شود، یعنی.

که در آن j زاویه بین بردار سرعت مخلوط گاز و هوا و بردار جزء آن نرمال با سطح مخروط احتراق است.

سرعت حرکت مخلوط گاز و هوا در خروجی نازل با یک مخروط احتراق به شکل منظم با فرمول تعیین می شود.

که در آن d 0 قطر نازل مشعل است، V نرخ جریان مخلوط گاز و هوا از طریق مشعل است.

مقدار cos j را می توان بر حسب ارتفاع مخروط احتراق بیان کرد

با در نظر گرفتن این واقعیت که سطح احتراق است سطح جانبیمخروط صحیح

مقدار سرعت نرمال تعیین می شود

سرعت عادی انتشار شعله تحت تأثیر موارد زیر است:

1. دمای اولیه مخلوط. در دماهای پایین u n با مجذور دمای مطلق مخلوطی که وارد احتراق می شود، نسبت مستقیم دارد. در دماهای بالاتر از دمای احتراق، مفهوم سرعت معمولی معنای خود را از دست می دهد، زیرا مخلوط قادر به خود اشتعال می شود.

2. دمای دیواره های کانال به شرط انتشار شعله در داخل این کانال. دیوارهای سرد واکنش های زنجیره ای را می شکنند و گسترش شعله را کاهش می دهند.

3. قطر کانال. برای هر مخلوط قابل احتراق یک مقدار بحرانی قطر dcr وجود دارد که از آنجا پخش شعله در داخل کانال غیرممکن است. مقدار قطر بحرانی را می توان با فرمول تعیین کرد

که در آن سانتی متر ضریب نفوذ حرارتی مخلوط است.

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

5. ترکیب مخلوط. برای مخلوطی با ترکیبی نزدیک به استوکیومتری، سرعت نرمال دارای حداکثر مقدار است. علاوه بر این، حدود پایین و بالایی برای غلظت سوخت وجود دارد که شعله نمی تواند فراتر از آن گسترش یابد.

سرعت عادی انتشار شعله (un) به خواص ترموفیزیکی مخلوط گاز و هوا بستگی دارد. اما آیا سرعت انتشار تا حد زیادی به خواص فیزیکی و شیمیایی آن بستگی دارد؟ سرعت احتراق V، و دما در منطقه واکنش احتراق، TG:

آن ها un متناسب با سرعت واکنش اکسیداسیون (V) است و به طور نمایی به دمای معکوس منطقه احتراق (Tg) وابسته است. پارامتر تعیین کننده، البته، سرعت واکنش خواهد بود. اجازه دهید معادله سرعت واکنش احتراق شیمیایی را بنویسیم:

که در آن k0 ضریب پیش نمایی از معادله آرنیوس است،

Cg، آب - غلظت سوخت و اکسید کننده،

m، n - دستورات واکنش برای سوخت و اکسید کننده، به ترتیب،

Ea انرژی فعال شدن یک واکنش شیمیایی است.

بیایید در نظر بگیریم که چگونه سرعت واکنش های اکسیداسیون برای مخلوط هایی با نسبت های مختلف سوخت و اکسید کننده تغییر می کند (شکل 2).

نمودار نشان می دهد که برای مخلوطی از ترکیبات استوکیومتری (ضریب هوای اضافی؟ = 1) سرعت واکنش اکسیداسیون حداکثر است.

هنگامی که غلظت سوخت در یک مخلوط بالاتر از مقدار استوکیومتری افزایش می یابد، 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، هم به دلیل کاهش غلظت عامل اکسید کننده O2 و هم به دلیل کاهش دمای ناحیه احتراق کاهش می یابد. یعنی با کاهش مداوم؟ (که معادل افزایش غلظت SG در مخلوط است) سرعت واکنش اکسیداسیون؟ و دمای منطقه احتراق Tg به طور مداوم کاهش می یابد. در نمودار SG > SGstech منحنی به شدت رو به پایین می شود. کاهش سرعت واکنش اکسیداسیون در? > 1 با کاهش انتشار گرما در منطقه احتراق به دلیل غلظت کمتر سوخت در آن توضیح داده می شود.

شکل 2. وابستگی سرعت احتراق به غلظت سوخت در مخلوط

دقیقاً مانند شکل 2 است، وابستگی سرعت واکنش احتراق به غلظت جزء قابل احتراق در مخلوط اولیه که شکل سهموی وابستگی سایر پارامترهای فرآیند احتراق را از قبل تعیین می کند. مخلوط: دمای خود اشتعال و حداقل انرژی احتراق، محدودیت غلظت انتشار شعله. وابستگی سرعت انتشار معمولی شعله به غلظت سوخت در مخلوط SG نیز شکل سهمی دارد. در شکل شکل 3 چنین وابستگی هایی را برای حالت احتراق مخلوط هوا-پروپان نشان می دهد. معانی مختلفدمای اولیه

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

با توجه به مفاهیمی که در بالا توضیح داده شد، حداکثر سرعت انتشار شعله (unmax) باید با غلظت استوکیومتری سوخت مطابقت داشته باشد. با این حال، مقادیر تجربی آن تا حدودی به سمت غنی از مخلوط های قابل احتراق تغییر می کند. با افزایش دمای اولیه مخلوط، سرعت انتشار شعله باید افزایش یابد که در عمل مشاهده می شود. به عنوان مثال، برای مخلوط هوای بخارات بنزین و نفت سفید، شکل نشان داده شده در شکل 1 را دارد. 4.

