Hitrost širjenja plamena med zgorevanjem. Koncept zgorevanja. Pogoji, potrebni za nastanek gorenja. Širjenje plamena. Normalna hitrost širjenja plamena. "hitrost širjenja plamena" v knjigah

Kot je razvidno, pri gorenju zraka mešanice plinov pri atmosferskem tlaku u max leži v območju 0,40-0,55 m/s in - v območju 0,3-0,6 kg/(m2-s). Samo za nekatere nenasičene spojine z nizko molekulsko maso in vodik u max leži v območju 0,8-3,0 m/s in doseže 1-2 kg/(m2s). S povečanjem in max proučevanih gorljivih snovi v mešanicah z zrakom je lahko

mesto v naslednja vrstica: bencin in tekoča raketna goriva – parafini in aromati – ogljikov monoksid – cikloheksan in ciklopropan – etilen – propilen oksid – etilen oksid – acetilen – vodik.

1) Vlažnost materiala. 2) Vpliv orientacije vzorca v prostoru. Pri negativnih kotih naklona (smer gibanja plamena od zgoraj navzdol) hitrost širjenje plamena se ne spremeni ali pa se rahlo zmanjša. Ko se pozitivni kot naklona (smer gibanja plamena od spodaj navzgor) poveča nad 10-15 0, se hitrost širjenja plamena močno poveča. 3) Vpliv hitrosti in smeri zračnih tokov. Z naraščajočo hitrostjo hrbtnega vetra se izmenjava plinov izboljša in kot nagiba plamena proti vzorcu se zmanjša. Hitrost širjenja se povečuje. Pretok zraka, usmerjen proti smeri gibanja plamena, ima dvojni učinek na hitrost širjenja plamena. Zaradi aerodinamičnega zaviranja in ohlajanja segretih območij površine pred fronto plamena se zmanjša hitrost širjenja plamena. Po drugi strani pa zračni tok intenzivira mešanje produktov pirolize z oksidantom, tvorba homogene gorljive mešanice se pojavi hitreje, konica plamena se približa površini trdnega materiala, kar posledično vodi do nadaljnjega povečanja intenzivnosti, kar pospeši širjenje plamena. 4) Vpliv geometrijskih dimenzij vzorca. Obstajajo toplotno debeli in toplotno tanki vzorci. Toplotna debelina je debelina plasti trdnega materiala, segretega pred fronto plamena nad začetno temperaturo do trenutka, ko se plamen razširi na določeno površino. 5) Vpliv materiala substrata. če vnetljiv material pride v stik z materialom (podlago), katerega termofizikalne lastnosti se razlikujejo od zraka, bo to vplivalo tudi na hitrost širjenja plamena (prilepljen papir, izolacija žice itd.). Če l nizko > l visoko. mat. , potem se bo vzorcu intenzivno odvajala toplota, hitrost širjenja pa bo manjša kot v primeru odsotnosti substrata. 6) Vpliv vsebnosti kisika v okolju. S povečanjem vsebnosti kisika v okolju se poveča hitrost širjenja plamena. 7. Vpliv začetne temperature vzorca. Pri lesu povečanje začetne temperature na 230–250 o C (temperaturno območje pirolize) povzroči močno povečanje u l. Izgorel trdi materiali Hkrati s širjenjem plamena po površini materiala se začne proces izgorevanja. Vzorci izgorevanja trdnih materialov so bistveno odvisni od narave pretvorbe trdne faze v plinaste produkte. Če pride do razgradnje trdne faze v ozkem območju površinski sloj brez tvorbe ogljikove plasti, potem v tem primeru zgorevanje poteka s konstantno hitrostjo. Po vžigu se na površini trdne faze vzpostavi stalna temperatura, ki je enaka temperaturi vrelišča ali sublimacije snovi. Mehanizem zgorevanja trdne snovi, ki nastane s tvorbo ogljikovega ostanka na zgorevalni površini, je bolj zapleten. Tako gorijo skoraj vse snovi rastlinskega izvora, nekatere plastike, ki vsebujejo negorljiva ali počasi goreča polnila (smukec, saje itd.). Najpogostejše vnetljive snovi rastlinskega izvora te vrste so les. V trenutku vžiga se zaradi toplotnega toka iz območja plamena temperatura površinske plasti lesa hitro poveča na 450-500 o C. Poteka intenzivna razgradnja snovi s tvorbo hlapnih produktov in oglja, medtem ko temperatura na površini se dvigne na 600 o C. Glede na globino gorenja lesa ločimo območja z različnimi fizikalnimi in fizikalno-kemijskimi lastnostmi. Običajno jih lahko razdelimo na 4 cone: JAZ - oglje, sestavljen iz 99% ogljika; II - les z različnimi stopnjami pirolize; III - nepiroliziran, suh les; IV - originalni les. Ker se med zgorevanjem lesa iz trdne faze sproščajo hlapni produkti, se material ponovno zogleni v vse večja globina. Povečanje debeline ogljikovega sloja povzroči povečanje njegovega toplotna odpornost in zato zmanjša hitrost segrevanja in pirolize lesnih plasti, ki še niso razpadle, in hitrost goreče gorenje postopoma zmanjšuje. Plamensko gorenje lesa se ustavi, ko se masna stopnja emisije hlapnih snovi zmanjša na 5 g/(m 2 s). Debelina plasti premoga doseže 15-20 mm. Prenehanje plamenskega zgorevanja lesa odpre dostop zračnega kisika do premoga, segretega na temperaturo 650-700 o C. Začne se druga stopnja zgorevanja lesa - heterogena oksidacija ogljikove plasti predvsem po reakciji C + O 2 ® CO 2 + 33000 kJ/kg, temperatura ogljikove plasti se poveča na 800 o C in proces heterogeno zgorevanje premog se dodatno intenzivira. Realna slika tranzicije homogeno zgorevanje pri heterogenih se nekoliko razlikuje od zgornjega. Glavni kvantitativni parameter, ki označuje proces izgorevanja trdnih materialov, je masna stopnja izgorevanja, ki je eden od parametrov, ki določa dinamiko požara. Zmanjšana masna stopnja izgorevanja je količina snovi, ki zgori na enoto časa na enoto površine požara. Zgorevanje kovin Glede na naravo gorenja delimo kovine v dve skupini: hlapne in nehlapne. Hlapne kovine imajo T pl< 1000 К, Т кип < 1500 К. К ним относятся щелочные металлы (литий, натрий, калий и др.) и щелочноземельные (магний, кальций). Nehlapne kovine imajo Tm >1000 K, Tbp >2500 K. Mehanizem zgorevanja je v veliki meri določen z lastnostmi kovinskega oksida. Tališče hlapnih kovin je nižje od tališča njihovih oksidov. Poleg tega so slednje precej porozne tvorbe. Ko se IR prenese na površino kovine, izhlapi in oksidira. Ko koncentracija hlapov doseže spodnjo mejo koncentracije vnetljivosti, se vname. Na površini se vzpostavi cona difuzijskega zgorevanja, velik del toplote se prenese na kovino in se segreje do T vrelišča. Nastali hlapi, ki prosto difundirajo skozi porozni oksidni film, vstopijo v območje zgorevanja. Vrenje kovine povzroči občasno uničenje oksidnega filma, kar poveča gorenje. Produkti izgorevanja (kovinski oksidi) ne difundirajo le na kovinsko površino, kjer se tvori oksidna skorja, temveč tudi v okolico, kjer kondenzirajo in tvorijo trdne delce v obliki belega dima. Tvorba gostega belega dima je vizualni znak gorenja hlapljivih kovin. Za nehlapne kovine, ki imajo visoke temperature faznega prehoda, med