Изпит: Теория на горенето и експлозията. Теория на горенето на газови смеси

У дома

Движението на пламъка през газовата смеснаречено разпространение на пламък. В зависимост от скоростта на разпространение на пламъка горенето може да бъде дефлаграция със скорост от няколко m/s, експлозивна - със скорост от порядъка на десетки и стотици m/s, и детонация - хиляди m/s.
За дефлаграция или нормално разпространение на пламъкаХарактерно е пренасянето на топлина от слой на слой, а пламъкът, който възниква в нагрята и разредена с активни радикали и продукти на реакцията смес, се движи в посока на първоначалната горима смес. Това се обяснява с факта, че пламъкът като че ли се превръща в източник, който отделя непрекъснат поток от топлина и химически активни частици. В резултат на това фронтът на пламъка се придвижва към горимата смес.
дефлаграционно изгарянесе подразделят на ламинарни и турбулентни.
Ламинарното горене се характеризира с нормална скорост на разпространение на пламъка.
Нормалната скорост на разпространение на пламъка, съгласно GOST 12.1.044 SSBT, се нарича предна скорост на пламъкаспрямо неизгорял газ, в посока, перпендикулярна на повърхността му.
Стойността на нормалната скорост на разпространение на пламъка, като един от показателите за опасността от пожар и експлозия на веществата, характеризира опасността на индустриите, свързани с употребата на течности и газове, се използва при изчисляване на скоростта на нарастване на експлозията налягане на газови, паровъздушни смеси, критичен (гасящ) диаметър и при разработването на мерки, осигуряващи пожаро- и експлозивна безопасност на технологичните процеси в съответствие с изискванията на GOST 12.1.004 и GOST 12.1.010 SSBT.
Нормалната скорост на разпространение на пламъка - физикохимичната константа на сместа - зависи от състава на сместа, налягането и температурата и се определя от скоростта на химичната реакция и молекулярната топлопроводимост.
Температурата увеличава сравнително малко нормалната скорост на разпространение на пламъка, инертните примеси я намаляват, а увеличаването на налягането води до увеличаване или намаляване на скоростта.
В ламинарен газов потокскоростите на газа са ниски, а горимата смес се образува в резултат на молекулярна дифузия. Скоростта на горене в този случай зависи от скоростта на образуване на горимата смес. бурен пламъкОбразува се с увеличаване на скоростта на разпространение на пламъка, когато се нарушава ламинарността на движението му. При турбулентен пламък завихрянето на газови струи подобрява смесването на реагиращите газове, тъй като повърхността, през която се осъществява молекулярната дифузия, се увеличава.
В резултат на взаимодействието на горимо вещество с окислител се образуват продукти на горене, чийто състав зависи от изходните съединения и условията на реакцията на горене.
При пълното изгаряне на органични съединения се образуват CO 2, SO 2, H 2 O, N 2, а при изгаряне на неорганични съединения се образуват оксиди. В зависимост от температурата на топене, реакционните продукти могат да бъдат или под формата на стопилка (Al 2 O 3, TiO 2), или да се издигат във въздуха под формата на дим (P 2 O 5, Na 2 O, MgO) . Разтопените твърди частици създават яркостта на пламъка. По време на изгарянето на въглеводороди силната светимост на пламъка се осигурява от блясъка на частиците сажди, които се образуват в големи количества. Намаляването на съдържанието на сажди в резултат на неговото окисляване намалява осветеността на пламъка, а понижаването на температурата затруднява окисляването на сажди и води до образуването на сажди в пламъка.
За да се прекъсне реакцията на горене, е необходимо да се нарушат условията за нейното възникване и поддържане. Обикновено за гасене се използва нарушение на две основни условия на стационарно състояние - намаляване на температурата и режим на движение на газовете.
Спад на температуратаможе да се постигне чрез въвеждане на вещества, които абсорбират много топлина в резултат на изпаряване и дисоциация (напр. вода, прахове).
Режим на движение на газможе да се промени чрез намаляване и елиминиране на доставката на кислород.
Експлозия, съгласно GOST 12.1.010 " Устойчив на експлозия”, - бърза трансформация на материята (експлозивно изгаряне), придружена от освобождаване на енергия и образуване на сгъстени газове, способни да вършат работа.
Експлозията, като правило, води до интензивно повишаване на налягането. Образува се ударна вълна, която се разпространява в околната среда.
ударна вълнаима разрушителна способност, ако свръхналягането в него е по-високо от 15 kPa. Той се разпространява в газа пред фронта на пламъка със скорост на звука от 330 m/s. По време на експлозия първоначалната енергия се преобразува в енергията на нагрятите сгъстени газове, която се превръща в енергията на движение, компресия и нагряване на средата. Възможни са различни видове първоначална енергия на експлозия - електрическа, термична, еластична енергия на компресия, атомна, химическа.
Основните параметри, характеризиращи опасността от експлозия в съответствие с GOST 12.1.010, са налягането на фронта на ударната вълна, максималното налягане на експлозия, средната и максималната скорост на повишаване на налягането по време на експлозия, смачкване или високоексплозивни свойства на експлозивна среда.
Общо действие на експлозиясе проявява в унищожаване на оборудване или помещения, причинено от ударна вълна, както и в отделяне на вредни вещества (продукти на експлозия или съдържащи се в оборудването).
Максимално налягане на разрушаване(P max) - най-високото налягане, което възниква по време на дефлаграционна експлозия на смес от газ, пара или прах и въздух в затворен съд при първоначално налягане на сместа от 101,3 kPa.
Скорост на повишаване на налягането на експлозия(dР/dt) е производната на налягането на експлозия по време във възходящ участък на зависимостта на експлозивното налягане на смес газ, пара, прах и въздух в затворен съд от времето. В този случай се разграничават максималната и средната скорост на повишаване на налягането по време на експлозията. При установяване на максималната скорост, приращението на налягането се използва в праволинейния участък на зависимостта на експлозивното налягане от времето, а при определяне на средната скорост - участъка между максималното експлозивно налягане и първоначалното налягане в съда преди се използва експлозия.
И двете от тези характеристики са важни фактори за защита от експлозия. Използват се при определяне на категорията на помещения и сгради по взриво- и пожарна опасност, при изчисляване на предпазните устройства, при разработване на мерки за пожаро-взривна безопасност на технологичните процеси.
Детонацияпротича процес на химическа трансформация на системата окислител-редуцент, който представлява комбинация от ударна вълна, разпространяваща се с постоянна скорост и превишаваща скоростта на звука, и следваща предната част на зоната на химични трансформации на изходните вещества. химична енергия, освободен в детонационната вълна, захранва ударната вълна, предотвратявайки нейното разпадане. Скоростта на детонационната вълна е характеристика на всяка конкретна система.

