Ispit: Teorija sagorevanja i eksplozije. Teorija sagorevanja gasnih mešavina

Dom

Prečišćavanje i filtracija vode

Kretanje plamena kroz mešavinu gasova nazvano širenje plamena. U zavisnosti od brzine širenja plamena, sagorevanje može biti deflagraciono brzinom od nekoliko m/s, eksplozivno - brzinom reda desetina i stotina m/s, i detonacija - hiljadama m/s.
Za deflagraciju ili normalno širenje plamena karakterističan je prijenos topline sa sloja na sloj, a plamen koji se javlja u smjesi zagrijanoj i razrijeđenoj aktivnim radikalima i produktima reakcije kreće se u smjeru početne zapaljive smjese. To se objašnjava činjenicom da plamen, takoreći, postaje izvor koji oslobađa kontinuirani tok topline i kemijski aktivnih čestica. Kao rezultat, front plamena se kreće prema zapaljivoj smjesi.
deflagraciono sagorevanje dijele se na laminarne i turbulentne.
Laminarno sagorijevanje karakterizira normalna brzina širenja plamena.
Normalna brzina širenja plamena, prema GOST 12.1.044 SSBT, naziva se prednja brzina plamena u odnosu na neizgoreli gas, u pravcu okomitom na njegovu površinu.
Vrijednost normalne brzine širenja plamena, kao jedan od pokazatelja opasnosti od požara i eksplozije tvari, karakterizira opasnost industrije povezanih s upotrebom tekućina i plinova, koristi se za izračunavanje brzine povećanja eksploziva. pritisak gasa, para-vazduh smeša, kritičnog (gašenja) prečnika i pri izradi mera, obezbeđujući požarnu i eksplozivnu sigurnost tehnoloških procesa u skladu sa zahtevima GOST 12.1.004 i GOST 12.1.010 SSBT.
Normalna brzina širenja plamena - fizičko-hemijska konstanta smeše - zavisi od sastava smeše, pritiska i temperature i određena je brzinom hemijske reakcije i molekularnom toplotnom provodljivošću.
Temperatura relativno malo povećava normalnu brzinu širenja plamena, inertne nečistoće je smanjuju, a povećanje pritiska dovodi do povećanja ili smanjenja brzine.
U laminarnom toku gasa brzine plina su male, a zapaljiva smjesa nastaje kao rezultat molekularne difuzije. Brzina gorenja u ovom slučaju ovisi o brzini stvaranja zapaljive smjese. turbulentni plamen Nastaje s povećanjem brzine širenja plamena, kada je poremećena laminarnost njegovog kretanja. U turbulentnom plamenu, vrtlog gasnih mlazova poboljšava mešanje reagujućih gasova, jer se površina kroz koju se dešava molekularna difuzija povećava.
Kao rezultat interakcije zapaljive tvari s oksidacijskim sredstvom, nastaju proizvodi izgaranja, čiji sastav ovisi o početnim spojevima i uvjetima reakcije izgaranja.
Potpunim sagorevanjem organskih jedinjenja nastaju CO 2, SO 2, H 2 O, N 2, a sagorevanjem neorganskih jedinjenja nastaju oksidi. Ovisno o temperaturi topljenja, produkti reakcije mogu biti ili u obliku taline (Al 2 O 3, TiO 2), ili se dizati u zrak u obliku dima (P 2 O 5, Na 2 O, MgO) . Rastopljene čvrste čestice stvaraju sjaj plamena. Prilikom sagorevanja ugljovodonika, jaku svetlost plamena obezbeđuje sjaj čestica čađe koje se formiraju u velikim količinama. Smanjenje sadržaja čađe kao rezultat njene oksidacije smanjuje svjetlinu plamena, a smanjenje temperature otežava oksidaciju čađe i dovodi do stvaranja čađi u plamenu.
Da bi se prekinula reakcija sagorevanja, potrebno je narušiti uslove za njen nastanak i održavanje. Obično se za gašenje koristi kršenje dva osnovna uvjeta stabilnog stanja - smanjenje temperature i način kretanja plinova.
Pad temperature može se postići uvođenjem supstanci koje upijaju mnogo topline kao rezultat isparavanja i disocijacije (npr. voda, prah).
Način kretanja plina može se promijeniti smanjenjem i eliminacijom dovoda kisika.
Eksplozija, prema GOST 12.1.010 " Dokaz eksplozije”, - brza transformacija tvari (eksplozivno sagorijevanje), praćena oslobađanjem energije i stvaranjem komprimiranih plinova sposobnih za rad.
Eksplozija, po pravilu, dovodi do intenzivnog povećanja pritiska. Udarni talas se formira i širi u okolini.
udarni talas ima destruktivnu sposobnost ako je višak tlaka u njemu veći od 15 kPa. Širi se u gasu ispred fronta plamena brzinom zvuka od 330 m/s. Prilikom eksplozije početna energija se pretvara u energiju zagrijanih komprimiranih plinova, koja se pretvara u energiju kretanja, kompresije i zagrijavanja medija. Moguće su različite vrste početne energije eksplozije - električna, termička, energija elastične kompresije, atomska, hemijska.
Glavni parametri koji karakterišu opasnost od eksplozije u skladu sa GOST 12.1.010 su pritisak na frontu udarnog talasa, maksimalni pritisak eksplozije, prosečna i maksimalna brzina povećanja pritiska tokom eksplozije, drobljenja ili visokoeksplozivna svojstva eksplozivno okruženje.
Opšti efekat eksplozije manifestuje se uništavanjem opreme ili prostorija izazvanim udarnim talasom, kao i oslobađanjem štetnih materija (proizvoda eksplozije ili sadržanih u opremi).
Max Burst Pressure(P max) - najviši pritisak koji nastaje tokom eksplozije gasa, pare ili prašine i vazduha u zatvorenoj posudi pri početnom pritisku mešavine od 101,3 kPa.
Brzina porasta pritiska eksplozije(dR/dt) je derivacija tlaka eksplozije u odnosu na vrijeme u uzlaznom dijelu ovisnosti tlaka eksplozije mješavine plina, pare, prašine i zraka u zatvorenoj posudi od vremena. U ovom slučaju razlikuju se maksimalna i prosječna stopa porasta pritiska tokom eksplozije. Prilikom utvrđivanja maksimalne brzine koristi se prirast pritiska u pravolinijskom presjeku ovisnosti tlaka eksplozije od vremena, a pri određivanju prosječne brzine na presjeku između maksimalnog tlaka eksplozije i početnog tlaka u posudi prije koristi se eksplozija.
Obje ove karakteristike su važni faktori za zaštitu od eksplozije. Koriste se pri utvrđivanju kategorije prostorija i zgrada u pogledu opasnosti od eksplozije i požara, u proračunu sigurnosnih uređaja, u izradi mjera zaštite od požara i eksplozije tehnoloških procesa.
Detonacija dolazi do procesa hemijske transformacije oksidaciono-redukcionog sistema, koji predstavlja kombinaciju udarnog talasa koji se širi konstantnom brzinom i prelazi brzinu zvuka, a prati front zone hemijskih transformacija početnih supstanci. hemijska energija, koji se oslobađa u detonacionom talasu, hrani udarni talas, sprečavajući njegovo raspadanje. Brzina detonacionog talasa je karakteristika svakog konkretnog sistema.