gorenjem nastane na površini zelo gost oksidni film, ki se dobro oprime kovinske površine. Zaradi tega se hitrost difuzije kovinskih hlapov skozi film močno zmanjša in veliki delci, na primer aluminij in berilij, ne morejo goriti. Praviloma pride do požarov takih kovin, ko so v obliki ostružkov, prahu in aerosolov. Gorijo brez ustvarjanja gostega dima. Tvorba gostega oksidnega filma na površini kovine povzroči eksplozijo delca. Ta pojav, ki ga še posebej pogosto opazimo, ko se delci premikajo v visokotemperaturnem oksidacijskem okolju, je povezan s kopičenjem kovinskih hlapov pod oksidnim filmom, čemur sledi njegov nenaden zlom. To seveda vodi do ostrega povečanja izgorevanja. Gorenje prahu Prah je disperzni sistem, sestavljen iz plinastega disperzijskega medija (zrak itd.) in trdne disperzne faze (moka, sladkor, les, premog itd.). Dejavniki, ki vplivajo na hitrost širjenja plamena skozi mešanice prahu in zraka: 1) Koncentracija prahu. Tako kot pri homogenem zgorevanju mešanica plina in zraka, največja hitrostširjenje plamena se pojavi pri mešanicah, ki so nekoliko višje od stehiometrične sestave. Za šotni prah je 1,0-1,5 kg/m3. 2) Vsebnost pepela. S povečanjem vsebnosti pepela se zmanjša koncentracija vnetljive komponente in s tem zmanjša hitrost širjenja plamena. Ko se vsebnost kisika zmanjša, se hitrost širjenja plamena zmanjša. Razvrstitev prahu glede na nevarnost požara in eksplozije. Glede na nevarnost požara in eksplozije prah delimo v razrede: Razred I - najbolj eksploziven - j n do 15 g/m 3; Razred II - eksploziv - 15 g/m 3< j н < 65 г/м 3 ; Razred III - najbolj požarno nevaren - j n > 65 g/m 3 ; T St do 250 o C; IV razred - požarna nevarnost - j n > 65 g/m 3 ; T St > 250 o C. DINAMIKA RAZVOJA POŽARA Dinamiko požara razumemo kot niz zakonov in vzorcev, ki opisujejo spremembe glavnih parametrov požara v času in prostoru. Naravo požara je mogoče oceniti s kombinacijo velikega števila njegovih parametrov: območje požara, temperatura požara, hitrost njegovega širjenja, intenzivnost sproščanja toplote, intenzivnost izmenjave plinov. , jakost dima itd. Parametrov požara je toliko, da so pri nekaterih vrstah požarov nekateri primarni, pri drugih pa sekundarni. Vse je odvisno od tega, kateri cilji so zastavljeni za preučevanje določene vrste požara. Za proučevanje dinamike požara kot glavne parametre, ki se spreminjajo skozi čas, vzamemo območje požara, temperaturo požara, intenzivnost izmenjave plinov in dima ter hitrost širjenja požara. Ti požarni parametri so najbolj dostopni za meritve, analize in izračune. Služijo kot začetni podatki za določitev vrste potrebna oprema in preračun sil in sredstev pri gašenju požarov, projektiranje avtomatski sistemi gašenje požara itd. Od trenutka nastanka požara, njegovega prostega razvoja do njegovega popolnega prenehanja lahko požar v prostoru razdelimo na faze. Požarne faze I. Faza vžiga. Plamen izvira iz zunanjega vira vžiga majhno območje in se počasi širi. Okoli območja zgorevanja se oblikuje konvektivni tok plina, ki zagotavlja potrebno izmenjavo plina. Površina gorljivega materiala se segreje, poveča se velikost gorilnika, poveča se izmenjava plinov, poveča se sevalni toplotni tok, ki vstopa v okolico in na površino gorljivega materiala. Trajanje faze sončenja je od 1 do 3 minute. II. Faza začetka požara. Temperatura okolja v prostoru počasi narašča. Celoten prejšnji proces se ponovi, vendar z večjo intenzivnostjo. Trajanje druge stopnje je približno 5-10 minut. III. Faza volumetričnega razvoja požara- hiter proces rasti vseh naštetih parametrov. Sobna temperatura doseže 250 -300°C. Začne se »volumetrična« faza razvoja požara in faza volumetričnega širjenja požara. Ko je temperatura plina v prostoru 300°C, se zasteklitev uniči. Dogorevanje lahko nastane tudi zunaj prostora (ogenj uhaja iz odprtin navzven). Intenzivnost izmenjave plinov se nenadoma spremeni: močno se poveča, proces odtekanja vročih produktov zgorevanja in dotok svež zrak v območje zgorevanja. IV. Požarna faza. Med to fazo se lahko sobna temperatura za kratek čas zniža. Toda v skladu s spremembo pogojev izmenjave plinov se parametri požara, kot so popolnost izgorevanja, stopnja izgorevanja in širjenje procesa zgorevanja, močno povečajo. Skladno s tem se skupno sproščanje toplote med požarom močno poveča. Temperatura, ki se je v trenutku uničenja zasteklitve zaradi dotoka hladnega zraka nekoliko znižala, se močno poveča in doseže 500 - 600 ° C. Proces razvoja požara se hitro stopnjuje. Številčna vrednost vseh prej omenjenih parametrov požara se poveča. Območje požara, povprečna volumetrična temperatura v prostoru (800-900 ° C), intenzivnost izgorevanja požarne obremenitve in stopnja dima dosežejo maksimum. V. Stacionarna zgorevalna faza. Požarni parametri se stabilizirajo. To se običajno zgodi 20-25 minut po požaru in lahko traja 20-30 minut, odvisno od velikosti požarne obremenitve. VI. Faza razpadanja. Intenzivnost zgorevanja se postopoma zmanjšuje, saj glavnina požarne obremenitve je že pogorela. V prostoru se je nabrala večja količina produktov zgorevanja. Povprečna prostorninska koncentracija kisika v prostoru se je zmanjšala na 16-17%, koncentracija produktov zgorevanja, ki preprečujejo intenzivno gorenje, pa se je povečala na največjo vrednost. Intenzivnost sevalnega prenosa toplote na gorljivo snov se je zmanjšala zaradi znižanja temperature v območju zgorevanja. Zaradi povečanja optična gostota okolju intenzivnost gorenja počasi upada, kar vodi v zmanjšanje vseh drugih parametrov požara. Območje požara se ne krči: lahko se poveča ali stabilizira. VII. Faza naknadnega zgorevanja. Za to zadnjo fazo požara je značilno počasno tlenje, po katerem po nekaj, včasih precej dolgem času, gorenje preneha. Osnovni požarni parametri Kvantitativno razmislimo o nekaterih osnovnih parametrih požara, ki določajo dinamiko njegovega razvoja. Določimo intenzivnost sproščanja toplote v požaru, saj je to eden glavnih parametrov procesa zgorevanja: Q=βQ р n V m ’Sp, (kJ/s) kjer sta β in Q р n konstanti (koeficient pregorevanja in spodnja kurilna vrednost požarne obremenitve); V m ¢ - zmanjšana stopnja izgorelosti mase; S p – požarna površina; V m ¢ in S p sta odvisna od časa razvoja požara, temperature požara, stopnje izmenjave plinov itd. Zmanjšana masna stopnja izgorelosti V m ¢ je določena s formulo: v m ¢ = (a×T p +b×I g) v m o ¢ kjer sta a, b empirična koeficienta; v m o ¢ - zmanjšana masna stopnja izgorevanja požarne obremenitve