1 Методът се състои в определяне на горните граници за максималната и средната скорост на нарастване на налягането при експлозия на смеси от газ и пара и въздух в сферичен реакционен съд с постоянен обем.

Горната граница за максимална скорост на повишаване на налягането в kPa s -1 се изчислява по формулата

където стр и- начално налягане, kPa;

С и. и- нормална скорост на разпространение на пламъка при първоначално налягане и температура, m·s -1 ;

а- радиус на сферичния реакционен съд, m;

Безразмерно максимално експлозивно налягане;

Р  - максимално абсолютно налягане на експлозия, kPa;

 и- индекс на адиабата за изследваната смес;

 е термокинетичен показател като функция на нормалната скорост на разпространение на пламъка като функция от налягането и температурата. Ако стойността  неизвестен, той се приема равен на 0,4.

Горната граница за средната скорост на повишаване на налягането в kPa s -1 се изчислява по формулата

, (98)

където е функция на параметрите  д ,  и ,  , чиито стойности се намират с помощта на номограмите, показани на фиг. 26 и 27.

Стойности  ди  исе намират чрез термодинамично изчисление или, в случай на невъзможност за изчисление, се приемат за равни съответно на 9,0 и 1,4.

Относителната средноквадратична грешка на изчислението по формули (97) и (98) не надвишава 20%.

2. Максималната скорост на нарастване на налягането на експлозия на смеси газ и пара-въздух за вещества, състоящи се от атоми C, H, O, N, S, F, Cl, се изчислява по формулата

, (99)

където V- обем на реакционния съд, m 3 .

Относителната средноквадратична грешка на изчислението по формула (99) не надвишава 30%.

Метод за експериментално определяне на условията на термично спонтанно горене на твърди вещества и материали

1. Хардуер.

Оборудването за определяне на условията на топлинно спонтанно горене включва следните елементи.