1 Metoda se sastoji u određivanju gornje granice za maksimalnu i prosječnu brzinu povećanja tlaka eksplozije mješavine plina i para-vazduha u sfernoj reakcionoj posudi konstantne zapremine.

Gornja granica za maksimalnu brzinu porasta pritiska u kPa s -1 izračunava se po formuli

gdje str i- početni pritisak, kPa;

S i. i- normalna brzina širenja plamena pri početnom pritisku i temperaturi, m·s -1;

a- radijus sferne reakcijske posude, m;

Bezdimenzionalni maksimalni pritisak eksplozije;

R  - maksimalni apsolutni pritisak eksplozije, kPa;

 i- indeks adijabate za ispitivanu smjesu;

 je termokinetički eksponent kao funkcija normalne brzine širenja plamena kao funkcija pritiska i temperature. Ako vrijednost  nepoznato, uzima se jednakim 0,4.

Gornja granica za prosječnu brzinu porasta tlaka u kPa s -1 izračunava se po formuli

, (98)

gdje je funkcija parametara  e ,  i ,  , čije se vrijednosti nalaze pomoću nomograma prikazanih na Sl. 26 i 27.

Vrijednosti  e i  i nalaze se termodinamičkim proračunom ili, u slučaju nemogućnosti proračuna, uzimaju se jednakima 9,0 i 1,4, respektivno.

Relativna srednja kvadratna greška izračunavanja po formulama (97) i (98) ne prelazi 20%.

2. Maksimalna brzina porasta tlaka eksplozije mješavine plina i para-vazduh za supstance koje se sastoje od atoma C, H, O, N, S, F, Cl izračunava se po formuli

, (99)

gdje V- zapremina reakcione posude, m 3 .