za določeno vrsto gorljivega materiala; T p - povprečna temperatura požara; I g - intenzivnost izmenjave plinov. Odvisnost območja požara od glavnih parametrov njegovega razvoja ima obliko: S p = k (v p ∙ τ) n kjer sta k in n koeficienta, ki sta odvisna od geometrijske oblike območja požara; v р – linearna hitrost širjenja požara; τ je čas njegovega prostega razvoja. k = π; n = 2 k = ; n = 2 k = 2a; n=1 k = ; n = 2 k = 2a; n=1 Linearna hitrost širjenja požara je odvisna od vrste gorljive obremenitve, povprečne temperature požara in intenzivnosti izmenjave plinov: v p = (a 1 T p + b 1 I g)v po kjer sta a 1 in b 1 empirična koeficienta, ki določata odvisnost linearna hitrostširjenje požara je odvisno od povprečne temperature in intenzivnosti izmenjave plinov, katerih številčna vrednost se eksperimentalno določi za vsako specifično vrsto goriva; v p o - linearna hitrost širjenja zgorevanja za dano vrsto goriva. Z razvojem požara se bosta temperatura požara in stopnja izmenjave plinov povečala, kar bo povečalo linearno hitrost širjenja izgorevanja in zmanjšano masno stopnjo izgorevanja. Toplotni pogoji med požarom Pojav in hitrost toplotnih procesov sta odvisna od intenzivnosti sproščanja toplote v območju zgorevanja, tj. od vročine ognja. Kvantitativne značilnosti spremembe sproščanja toplote med požarom glede na različni pogoji zgorevanje nadzira temperatura. Spodaj temperaturni pogoji požari razumejo spremembo temperature skozi čas. Določanje temperature požara z eksperimentalnimi in računskimi metodami je izjemno težko. Za inženirske izračune pri reševanju številnih praktičnih problemov se temperatura požara določi iz enačbe toplotne bilance. Toplotna bilanca požara se sestavi ne le za določitev temperature požara, ampak tudi za identifikacijo kvantitativne porazdelitve toplotne energije. IN splošni primer Toplotno bilanco požara za dano časovno točko lahko predstavimo na naslednji način: Q p = Q pg + Q k + Q l kjer je Q p toplota, sproščena v požaru, kJ; Q pg - toplota v produktih zgorevanja, kJ; Q k - toplota, prenesena iz območja zgorevanja s konvekcijo v zrak, ki opere območje, vendar ne sodeluje pri zgorevanju, kJ; Q l – toplota, prenesena iz območja zgorevanja s sevanjem. Za odprti ogenj je ugotovljeno, da je delež toplote, ki se prenese iz območja zgorevanja s sevanjem in konvekcijo, 40-50% Q p, preostali delež toplote (60-70% Q p) pa se porabi za ogrevanje zgorevanja izdelkov. Tako bo 60-70 % teoretične temperature zgorevanja danega gorljivega materiala dalo približno vrednost temperature plamena. Temperatura odprtega ognja je odvisna od kalorična vrednost gorljivih materialov, stopnje njihovega izgorevanja in vremenskih razmer. Povprečna najvišja temperatura odprt ogenj za vnetljive pline je 1200 - 1350 ° C, za tekočine - 1100 - 1300 ° C in za trdne gorljive materiale organskega izvora - 1100 - 1250 ° C. Pri notranjem požaru na temperaturo vpliva več dejavnikov: narava gorljivega materiala, velikost požarne obremenitve in njena lokacija, območje zgorevanja, dimenzije stavbe (tlorisna površina, višina prostora itd.) in intenzivnost izmenjave plinov (velikost in lokacija odprtin). Oglejmo si podrobneje vpliv teh dejavnikov. Požar lahko glede na temperaturne spremembe razdelimo na tri značilna obdobja: začetno, glavno in končno. Začetno obdobje- za katero je značilna relativno nizka povprečna prostorninska temperatura. Glavno obdobje- med njim zgori 70-80% celotne obremenitve gorljivih materialov. Konec tega obdobja nastopi, ko doseže povprečna prostorninska temperatura najvišjo vrednost ali se zmanjša na največ 80 % najvišje vrednosti. Končno obdobje- za katerega je značilno znižanje temperature zaradi izgorevanja požarne obremenitve. Slika 9.1. Sprememba temperature notranjega požara skozi čas: 1 - krivulja določenega požara; 2 - standardna krivulja Ker imata stopnja rasti in absolutna vrednost temperature požara v vsakem posameznem primeru svoje značilne vrednosti in značilnosti, je bil uveden koncept standardne temperaturne krivulje (slika 21.2), ki povzema najbolj lastnosti temperaturne spremembe pri notranjih požarih. Standardna temperatura je opisana z enačbo. Normalna hitrost širjenja plamena je hitrost, s katero se fronta plamena premika glede na nezgorel plin v smeri, ki je pravokotna na njegovo površino. Vrednost normalne hitrosti širjenja plamena je treba uporabiti pri izračunu stopnje povečanja tlaka eksplozije mešanic plina in pare in zraka v zaprti, netesni opremi in prostorih, kritičnega (gasilnega) premera pri razvoju in ustvarjanju odvodnikov požara, območje enostavno ponastavljivih struktur, varnostnih membran in drugih naprav za znižanje tlaka; pri razvoju ukrepov za zagotavljanje požarne in eksplozijske varnosti tehnološki procesi v skladu z zahtevami GOST 12.1.004 in GOST 12.1.010. Bistvo metode za določanje normalne hitrosti širjenja plamena je priprava gorljive zmesi znane sestave v reakcijski posodi, vžig zmesi v središču s točkovnim virom, beleženje sprememb tlaka v posodi skozi čas in obdelava eksperimentalno razmerje med tlakom in časom z uporabo matematičnega modela procesa zgorevanja plina v zaprti posodi in optimizacijskih postopkov. Matematični model omogoča pridobitev izračunanega razmerja med tlakom in časom, katerega optimizacija z uporabo podobnega eksperimentalnega razmerja povzroči spremembo normalne hitrosti med razvojem eksplozije za določen preskus. Normalna hitrost gorenja je hitrost širjenja fronte plamena glede na nezgorele reagente. Hitrost gorenja je odvisna od številnih fizikalnih in kemijskih lastnosti reagentov, zlasti od toplotne prevodnosti in hitrosti kemične reakcije, in ima zelo specifično vrednost za vsako gorivo (pri stalnih pogojih zgorevanja). V tabeli Tabela 1 prikazuje stopnje gorenja (in meje vnetljivosti) nekaterih plinskih mešanic. Koncentracije goriva v mešanicah so bile določene pri 25 °C in normalnem atmosferskem tlaku. Z navedenimi izjemami so meje vnetljivosti pridobljene s širjenjem plamena v cevi s premerom 0,05 m, zaprti na obeh straneh. Koeficienti presežka goriva so opredeljeni kot razmerje prostorninskih vsebnosti goriva v prava mešanica na stehiometrično mešanico (j1) in na mešanico pri največji hitrosti zgorevanja (j2). Tabela 1 Stopnje gorenja kondenziranih mešanic (anorganski oksidant + magnezij) List Dokument št. Podpis datum List 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
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