1.1. Термостат с капацитет на работната камера най-малко 40 dm 3 с термостат, който ви позволява да поддържате постоянна температура от 60 до 250 ° C с грешка не повече от 3 ° C.

1.2. Кошници от устойчив на корозия метал с кубична или цилиндрична форма с височина 35, 50, 70, 100, 140 и 200 мм (по 10 броя от всеки размер) с капаци. Диаметърът на цилиндричната кошница трябва да бъде равен на нейната височина. Дебелината на стената на коша е (1,0 ± 0,1) мм.

1.3. Термоелектрични преобразуватели (не по-малко от 3) с максимален диаметър на работния възел не повече от 0,8 mm.

2. Подготовка за теста.

2.1. Извършете тест за калибриране, за да определите корекцията ( T T) към показанията на термоелектричните преобразуватели 2 и 3 . За да направите това, кошница с незапалимо вещество (например калциниран пясък) се поставя в термостат, нагрят до определена температура. Термоелектричните преобразуватели (фиг. 2) са монтирани по такъв начин, че работният възел на единия термоелектричен преобразувател е в контакт с образеца и е разположен в центъра му, вторият е в контакт с външната страна на коша, третият единият е на разстояние (30 ± 1) mm от стената на коша. Работните връзки и на трите термоелектрически преобразувателя трябва да бъдат разположени на едно и също хоризонтално ниво, съответстващо на средната линия на термостата.

1 , 2 , 3 - работни възли на термоелектрични преобразуватели.

Кошница с негоримо вещество се държи в термостат до установяване на стационарен режим, в който показанията на всички термоелектрически

преобразувателите за 10 минути остават непроменени или се колебаят с постоянна амплитуда около средните температури T 1 , T 2 , T 3 . Изменение  T T се изчислява по формулата

, (100)

2.2. Пробите за изпитване трябва да характеризират средните свойства на изпитваното вещество (материал). При тестване на листов материал той се събира на купчина, съответстваща на вътрешните размери на коша. В проби от монолитни материали, дупка с диаметър (7,0 ± 0,5) mm е предварително пробита до центъра за термоелектричен преобразувател.

Изследването на горивните процеси на горими смеси от руски и чуждестранни учени позволи теоретично да се обосноват много от явленията, които съпътстват процеса на горене, включително скоростта на разпространение на пламъка. Изследването на скоростта на разпространение на пламъка в газови смеси дава възможност да се определят безопасните скорости на газово-въздушните потоци в тръбопроводи за вентилация, рекуперация, аспирация и в тръбопроводи на други инсталации, през които се транспортират смеси от газ и прах.

През 1889 г. руският учен В.А. Майкълсън разглежда два ограничаващи случая на разпространение на пламък по време на нормално или бавно горене и по време на детонация.

Теорията за нормалното разпространение на пламъка и детонацията е доразвита в трудовете на N.N. Семенова, К.И. Щелкина, D.A. Франк-Каменецки, Л.Н. Хитрина, А.С. Соколика, В.И. Скобелкин и други учени, както и чуждестранни учени Б. Луис, Г. Елбе и др. В резултат на това е създадена теория за запалване на експлозивни смеси. Въпреки това, опитите да се тълкуват явленията на разпространение на пламъка като дифузия на активни центрове или да се обяснят границите на разпространение на пламъка чрез условия за прекратяване на веригата не са достатъчно убедителни.