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

برای مواد مختلف un به ماهیت شیمیایی آنها بستگی دارد و در محدوده های نسبتاً گسترده ای تغییر می کند (جدول 1). برای بیشتر مخلوط سوخت های هیدروکربنی با هوا< 1 м/с. При введении в горючую смесь избыточного воздуха или азота температура горения заметно снижается.

جدول 1.

سرعت انتشار شعله معمولی برای برخی از مخلوط های قابل اشتعال

ورود گازهای خنثی و خنثی به مخلوط قابل اشتعال: نیتروژن N2، آرگون آرگون، 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 به وضوح از وابستگی های نشان داده شده در شکل مشاهده می شود. 5.

در همان زمان، در غلظت معینی (بلغمات کننده) رقیق کننده ها، احتراق به طور کلی متوقف می شود. معرفی فریون ها قوی ترین اثر را دارد، زیرا آنها همچنین اثر مهاری بر واکنش احتراق دارند.

همانطور که از شکل مشاهده می شود. 5، ورود فریون (114B2) به مخلوط قابل احتراق 4 تا 10 برابر موثرتر از گازهای خنثی - رقیق کننده ها است.

شکل 5. اثر غلظت رقیق کننده ها و مبرد 114B2 بر سرعت انتشار شعله در مخلوط پروپان-هوا (? = 1.15)

توانایی بلغم سازی گازهای رقیق کننده به خواص ترموفیزیکی آنها و به ویژه به رسانایی گرمایی و ظرفیت گرمایی آنها بستگی دارد.

1.3 احتراق انتشار گازها

در شرایط واقعی، در مواردی که گاز یا بخار پس از شروع خروج اضطراری خود مشتعل شود، مشاهده می شود. احتراق انتشاری. یک مثال معمولی و نسبتاً متداول، احتراق انتشاری گاز در حین تخریب خطوط لوله اصلی، در یک چاه اضطراری در ساحل یا خشکی میدان گاز یا میعانات گازی، در کارخانه‌های فرآوری گاز است.

اجازه دهید ویژگی های چنین احتراق را در نظر بگیریم. فرض کنید یک چشمه گاز طبیعی در حال سوختن است که جزء اصلی آن متان است. احتراق در حالت انتشار رخ می دهد و ماهیت آرامی دارد. محدودیت غلظت انتشار شعله (CPLP) برای متان 5 تا 15 درصد حجم است. اجازه دهید ساختار شعله را به تصویر بکشیم و وابستگی های گرافیکی تغییر غلظت متان و سرعت واکنش احتراق را در فاصله تا فواره محوری بسازیم (شکل 6).

شکل 6. نمودار یک شعله آرام منتشر یک فواره گاز (a)، تغییر در غلظت سوخت (b)، و سرعت واکنش احتراق (c) در امتداد جلوی شعله.

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

احتراق گاز فقط در محدوده غلظت از VKPR تا LKPR رخ می دهد، یعنی. در محدوده غلظت اشتعال آن. سرعت واکنش احتراق؟(T) در غلظت های بالاتر از VKPR و کمتر از LKPR صفر و حداکثر در غلظت خواهد بود. بنابراین، فاصله بین HNKPR و HVKPR عرض جبهه 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 مورد با سرعت انتشار اکسیژن تعیین می شود و مقدار آن تقریباً 5-104 برابر کمتر از سرعت احتراق در حالت جنبشی. شدت حرارتی به همان تعداد بار کمتر است، یعنی. سرعت آزاد شدن گرما در یک مشعل انتشار سوز.

1.4 ویژگی های احتراق جت های گاز. شرایط تثبیت شعله

در نظر گرفتن شرایط احتراق فواره های گاز با استفاده از مثال جت های گاز راحت تر است. در شرایط واقعی، چنین جت هایی متلاطم هستند. هنگامی که یک جریان گازی که از یک چاه جاری می شود مشتعل می شود، یک ستون به اصطلاح انتشار تشکیل می شود که شکل دوکی شکل متقارن دارد (شکل 6). واکنش های شیمیاییاحتراق در یک لایه سطحی نازک مشعل رخ می دهد که با تقریب اول می توان آن را سطحی در نظر گرفت که غلظت سوخت و اکسید کننده صفر می شود و جریان های انتشار سوخت و اکسید کننده به این سطح در یک نسبت استوکیومتری هستند. جلوی احتراق انتشار دارای سرعت انتشار صفر است، بنابراین نمی تواند به طور مستقل روی جت جریان رو به بالا بماند.