spremeniti

List

Dokument št.

Podpis

datum

List

TGiV 20.05.01.070000.000 PZ

Za nizkomolekularne ogljikovodike z ravno verigo smo zasledili vpliv strukture molekule goriva na hitrost zgorevanja. Hitrost zgorevanja narašča z naraščajočo stopnjo nenasičenosti v molekuli: alkani – alkeni – alkadieni – alkini. Z večanjem dolžine verige se ta učinek zmanjšuje, vendar je še vedno hitrost zgorevanja zračnih mešanic za n-heksen približno 25 % večja kot za n-heksan.

Linearna hitrost zgorevanja kisikovih mešanic je bistveno višja kot pri zračnih mešanicah (za vodik in ogljikov monoksid - 2-3 krat, za metan pa več kot red velikosti). Masna hitrost zgorevanja proučevanih kisikovih mešanic (razen mešanice CO + O2) se giblje v območju 3,7-11,6 kg/(m2 s).

V tabeli Tabela 1 prikazuje (po N. A. Silinu in D. I. Postovskem) hitrosti zgorevanja stisnjenih mešanic nitratov in perkloratov z magnezijem. Za pripravo mešanic so bile uporabljene praškaste komponente z velikostjo delcev nitratov 150-250 mikronov, perkloratov 200-250 mikronov in magnezija 75-105 mikronov. Zmes smo polnili v kartonske lupine premera 24-46 mm do koeficienta stiskanja 0,86. Vzorce smo žgali na zraku pri normalnem tlaku in začetni temperaturi.

Iz primerjave podatkov v tabeli. 1 in 1.25 izhaja, da so kondenzirane mešanice po masi boljše od mešanic plinov in manjše od njih po linearni hitrosti zgorevanja. Hitrost gorenja mešanic s perklorati je manjša od hitrosti gorenja mešanic z nitrati, mešanice z nitrati alkalijskih kovin pa gorijo hitreje kot mešanice z nitrati zemeljskoalkalijskih kovin.

tabela 2

Meje vnetljivosti in hitrosti gorenja zmesi z zrakom (I) in kisik (II) pri normalen pritisk in sobna temperatura

List

Dokument št.

Podpis

datum

List

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 Etan 0,0564 0,50 2,72 1,12 0,46 propan 0,0402 0,51 2,83 1,14 0,45 0,57 0,41 Butan 0,0312 0,54 3,30 1,13 0,44 0,54 n-pentan 0,0255 0,54 3,59 1,15 0,44 n-heksan 0,0216 0,51 4,00 1,17 0,45 n-heptan 0,0187 0,53 4,50 1,22 0,45 ciklopropan 0,0444 0,58* 2,76* 1,13 0,55 Cikloheksan 0,0227 0,48 4,01 1,17 0,45 Etilen 0,0652 0,41 <6,1 1,15 0,79 0,88 0,72-0,89 7,61 6,45 Propilen 0,0444 0,48 2,72 1,14 0,50 Buten-1 0,0337 0,53 3,53 1,16 0,50 Acetilen 0,0772 0,39* 1,33 1,63 1,86 1,65-1,73 11,6 Butin-1 0,0366 1,20 0,67 Benzen 0,0271 0,43 3,36 1,08 0,47 0,61 4,6 0,6 4,6 Toluen 0,0277 0,43 3,22 1,05 0,40 Hetralin C10H12 0,0158 1,01 0,38 Etilen oksid 0,0772 1,25 1,05 1,13 1,12 Propilen oksid 0,0497

spremeniti

Metode za izračun stopnje izgorelosti tekočin

spremeniti

List

Dokument št.

Podpis

datum

List

TGiV 20.05.01.070000.000 PZ

Če so znani parametri stanja preučevane tekočine, vključeni v formule (14) - (23), potem je glede na razpoložljive podatke stopnja izgorelosti ( m) v katerem koli načinu zgorevanja se lahko izračuna brez izvajanja eksperimentalnih študij z uporabo formul:

; (16)

Kje M- brezdimenzijska stopnja izgorelosti;

; (17)

M F- molekulska masa tekočine, kg mol -1;

d- karakteristična velikost zrcala goreče tekočine, določena kot kvadratni koren površine zgorevanja; če ima območje zgorevanja obliko kroga, potem je značilna velikost enaka njegovemu premeru. Pri izračunu hitrosti turbulentnega zgorevanja lahko vzamemo d= 10 m;

T k- vrelišče tekočine, K.