През 1942 г. съветският учен Я.Б. Зельдович формулира разпоредбите на теорията за горенето и детонацията на газовете. Теорията на горенето дава отговор на основните въпроси: ще бъде ли горима смес от даден състав, каква ще бъде скоростта на изгаряне на експлозивна смес, какви характеристики и форми на пламък трябва да се очакват. Теорията гласи, че експлозията на смес от газ или пара и въздух не е моментално явление. Когато източникът на запалване се въведе в горимата смес, реакцията на окисление на горивото с окислителя започва в областта на източника на запалване. Скоростта на окислителната реакция в някакъв елементарен обем на тази зона достига максимум - настъпва горене. Горенето на границата на елементарен обем със среда се нарича фронт на пламъка. Предната част на пламъка изглежда като сфера. Дебелината на фронта на пламъка, според Я.Б. Зельдович, е равна на 1 - 100 микрона. Въпреки че дебелината на зоната на горене е малка, тя е достатъчна, за да протече реакцията на горене. Температурата на фронта на пламъка поради топлината на реакцията на горене е 1000 - 3000 0 С и зависи от състава на горимата смес. В близост до фронта на пламъка температурата на сместа също се повишава, което се дължи на пренос на топлина чрез топлопроводимост, дифузия на нагрети молекули и радиация. На външната повърхност на предната част на пламъка тази температура е равна на температурата на самозапалване на горимата смес. Промяната в температурата на сместа по оста на тръбата в моменти от време е графично показана на фиг. 4.1. Газов слой QC 1, в който температурата на сместа се повишава, е фронтът на пламъка. С повишаване на температурата фронтът на пламъка се разширява (до QC 2) отстрани на крайните стени на тръбата НОи М, като измества неизгорялата смес с определена скорост към стената М, а изгорелият газ към стената НО. След запалване на горимата смес сферичната форма на пламъка много бързо се изкривява и все повече и повече се изтегля към все още незапалената смес. Удължаването на фронта на пламъка и бързото увеличаване на неговата повърхност се придружава от увеличаване на скоростта на движение

центъра на пламъка. Това ускорение продължава, докато пламъкът докосне стените на тръбите или във всеки случай не се доближи до стената на тръбата. В този момент размерът на пламъка рязко намалява и от пламъка остава само малка част от него, покриваща цялата секция на тръбата. Разширяването на фронта на пламъка и неговото интензивно ускорение веднага след запалване от искра, когато пламъкът все още не е достигнал стените на тръбата, се причиняват от увеличаване на обема на продуктите от горенето. По този начин, в началния етап на образуване на фронта на пламъка, независимо от степента на запалимост на газовата смес, настъпва ускорение и последващо забавяне на пламъка, като това забавяне ще бъде толкова по-голямо, колкото по-голяма е скоростта на пламъка.

Ориз. 4.1. Промяна на температурата пред и зад фронта на пламъка: 1 - зона

продукти на горенето; 2 - предна част на пламъка; 3 - зона на самозапалване;

4 - зона за предварително нагряване; 5 - първоначална смес

Процесът на развитие на следващите етапи на горене се влияе от дължината на тръбата. Удължаването на тръбата води до появата на вибрации и образуването на клетъчна структура на пламъка, ударните и детонационни вълни.

Помислете за ширината на зоната за нагряване пред фронта на пламъка. В тази зона не протича химическа реакция и не се отделя топлина. Ширина на отоплителната зона л(в cm) може да се определи от зависимостта:

където ае топлопроводимостта; vе скоростта на разпространение на пламъка.

За смес от метан и въздух ширината на зоната на нагряване е 0,0006 m, за смес от водород и въздух тя е много по-малка (3 μm). Следващото горене се случва в смес, чието състояние вече се е променило в резултат на топлопроводимост и дифузия на компоненти от съседни слоеве. Смесването на реакционни продукти няма специфичен каталитичен ефект върху скоростта на движение на пламъка.

Нека сега разгледаме скоростта на фронта на пламъка в газовата смес. Линейна скорост на движение v(в m/s) може да се определи по формулата

където е масовата скорост на изгаряне, g / (cm × m 2), p е плътността на първоначалната горима смес, kg / m 3.

Линейната скорост на фронта на пламъка не е постоянна, варира в зависимост от състава на сместа и примеса на инертни (незапалими) газове, температурата на сместа, диаметъра на тръбите и др. Максималната скорост на разпространението на пламъка се наблюдава не при стехиометрична концентрация на сместа, а в смес с излишък от гориво. Когато в горимата смес се въвеждат инертни газове, скоростта на разпространение на пламъка намалява. Това се обяснява с намаляване на температурата на горене на сместа, тъй като част от топлината се изразходва за нагряване на инертните примеси, които не участват в реакцията. Топлинният капацитет на инертния газ влияе върху скоростта на разпространение на пламъка. Колкото по-голям е топлинният капацитет на инертния газ, толкова повече намалява температурата на горене и толкова повече намалява скоростта на разпространение на пламъка. Така в смес от метан и въздух, разреден с въглероден диоксид, скоростта на разпространение на пламъка се оказва приблизително три пъти по-малка, отколкото в смес, разредена с аргон.