تثبیت شعله روی جت در پایین مشعل اتفاق می افتد، جایی که مکانیسم احتراق دیگری تحقق می یابد. هنگامی که گاز از سوراخ خارج می شود، یک لایه متلاطم از مخلوط گاز و هوای اطراف در قسمت اولیه بدون سوختن سطح جت تشکیل می شود. در این لایه غلظت گاز در جهت شعاعی به تدریج کاهش می یابد و غلظت اکسید کننده افزایش می یابد. در قسمت میانی لایه اختلاط، مخلوطی همگن از سوخت و اکسید کننده با ترکیبی نزدیک به استوکیومتری ظاهر می شود. هنگامی که چنین مخلوطی که برای احتراق آماده شده است مشتعل می شود، اگر سرعت احتراق از سرعت جریان محلی بیشتر شود، جلوی شعله می تواند در لایه اختلاط با سرعت محدود حتی به سمت جریان منتشر شود. اما از آنجایی که سرعت جت با نزدیک شدن به خروجی افزایش می یابد، در یک ارتفاع معین سرعت جت (uf) برابر با سرعت سوختن (?t) می شود و شعله در این ارتفاع روی سطح جت تثبیت می شود. محاسبه دقیق میزان احتراق آشفته (?t) ممکن نیست. با این حال، تخمین ها نشان می دهد که مقدار (?t) تقریبا برابر با سرعت های ضربانی جت است که بزرگی آن متناسب با سرعت محوری (um) است. از داده های تجربی چنین نتیجه می شود که حداکثر مقادیرریشه میانگین ضربان مربع مولفه سرعت طولی 0.2um است. با در نظر گرفتن این مقدار به عنوان سرعت احتراق آشفته، می توان فرض کرد که حداکثر سرعت انتشار شعله به سمت جت گازی که با سرعت 300-450 متر بر ثانیه فوران می کند، حدود 50 متر بر ثانیه خواهد بود.

1.5 برآورد دبی فواره های گاز سوز

هنگام اطفاء حریق از فواره های گاز قدرتمند، نیاز به تخمین دبی (D) فواره در حال سوختن وجود دارد، زیرا مصرف گاز یکی از پارامترهای اصلی تعیین کننده حجم کار و ابزارهای مادی و فنی لازم برای از بین بردن حادثه است. . با این حال، اندازه‌گیری مستقیم سرعت جریان یک فواره در حال سوختن در بیشتر موارد غیرممکن است و هیچ روش از راه دور مؤثری برای تعیین نرخ جریان جت وجود ندارد. میزان مصرف فواره های گاز قدرتمند را می توان با ارتفاع مشعل (H) کاملاً دقیق تعیین کرد.

مشخص است که ارتفاع ستون متلاطم تشکیل شده در هنگام احتراق جت های گاز معمولی منبسط شده با سرعت اگزوز مادون صوت به سرعت یا سرعت جریان جت بستگی ندارد، بلکه تنها با قطر سوراخ (d) تعیین می شود. که جت از آن جریان می یابد، خواص ترموفیزیکی گاز و دمای آن (T) در خروجی از سوراخ.

یک فرمول تجربی شناخته شده برای محاسبه دبی آبنما بر اساس ارتفاع مشعل هنگام سوزاندن گاز طبیعی وجود دارد:

D = 0.0025Hf 2، میلیون متر مکعب در روز. (4)

در آتش سوزی های واقعی، رژیم های احتراق آرام عملا هرگز اتفاق نمی افتد. گاز، هم در مخزن یک میدان گازی و هم در خطوط لوله حمل و نقل و تاسیسات تکنولوژیکی، تحت فشار است. بنابراین مصرف گاز در هنگام نشت اضطراری بسیار زیاد خواهد بود؟ تا 100 متر مکعب در ثانیه در آتش فوران چاه های گاز(تا 10 میلیون متر مکعب در روز). طبیعتاً در این شرایط حالت های خروجی و در نتیجه حالت های احتراق متلاطم خواهند بود.

برای محاسبه نیروها و وسایل خاموش کردن فلرهای گاز سوز باید میزان مصرف گاز را دانست. داده های اولیه برای محاسبه آن تقریباً همیشه وجود ندارد، زیرا یا فشار گاز در داخل است تجهیزات تکنولوژیکی، یا در مخزن. بنابراین، آنها در عمل از وابستگی ثابت شده تجربی (4) ارتفاع شعله مشعل به سرعت جریان گاز استفاده می کنند که داده های محاسبه شده برای استفاده از آن در جدول آورده شده است. 2.

جدول 2.

وابستگی ارتفاع شعله به جریان گاز یک فواره گاز تحت حالت های احتراق مختلف

 

---

بخوانید:
چرا خواب طوفان روی امواج دریا را می بینید؟ حسابداری تسویه حساب با بودجه کیک پنیر از پنیر در یک ماهیتابه - دستور العمل های کلاسیک برای کیک پنیر کرکی کیک پنیر از 500 گرم پنیر دلمه سالاد مروارید سیاه با آلو سالاد مروارید سیاه با آلو دستور العمل لچو با رب گوجه فرنگی