Postopek izračuna je naslednji.

Način zgorevanja je določen z vrednostjo Galilejevega kriterija Ga, izračunano po formuli

Kje g- pospešek prostega pada, m s -2.

Glede na način zgorevanja se izračuna brezdimenzijska stopnja izgorevanja M. Za laminarni način zgorevanja:

Za prehodni način zgorevanja:

če, potem , (20)

če , potem , (21)

Za turbulentni način zgorevanja:

; , (22)

M0- molekulska masa kisika, kg mol -1;

n 0- stehiometrični koeficient kisika v reakciji zgorevanja;

n F- stehiometrični koeficient tekočine v reakciji zgorevanja.

B- brezdimenzijski parameter, ki označuje intenzivnost prenosa mase, izračunan po formuli

, (23)

Kje Q- nižja zgorevalna toplota tekočine, kJ kg -1;

spremeniti

List

Dokument št.

Podpis

datum

List

TGiV 20.05.01.070000.000 PZ

- brezdimenzijska vrednost mase kisika, potrebnega za zgorevanje 1 kg tekočine;

c- izobarična toplotna kapaciteta produktov zgorevanja (predpostavimo, da je enaka toplotni kapaciteti zraka c = 1), kJ kg -1 K -1 ;

T0- temperatura okolja, predpostavljena na 293 K;

H- toplota uparjanja tekočine pri vrelišču, kJ kg -1;

c e- povprečna izobarna toplotna kapaciteta tekočine v območju od T0 prej T do.

Če sta znana kinematična viskoznost hlapov ali molekulska masa in vrelišče proučevane tekočine, se hitrost turbulentnega zgorevanja izračuna z uporabo eksperimentalnih podatkov po formuli

Kje m i- eksperimentalna vrednost stopnje izgorevanja v prehodnem načinu zgorevanja, kg m --2 s -1 ;

d i- premer gorilnika, v katerem je bila vrednost pridobljena m i, m Priporočljivo je, da uporabite gorilnik s premerom 30 mm. Če v gorilniku s premerom 30 mm opazimo laminarno zgorevanje, je treba uporabiti gorilnik z večjim premerom.

3. ŠIRJENJE PLAMENA V PLINSKIH MEŠANICAH

Hitrost širjenja plamena pri zgorevanju trdnih, tekočih in plinastih snovi je praktičnega pomena za preprečevanje požarov in eksplozij. Upoštevajmo hitrost širjenja plamena v mešanicah vnetljivih plinov in hlapov z zrakom. Če poznamo to hitrost, je mogoče določiti varne pretoke plina in zraka v cevovodu, jašku, prezračevalni enoti in drugih eksplozivnih sistemih.

3.1. HITROST ŠIRJENJA PLAMENA

Kot primer na sl. Slika 3.1 prikazuje diagram izpušnega prezračevanja v premogovniku. Iz nanosov rudnika 1 se preko cevovoda 2 odstrani prašna mešanica zraka in premogovega prahu, v nekaterih primerih pa tudi metan, ki se sprošča v premogovnih slojih. Če pride do požara, se bo fronta plamena 3 razširila proti nanosom 1. Če se hitrost gibanja gorljive mešanicew bo manjša od hitrosti širjenja fronte plamenain glede na stene cevi se bo plamen razširil v jašek in povzročil eksplozijo. Zato je za normalno delovanje prezračevalnega sistema potrebno upoštevati pogoje

w > u.

Hitrost odstranjevanja eksplozivne mešanice mora biti večja od hitrosti širjenja fronte plamena. S tem preprečimo vdor plamenov v rudniške rove.

riž. 3.1. Shema širjenja plamena v rudniku:

1 – gred; 2 – cevovod; 3 – fronta plamena

Teorija širjenja plamena, razvita v delih Ya.B. Zeldovich in D.A. Frank-Kamenetsky, temelji na enačbah toplotne prevodnosti, difuzije in kemijske kinetike. Vžig gorljive zmesi se vedno začne na eni točki in se razširi po celotni prostornini, ki jo zavzema gorljiva zmes. Oglejmo si enodimenzionalni primer - cev, napolnjeno z gorljivo mešanico (slika 3.2).

Če zmes vžgemo na enem koncu cevi, se bo vzdolž cevi razširila ozka fronta plamena, ki bo ločila produkte zgorevanja (za fronto plamena) od sveže gorljive mešanice. Sprednji del plamena ima obliko kape ali stožca, s konveksnim delom obrnjen v smeri gibanja plamena. Fronta plamena je tanka plinska plast (10 -4 ÷10 -6) m široka. V tej plasti, ki ji pravimo zgorevalna cona, potekajo kemične reakcije gorenja. Temperatura fronte plamena, odvisno od sestave mešanice, je T= (1500÷3000) K. Sproščena toplota zgorevanja se zaradi procesov toplotne prevodnosti in sevanja porabi za segrevanje produktov zgorevanja sveže gorljive mešanice in sten cevi.

riž. 3.2. Shema širjenja fronte plamena v cevi

Ko se fronta plamena premika v cevi, nastanejo v gorljivi mešanici kompresijski valovi, ki ustvarjajo vrtinčna gibanja. Vrtinci plinov upognejo fronto plamena, ne da bi spremenili njegovo debelino in naravo procesov, ki se v njem pojavljajo. Na enoti površine fronte plamena vedno zgori enaka količina snovi v časovni enoti . Vrednost je konstantna za vsako gorljivo zmes in se imenuje masna stopnja gorenja . Poznavanje območja čela plamenaS, lahko izračunate maso snovi M, zgorelo v celotni zgorevalni fronti na časovno enoto:

Vsak element plamenske fronte dSvedno premakne glede na svežo mešanico v smeri normale na fronto plamena v dani točki (slika 3.2), hitrost tega gibanja pa:

kjer je gostota sveže gorljive mešanice.

Magnituda se imenuje normalna hitrost širjenja plamena in ima razsežnost m/s. Je stalna vrednost procesa zgorevanja določene mešanice in ni odvisna od hidrodinamičnih pogojev, ki spremljajo proces zgorevanja. Normalna hitrost širjenja plamena je vedno manjša od opazovane hitrosti in, to je hitrost gibanja zgorevalne fronte glede na stene cevi:

u n< u .