Когато сместа е предварително загрята, скоростта на разпространение на пламъка се увеличава. Установено е, че скоростта на разпространение на пламъка е пропорционална на квадрата на началната температура на сместа.

С увеличаване на диаметъра на тръбите скоростта на разпространение на пламъка се увеличава неравномерно.

С увеличаване на диаметъра на тръбите до 0,10 - 0,15 m скоростта се увеличава доста бързо; с по-нататъшно увеличаване на диаметъра на тръбите, той продължава да се увеличава, но в по-малка степен. Повишаването на температурата се случва, докато диаметърът достигне определен ограничаващ диаметър, над който не настъпва увеличение на скоростта. С намаляване на диаметъра на тръбата скоростта на разпространение на пламъка намалява и при определен малък диаметър пламъкът не се разпространява в тръбата. Това явление може да се обясни с увеличаване на топлинните загуби през стените на тръбите.

Следователно, за да се спре разпространението на пламък в горима смес, е необходимо по един или друг начин да се понижи температурата на сместа чрез охлаждане на съда (в нашия пример тръба) отвън или чрез разреждане на сместа със студен инертен газ.

Нормалната скорост на разпространение на пламъка е сравнително малка (не повече от десетки метра в секунда), но при определени условия пламъкът в тръбите се разпространява с огромна скорост (от 2 до 5 km / s), надвишавайки скоростта на звука в дадена среда. Това явление се нарича детонация. Отличителните черти на детонацията са, както следва:

1) постоянна скорост на горене, независимо от диаметъра на тръбата;

2) високо налягане на пламъка, причинено от детонационната вълна, което може да надвишава 50 MPa, в зависимост от химичната природа на горимата смес и първоначалното налягане; освен това, поради високата скорост на горене, развитото налягане не зависи от формата, капацитета и херметичността на съда (или тръбата).

Нека разгледаме прехода от бързо горене към детонация в дълга тръба с постоянно напречно сечение, когато сместа се запали в затворения край. Под натиска на фронта на пламъка в горимата смес възникват вълни на компресия - ударни вълни. При ударната вълна температурата на газа се повишава до стойности, при които сместа спонтанно се запалва далеч пред фронта на пламъка. Този начин на горене се нарича детонация. Тъй като фронтът на пламъка се движи, движението на слоевете, съседни на стената, се забавя и съответно движението на сместа в центъра на тръбата се ускорява; разпределение на скоростта

растежът на напречното сечение става неравномерен. Появяват се струи от газови смеси, чиято скорост е по-малка от средната скорост на газовата смес при нормално горене, а струите се движат по-бързо. При тези условия скоростта на движение на пламъка спрямо сместа се увеличава, количеството на изгаряне на газ за единица време се увеличава и движението на фронта на пламъка се определя от максималната скорост на газовата струя.

С ускоряването на пламъка амплитудата на ударната вълна също се увеличава и температурата на компресия достига температурата на самозапалване на сместа.

Увеличаването на общото количество изгаряне на газ за единица време се обяснява с факта, че в струя с променлива скорост в напречното сечение, фронтът на пламъка е огънат; в резултат на това повърхността му се увеличава и количеството на горящото вещество нараства пропорционално.

Един от начините за намаляване на скоростта на изгаряне на горимите смеси е действието на инертните газове върху пламъка, но поради ниската им ефективност в момента се използва химическо инхибиране на горенето чрез добавяне на халогенирани въглеводороди към сместа.

Горимите газови смеси имат две теоретични температури на горене - при постоянен обем и при постоянно налягане, като първата винаги е по-висока от втората.

Методът за изчисляване на калориметричната температура на горене при постоянно налягане е разгледан в Раздел 1. Нека разгледаме метода за изчисляване на теоретичната температура на горене на газови смеси при постоянен обем, който съответства на експлозия в затворен съд. Изчисляването на теоретичната температура на горене при постоянен обем се основава на същите условия, които са посочени в Разд. 1.7.

Когато газовите смеси се изгарят в затворен обем, продуктите на горенето не вършат работа; енергията на експлозията се изразходва само за нагряване на продуктите от експлозията. В този случай общата енергия се определя като сума от вътрешната енергия на взривната смес Q vn.en.cm и топлината на изгаряне на даденото вещество. Стойността на Q ext.cm е равна на сумата от произведенията на топлинните мощности на компонентите на експлозивната смес при постоянен обем и началната температура на сместа

Q vn.en.cm \u003d s 1 T + s 2 T + ... + s n T,

където c 1 , c 2 , c n са специфичните топлинни мощности на компонентите, съставляващи експлозивната смес, kJ/(kg × K); Т е началната температура на сместа, К.