Če je fronta plamena ravna in usmerjena pravokotno na os cevi, bosta v tem primeru opazovana in normalna hitrost širjenja plamena enaki

u n = u .

Območje konveksne fronte plamenaS vprašanjeNenehno več območja ravna sprednja stranS pl, Zato

> 1.

Normalna hitrost širjenja plamenau nza vsako gorljivo mešanico je odvisno od primesi inertnih plinov, temperature mešanice, vlažnosti in drugih dejavnikov. Zlasti predgretje gorljivega plina poveča hitrost širjenja plamena. Lahko se pokaže, da je hitrost širjenja plamenau nsorazmeren s kvadratom absolutne temperature zmesi:

u n .= const · T 2.

Na sl. Na sliki 3.3 je prikazana odvisnost hitrosti širjenja plamena v gorljivi zmesi "zrak - ogljikov monoksid" glede na koncentracijo CO. Kot je razvidno iz zgornjih grafov, se hitrost širjenja plamena povečuje z naraščajočo temperaturo zmesi. Za vsako temperaturno vrednost ima hitrost širjenja plamena največjo vrednost v območju koncentracije ogljikovega monoksida CO, ki je enaka ~ 40 %.

Na hitrost širjenja plamena vpliva toplotna kapaciteta inertnega plina. Večja kot je toplotna kapaciteta inertnega plina, bolj znižuje temperaturo zgorevanja in bolj zmanjšuje hitrost širjenja plamena. Torej, če zmes metana in zraka razredčimo z ogljikovim dioksidom, se lahko hitrost širjenja plamena zmanjša za 2-3 krat. Na hitrost širjenja plamena v mešanicah ogljikovega monoksida z zrakom vpliva velik vpliv vlaga v mešanici, prisotnost delcev saj in primesi inertnih plinov.

riž. 3.3. Odvisnost hitrosti širjenja plamena

na koncentracijo ogljikovega monoksida v mešanici

Širjenje cone kemičnih transformacij v odprtem gorljivem sistemu

Gorenje se začne z vžigom gorljive mešanice v lokalnem volumnu gorljivega sistema, nato pa se širi v smeri premikajoče se mešanice. Območje gorenja, v katerem potekajo opazovalcu vidne redoks kemične reakcije, se imenuje plamen. Površina, ki ločuje plamen od še negoreče mešanice, služi kot fronta plamena. Narava širjenja plamena je odvisna od številnih procesov, vendar je odločilni proces segrevanje gorljive mešanice. Glede na način segrevanja gorljive mešanice do temperature vžiga ločimo normalno, turbulentno in detonacijsko širjenje plamena.

Med zgorevanjem v gorljivem sistemu z laminarno gibajočo se mešanico opazimo normalno širjenje plamena. Z normalnim širjenjem plamena termalna energija iz goreče plasti v hladno se prenaša predvsem s toplotno prevodnostjo, pa tudi z molekularno difuzijo. Toplotna prevodnost v plinih je majhna, zato je hitrost normalnega širjenja plamena majhna.

Med turbulentnim gibanjem gorljive zmesi pride do prenosa toplotne energije iz goreče plasti v hladno plast predvsem z molsko difuzijo, pa tudi s toplotno prevodnostjo. Molarni prenos je sorazmeren z obsegom turbulence, ki je določen s hitrostjo zmesi. Hitrost turbulentnega širjenja plamena je odvisna od lastnosti zmesi in plinske dinamike toka.

Širjenje plamena v gorljivi zmesi od območja zgorevanja do hladnih plasti skozi molekularne in molarne procese imenujemo deflagracija.

Fizikalno-kemične procese zgorevanja spremlja povečanje temperature in tlaka v plamenu. V vnetljivih sistemih lahko pod določenimi pogoji nastanejo visokotlačna območja, ki lahko stisnejo sosednje plasti in jih segrejejo do točke vžiga. Širjenje plamena s hitrim stiskanjem hladne zmesi do temperature vžiga se imenuje detonacija in je vedno eksplozivne narave.

V vnetljivih sistemih lahko pride do zgorevanja z vibracijami, pri katerem se fronta plamena premika s hitrostjo, ki se spreminja po velikosti in smeri.

Hitrost širjenja zgorevalne fronte v laminarno gibajoči se ali mirujoči mešanici imenujemo normalna ali osnovna hitrost širjenja plamena. Številčna vrednost normalne hitrosti je določena s hitrostjo mešanice, ki se še ni vžgala, običajno usmerjena proti fronti zgorevanja.

Vrednost u n za ravno zgorevalno fronto je mogoče določiti iz pogoja dinamičnega ravnovesja med hitrostjo segrevanja zmesi s toplotno prevodnostjo do temperature vžiga in hitrostjo kemične reakcije. Kot rezultat dobimo naslednjo formulo

kjer je l koeficient toplotne prevodnosti mešanice plinov, c p je koeficient toplotne kapacitete mešanice pri konstantnem tlaku, T začetni je začetna temperatura mešanice, T a je adiabatna temperatura zgorevanja, Arr je Arrheniusov kriterij , k 0 je koeficient Arrheniusovega zakona.

Normalno hitrost lahko eksperimentalno določimo s hitrostjo gibanja fronte v cevi z mirujočo mešanico ali z višino zgorevalnega stožca v Bunsenovem gorilniku. Bunsenov gorilnik je laboratorijski gorilnik z delnim predmešanjem plina in zraka. Na izhodu iz gorilnika nastane plamen z zgorevalno fronto v obliki stožca pravilna oblika(riž.).

Slika 7. Zgorevalna fronta v Bunsenovem gorilniku

Ko je fronta zgorevanja v stabilnem položaju, je hitrost širjenja plamena u n uravnotežena s komponento W n, ki je pravokotna na površino zgorevalnega stožca hitrosti mešanice plina in zraka W, tj.

kjer je j kot med vektorjem hitrosti mešanice plina in zraka in vektorjem njene komponente, ki je normalna na površino zgorevalnega stožca.

Hitrost gibanja mešanice plina in zraka na izstopu iz šobe z zgorevalnim stožcem pravilne oblike je določena s formulo

kjer je d 0 premer šobe gorilnika, V je pretok mešanice plina in zraka skozi gorilnik.

Vrednost cos j lahko izrazimo z višino zgorevalnega stožca

Ob upoštevanju dejstva, da je zgorevalna površina stransko površino pravilen stožec

se določi normalna vrednost hitrosti

Na normalno hitrost širjenja plamena vpliva:

1. Začetna temperatura mešanice. Pri nizkih temperaturah je u n neposredno sorazmeren s kvadratom absolutne temperature zmesi, ki vstopa v zgorevanje. Pri temperaturah nad temperaturo vžiga koncept normalne hitrosti izgubi pomen, saj zmes postane sposobna samovžiga.