Стойността на Q int.en.cm може да се намери в справочните таблици. Температурата на експлозия на газови смеси при постоянен обем се изчислява по същия метод като температурата на горене на смес при постоянно налягане.

Експлозивното налягане се намира от температурата на експлозия. Налягането по време на експлозия на газовъздушна смес в затворен обем зависи от температурата на експлозията и съотношението на броя на молекулите на продуктите на горенето към броя на молекулите във взривната смес. По време на експлозия на смес газ-въздух налягането обикновено не надвишава 1,0 MPa, ако първоначалното налягане на сместа е било нормално. Когато въздухът в експлозивната смес се заменя с кислород, налягането на експлозията се увеличава рязко, тъй като температурата на горене се повишава.

По време на експлозия дори на стехиометрична смес газ-въздух, значително количество топлина се изразходва за нагряване на азота в сместа, така че температурата на експлозия на такива смеси е много по-ниска от температурата на експлозия на смеси с кислород. По този начин налягането на експлозия на стехиометрична смес от метан, етилен, ацетон и метилов етер

ra с кислород е 1,5 - 1,9 MPa, а стехиометричните им смеси с въздух е 1,0 MPa.

Максималното налягане на експлозия се използва при изчисления на експлозивната устойчивост на оборудването, както и при изчисленията на предпазни клапани, експлозивни мембрани и корпуси на взривобезопасно електрическо оборудване.

Налягането на експлозия P vzr (в MPa) на смеси от газ и въздух се изчислява по формулата

където Р 0 е първоначалното налягане на експлозивната смес, МРа; T 0 и T vzr - началната температура на взривната смес и температурата на експлозията, K; е броят на молекулите на газовете от продуктите на горенето след експлозията; е броят на газовите молекули в сместа преди експлозията.

Пример 4.1 . Изчислете налягането при експлозия на смес от пари и въздух на етилов алкохол.

P 0 \u003d 0,1 MPa; T vzr = 2933 K; T 0 = 273 + 27 = 300 K; \u003d 2 + 3 + 11,28 \u003d 16,28 mol; \u003d 1 + 3 + 11,28 \u003d 15,28 mol.

Теорията гласи, че експлозията на смес от газ или пара и въздух не е моментално явление. Когато източникът на запалване се въведе в горимата смес, реакцията на окисление на горивото с окислителя започва в областта на източника на запалване. Скоростта на окислителната реакция в някакъв елементарен обем на тази зона достига максимум - настъпва горене. Горенето на границата на елементарен обем със среда се нарича фронт на пламъка. Предната част на пламъка изглежда като сфера. Дебелината на фронта на пламъка, според Я.Б. Зелдович , равна на 1-100 микрона. Въпреки че дебелината на зоната на горене е малка, тя е достатъчна, за да протече реакцията на горене. Температурата на фронта на пламъка поради топлината на реакцията на горене е 1000-3000°C и зависи от състава на горимата смес.

Когато фронтът на пламъка се движи, температурата на неизгорялата част от горимата смес се повишава, тъй като налягането на сместа се увеличава. В близост до предната част на пламъка температурата на сместа също се повишава поради не-
пренос на топлина чрез топлопроводимост, дифузия на нагрети молекули и радиация. На външната повърхност на предната част на пламъка тази температура е равна на температурата на самозапалване на горимата смес.

След запалване на горимата смес сферичната форма на пламъка много бързо се изкривява и все повече и повече се изтегля към все още незапалената смес. Разтягането на фронта на пламъка и бързото нарастване на повърхността му се придружава от увеличаване на скоростта на движение на централната част на пламъка. Това ускорение продължава, докато пламъкът докосне стените на тръбите или във всеки случай не се доближи до стената на тръбата. В този момент размерът на пламъка рязко намалява и от пламъка остава само малка част от него, покриваща цялата секция на тръбата. Издърпвайки предната част на пламъка,
и интензивното му ускорение веднага след запалване от искра, когато пламъкът все още не е достигнал стените на тръбата, се причиняват от увеличаване на обема на продуктите от горенето. По този начин, в началния етап на образуване на фронта на пламъка, независимо от степента на запалимост на газовата смес, настъпва ускорение и последващо забавяне на пламъка, като това забавяне ще бъде толкова по-голямо, колкото по-голяма е скоростта на пламъка.

Ширината на зоната на нагряване (в cm) може да се определи от зависимостта

1 = a / v

където а- коефициент на топлопроводимост; v- скорост на разпространение на пламъка.

Линейна скорост на движение v(в m/s) може да се определи по формулата

V = V t /

където V t- масова скорост на изгаряне, g / (s m 3); - плътност на първоначалната горима смес, kg/m 3 .

Линейната скорост на фронта на пламъка не е постоянна, варира в зависимост от съставите. Смеси и примеси от инертни (незапалими) газове, температура на сместа, диаметър на тръбата и др. Максималната скорост на разпространение на пламъка се наблюдава не при стехиометрична концентрация на сместа, а в смес с излишък от гориво. Когато в горимата смес се въвеждат инертни газове, скоростта на разпространение на пламъка намалява. Това се обяснява с намаляване на температурата на горене на сместа, тъй като част от топлината се изразходва за нагряване на инертните примеси, които не участват в реакцията.

С увеличаване на диаметъра на тръбите скоростта на разпространение на пламъка се увеличава неравномерно. С увеличаване на диаметъра на тръбите до 0,1-0,15 m скоростта се увеличава доста бързо. Температурата се повишава, докато диаметърът достигне определен ограничаващ диаметър,
над които няма увеличение на скоростта. С намаляване на диаметъра на тръбата скоростта на разпространение на пламъка намалява и при определен малък диаметър пламъкът не се разпространява в тръбата. Това явление може да се обясни с увеличаване на топлинните загуби през стените
тръби.

Нормалната скорост на разпространение на пламъка е сравнително малка (не повече от десетки метра в секунда), но при определени условия пламъкът в тръбите се разпространява с огромна скорост (от 2 до 5 km / s), надвишавайки скоростта на звука в дадена среда. Това явление е наречено детонация. Отличителните черти на детонацията са, както следва:

1) постоянна скорост на горене, независимо от диаметъра на тръбата;

Увеличаването на общото количество на изгаряне на газ за единица време се обяснява с факта, че в струя с променлива скорост в напречното сечение фронтът на пламъка се огъва, в резултат на което повърхността му се увеличава и количеството на горящото вещество се увеличава пропорционално.

Когато газовите смеси се изгарят в затворен обем, продуктите на горенето не вършат работа; енергията на експлозията се изразходва само за нагряване на продуктите от експлозията. В този случай общата енергия се определя като сума от вътрешната енергия на експлозивната смес Q ex.en.cm. и топлината на изгаряне на дадено вещество ΔQ g. Стойността на Q vn.en.sm. е равна на сумата от произведенията на топлинните мощности на компонентите на експлозивната смес при постоянен обем и началната температура
температура на сместа

Q ext.en.cm \u003d C 1 T + C 2 T + ... + C p T

където C 1, C 2, C p - специфични топлинни мощности на компонентите, които съставляват
експлозивна смес, kJ/(kg K); T -начална температура на сместа, К.

Температурата на експлозия на газови смеси при постоянен обем се изчислява по същия метод като температурата на горене на смес при постоянно налягане.

Експлозивното налягане се намира от температурата на експлозия. Налягането по време на експлозия на газовъздушна смес в затворен обем зависи от температурата на експлозията и съотношението на броя на молекулите на продуктите на горенето към броя на молекулите във взривната смес. По време на експлозия на смеси от газ и въздух налягането обикновено не надвишава 1,0 MPa, ако първоначалното налягане на сместа е било нормално. Когато въздухът в експлозивната смес се заменя с кислород, налягането на експлозията се увеличава рязко, тъй като температурата на горене се повишава.

Експлозивно налягане на стехиометрични смеси от метан, етилен, ацетон и
метиловият етер с кислород е 1,5 - 1,9 МРа, а стехиометричните им смеси с въздух е 1,0 МРа.

Р vzr =

където p 0- начално налягане на експлозивната смес, МРа; T 0и T vzr- началната температура на взривната смес и температурата на експлозията, К;

Броят на молекулите на газовете от продуктите на горенето след експлозията;
- броят на молекулите газове в сместа преди експлозията.

Секции