2. Temperatura sten kanala, pod pogojem, da se plamen širi znotraj tega kanala. Hladne stene prekinejo verižne reakcije in upočasnijo širjenje plamena.

3. Premer kanala. Za vsako gorljivo mešanico obstaja kritična vrednost premera dcr, od katere je širjenje plamena znotraj kanala nemogoče. Vrednost kritičnega premera je mogoče določiti s formulo

kjer je cm koeficient toplotne difuzivnosti zmesi.

4. Pritisk. Ko se tlak poveča, se u n zmanjša.

5. Sestava zmesi. Za mešanico s sestavo, ki je blizu stehiometrični, ima normalna hitrost največjo vrednost. Poleg tega obstajata spodnja in zgornja meja koncentracije goriva, preko katerih se plamen ne more razširiti.

Normalna hitrost širjenja plamena (un) je odvisna od termofizikalnih lastnosti mešanice plina in zraka. Toda ali je hitrost širjenja v še večji meri odvisna od njegovih fizikalno-kemijskih lastnosti? hitrost zgorevanja V in temperatura v reakcijskem območju zgorevanja, TG:

tiste. un je sorazmeren s hitrostjo oksidacijske reakcije (V) in je eksponentno odvisen od inverzne temperature območja zgorevanja (Tg). Odločilni parameter bo seveda hitrost reakcije. Zapišimo enačbo za hitrost kemijske reakcije gorenja:

kjer je k0 predeksponentni faktor iz Arrheniusove enačbe,

Cg, sok - koncentracije goriva in oksidanta,

m, n - reakcijski ukazi za gorivo oziroma oksidant,

Ea je aktivacijska energija kemijske reakcije.

Razmislimo, kako se bo spremenila hitrost oksidacijskih reakcij za mešanice z različnimi razmerji goriva in oksidanta (slika 2).

Iz grafa je razvidno, da je za mešanico stehiometrične sestave (koeficient presežka zraka? = 1) hitrost oksidacijske reakcije največja.

Ko se koncentracija goriva v mešanici poveča nad stehiometrično količino, kdaj? postane< 1 (кислород находится в недостатке), горючее сгорает не полностью. В этом случае меньше выделится теплоты реакции горения Qгор и произойдёт снижение Tг.

Hitrost oksidacijske reakcije se bo zmanjšala v primerjavi s stehiometrično sestavo zmesi, tako zaradi zmanjšanja koncentracije oksidanta O2 kot temperature območja zgorevanja. Se pravi z doslednim upadanjem? (kar je enakovredno povečanju koncentracije SG v mešanici) hitrost oksidacijske reakcije? in temperature zgorevalnega območja Tg se bodo dosledno zniževale. Na grafu pri SG > SGstech postane krivulja strmo navzdol. Zmanjšanje hitrosti oksidacijske reakcije pri? > 1 je razloženo z zmanjšanjem sproščanja toplote v območju zgorevanja zaradi nižje koncentracije goriva v njem.

Slika 2. Odvisnost hitrosti zgorevanja od koncentracije goriva v mešanici

To je popolnoma enako kot na sliki 2, odvisnost hitrosti reakcije zgorevanja od koncentracije gorljive komponente v začetni mešanici, ki vnaprej določa parabolično obliko odvisnosti njegovih drugih parametrov procesa zgorevanja od sestave mešanica: temperatura samovžiga in minimalna energija vžiga, koncentracijske meje širjenja plamena. Tudi odvisnost normalne hitrosti širjenja plamena un od koncentracije goriva v mešanici SG ima obliko parabole. Na sl. Slika 3 prikazuje takšne odvisnosti za primer zgorevanja mešanice zrak-propan pri različne pomene začetna temperatura.

Slika 3. Odvisnost hitrosti širjenja plamena od koncentracije propana v zraku pri začetni temperaturi 311 K (1); 644 K (2); 811 K (3)

V skladu z zgoraj opisanimi koncepti mora največja hitrost širjenja plamena (unmax) ustrezati stehiometrični koncentraciji goriva. Vendar pa so njegove eksperimentalno ugotovljene vrednosti nekoliko premaknjene proti bogatim z gorljivimi mešanicami. S povečanjem začetne temperature zmesi se mora povečati hitrost širjenja plamena, kar se opazi v praksi. Na primer, za zračno mešanico bencinskih in kerozinovih hlapov ima obliko, prikazano na sl. 4.

Slika 4. Odvisnost hitrosti širjenja plamena od začetne temperature zračne mešanice hlapov bencina in kerozina z zrakom

Za različne snovi un je odvisna od njihove kemične narave in se spreminja v precej širokih mejah (tabela 1). Za večino mešanic ogljikovodikovih goriv z zrakom< 1 м/с. При введении в горючую смесь избыточного воздуха или азота температура горения заметно снижается.

Tabela 1.

Normalna hitrost širjenja plamena za nekatere vnetljive mešanice

Vnos inertnih in nevtralnih plinov v vnetljivo zmes: dušik N2, argon Ar, ogljikov dioksid CO2 jo razredči in s tem zmanjša tako hitrost oksidacijske reakcije kot hitrost širjenja plamena. To je jasno razvidno iz odvisnosti, prikazanih na sl. 5.

Poleg tega se pri določeni (flegmatizirajoči) koncentraciji razredčil izgorevanje popolnoma ustavi. Najmočnejši učinek ima vnos freonov, saj imajo tudi zaviralni učinek na reakcijo zgorevanja.

Kot je razvidno iz sl. 5 je vnos freona (114B2) v gorljivo mešanico 4-10-krat učinkovitejši od nevtralnih plinov - razredčil.

Slika 5. Vpliv koncentracije razredčil in hladilnega sredstva 114B2 na hitrost širjenja plamena v mešanici propan-zrak (? = 1,15)

Flegmatizirajoča sposobnost plinov za redčenje je odvisna od njihovih termofizikalnih lastnosti, zlasti od njihove toplotne prevodnosti in toplotne kapacitete.

1.3 Difuzijsko zgorevanje plinov

V realnih razmerah, v primerih, ko se plini ali hlapi vnamejo po začetku njihovega zasilnega odtekanja, opazimo difuzijsko zgorevanje. Tipičen in dokaj pogost primer je difuzijsko zgorevanje plina med uničenjem glavnih cevovodov, ob zasilni bruhanju na morju ali na kopnem plinskega ali plinskokondenzatnega polja, v obratih za predelavo plina.

Razmislimo o značilnostih takega zgorevanja. Predpostavimo, da gori vodnjak zemeljskega plina, katerega glavna sestavina je metan. Gorenje poteka v difuzijskem načinu in je po naravi laminarno. Koncentracijske meje širjenja plamena (CPLP) za metan so 5 - 15 % vol. Upodobimo strukturo plamena in zgradimo grafične odvisnosti spremembe koncentracije metana in hitrosti zgorevalne reakcije od razdalje do aksialnega vodnjaka (slika 6).

Slika 6. Diagram difuzijskega laminarnega plamena plinske fontane (a), sprememba koncentracije goriva (b) in hitrost reakcije zgorevanja (c) vzdolž fronte plamena.

Koncentracija plina se zmanjša od 100 % na aksialnem vodnjaku do vrednosti zgornje koncentracijske meje vžiga in naprej do LFL na njegovem obrobju.

Zgorevanje plina bo potekalo le v koncentracijskem območju od VKPR do LKPR, tj. znotraj koncentracijskega območja njegovega vžiga. Hitrost reakcije zgorevanja?(T) bo enaka nič pri koncentracijah nad VKPR in pod LKPR ter največja pri. Tako razdalja med HNKPR in HVKPR določa širino fronte difuzijskega plamena:

fp = HNKPR - HVKPR. (3)

Širina sprednje strani za tak plamen je od 0,1 do 10 mm. Hitrost reakcije zgorevanja je v tem primeru določena s hitrostjo difuzije kisika in je njena vrednost približno 5–104-krat manjša od hitrosti zgorevanja v kinetični način. Toplotna jakost je enako tolikokrat manjša, tj. hitrost sproščanja toplote v gorilniku z difuzijskim gorenjem.

1.4 Značilnosti zgorevanja plinskih curkov. Pogoji stabilizacije plamena

Bolj priročno je upoštevati pogoje zgorevanja plinskih fontan na primeru plinskih curkov. V realnih razmerah so takšni curki turbulentni. Pri vžigu plinskega toka, ki teče iz vrtine, nastane tako imenovani difuzijski oblak, ki ima simetrično vretenasto obliko (slika 6). Kemijske reakcije zgorevanje poteka v tanki površinski plasti gorilnika, ki jo v prvem približku lahko štejemo za površino, kjer koncentraciji goriva in oksidanta postaneta nič, difuzijski tokovi goriva in oksidanta na to površino pa so v stehiometričnem razmerju. Fronta difuzijskega zgorevanja ima ničelno hitrost širjenja, zato ne more samostojno ostati na navzgor tekočem curku.

Stabilizacija plamena na curku se pojavi na samem dnu gorilnika, kjer se realizira drug mehanizem zgorevanja. Ko plin teče iz luknje, se na začetnem negorečem delu površine curka oblikuje turbulentna plast mešanja plina in okoliškega zraka. V tej plasti se koncentracija plina v radialni smeri postopoma zmanjšuje, koncentracija oksidanta pa narašča. V srednjem delu mešalne plasti se pojavi homogena zmes goriva in oksidanta s sestavo, ki je blizu stehiometrične. Pri vžigu takšne mešanice, pripravljene za zgorevanje, se lahko fronta plamena v mešalni plasti širi s končno hitrostjo, tudi proti toku, če hitrost zgorevanja presega lokalno hitrost toka. Ker pa hitrost curka narašča, ko se približuje iztoku, postane na določeni višini hitrost curka (uf) enaka hitrosti gorenja (?t) in plamen se na tej višini ustali na površini curka. Hitrosti turbulentnega zgorevanja (?t) ni mogoče natančno izračunati. Vendar pa ocene kažejo, da je vrednost (?t) približno enaka pulzirajočim hitrostim curka, katerih velikost je sorazmerna z aksialno hitrostjo (um). Iz eksperimentalnih podatkov izhaja, da največje vrednosti Koren povprečnih kvadratnih pulzacij vzdolžne komponente hitrosti je 0,2 um. Če vzamemo to vrednost kot hitrost turbulentnega zgorevanja, lahko predpostavimo, da bo največja hitrost širjenja plamena proti curku plina, ki bruha s hitrostjo 300-450 m/s, približno 50 m/s.

1.5 Ocena pretoka fontan z gorečim plinom

Pri gašenju požarov z močnimi plinskimi fontanami je treba oceniti pretok (D) goreče fontane, saj je poraba plina eden glavnih parametrov, ki določajo obseg dela ter materialno-tehnična sredstva, potrebna za odpravo nesreče. . Vendar pa se neposredno merjenje pretoka gorečega vodnjaka v večini primerov izkaže za nemogoče, učinkovitih daljinskih metod za določanje pretoka curka pa ni. Porabo močnih plinskih fontan lahko precej natančno določimo z višino bakle (H).

Znano je, da višina turbulentnega oblaka, ki nastane med zgorevanjem normalno ekspandiranih plinskih curkov s podzvočno hitrostjo izpušnih plinov, ni odvisna od hitrosti ali pretoka curka, ampak je določena samo s premerom luknje (d) iz katerega curek teče, termofizikalne lastnosti plina in njegovo temperaturo (T) na izstopu iz luknje.

Obstaja dobro znana empirična formula za izračun pretoka fontane glede na višino bakle pri gorenju zemeljskega plina:

D = 0,0025Hf 2, milijon m3/dan. (4)

V resničnih požarih se laminarni režimi zgorevanja praktično nikoli ne pojavijo. Plin, tako v rezervoarju plinskega polja kot v transportnih cevovodih in tehnoloških napravah, je pod pritiskom. Zato bo poraba plina med izrednim uhajanjem zelo visoka? do 100 m3/s na bruhajočih požarih plinske vrtine(do 10 milijonov m3/dan). Seveda bodo v teh pogojih načini odtoka in s tem načini zgorevanja turbulentni.

Za izračun sil in sredstev za gašenje goreče plinske bakle je potrebno poznati porabo plina. Začetni podatki za njegov izračun so skoraj vedno odsotni, saj bodisi tlak plina v tehnološka oprema, ali v rezervoarju. Zato v praksi uporabljajo eksperimentalno ugotovljeno odvisnost (4) višine plamena gorilnika od pretoka plina, izračunani podatki za uporabo katerih so podani v tabeli. 2.

Tabela 2.

Odvisnost višine plamena od pretoka plina v plinski fontani pri različnih načinih zgorevanja

 

---

Preberite:
Zakaj sanjate o nevihti na morskih valovih? Računovodstvo obračunov s proračunom Skutni kolački v ponvi - klasični recepti za puhaste sirove kolačke Skutni kolački iz 500 g skute Solata Črni biser s suhimi slivami Solata Črni biser s suhimi slivami Recepti lecho s paradižnikovo pasto