Relativna srednja kvadratna greška izračunavanja po formuli (99) ne prelazi 30%.

Metoda za eksperimentalno određivanje uslova termičkog spontanog sagorevanja čvrstih materija i materijala

1. Hardver.

Oprema za određivanje uslova termičkog spontanog sagorevanja uključuje sledeće elemente.

1.1. Termostat s kapacitetom radne komore od najmanje 40 dm 3 s termostatom koji vam omogućava održavanje konstantne temperature od 60 do 250 ° C s greškom ne većom od 3 ° C.

1.2. Korpe od metala otpornog na koroziju kubičnog ili cilindričnog oblika visine 35, 50, 70, 100, 140 i 200 mm (10 komada svake veličine) sa poklopcima. Prečnik cilindrične korpe treba da bude jednak njenoj visini. Debljina stijenke korpe je (1,0 ± 0,1) mm.

1.3. Termoelektrični pretvarači (ne manje od 3) sa maksimalnim prečnikom radnog spoja ne većim od 0,8 mm.

2. Priprema za test.

2.1. Izvršite test kalibracije da odredite ispravku ( t T) na očitavanja termoelektričnih pretvarača 2 i 3 . Da biste to učinili, korpa s nezapaljivom tvari (na primjer, kalcinirani pijesak) stavlja se u termostat zagrijan na određenu temperaturu. Termoelektrični pretvarači (slika 2) su postavljeni tako da je radni spoj jednog termoelektričnog pretvarača u kontaktu sa uzorkom i nalazi se u njegovom centru, drugog je u kontaktu sa spoljnom stranom korpe, trećeg jedan je na udaljenosti od (30 ± 1) mm od zida korpe. Radni spojevi sva tri termoelektrična pretvarača moraju biti smješteni na istom horizontalnom nivou, što odgovara srednjoj liniji termostata.

1 , 2 , 3 - radni spojevi termoelektričnih pretvarača.

Korpa sa nezapaljivom materijom se drži u termostatu sve dok se ne uspostavi stacionarni režim, u kojem se očitavaju sve termoelektrične

sonde 10 minuta ostaju nepromijenjene ili fluktuiraju sa konstantnom amplitudom oko prosječnih temperatura t 1 , t 2 , t 3 . Izmjena  t T se izračunava po formuli

, (100)

2.2. Uzorci za ispitivanje treba da karakterišu prosečna svojstva ispitivane supstance (materijala). Prilikom testiranja pločastog materijala on se skuplja u hrpu koja odgovara unutrašnjim dimenzijama korpe. U uzorcima monolitnih materijala, rupa promjera (7,0 ± 0,5) mm je prethodno izbušena do centra za termoelektrični pretvarač.

Proučavanje procesa sagorijevanja zapaljivih smjesa od strane ruskih i stranih naučnika omogućilo je teorijski potkrijepiti mnoge pojave koje prate proces sagorijevanja, uključujući brzinu širenja plamena. Proučavanje brzine širenja plamena u gasnim mešavinama omogućava određivanje bezbednih brzina strujanja gasa i vazduha u cevovodima ventilacije, rekuperacije, aspiracije i u cevovodima drugih instalacija kroz koje se transportuju mešavine gasa i prašine i vazduha.

Godine 1889. ruski naučnik V.A. Majklson je razmatrao dva ograničavajuća slučaja širenja plamena tokom normalnog ili sporog sagorevanja i tokom detonacije.

Teorija normalnog širenja plamena i detonacije dalje je razvijena u radovima N.N. Semenova, K.I. Shchelkina, D.A. Frank-Kamenetsky, L.N. Khitrina, A.S. Sokolika, V.I. Skobelkin i drugi naučnici, kao i strani naučnici B. Lewis, G. Elbe i dr. Kao rezultat toga stvorena je teorija paljenja eksplozivnih smeša. Međutim, pokušaji tumačenja fenomena širenja plamena kao difuzije aktivnih centara ili objašnjenja granica širenja plamena uslovima prekida lanca nisu dovoljno uvjerljivi.

Godine 1942. sovjetski naučnik Ya.B. Zel'dovich je formulisao odredbe teorije sagorevanja i detonacije gasova. Teorija sagorevanja daje odgovor na glavna pitanja: da li će mešavina datog sastava biti zapaljiva, kolika će biti brzina gorenja eksplozivne smeše, koje karakteristike i oblike plamena treba očekivati. Teorija kaže da eksplozija mješavine plina ili pare i zraka nije trenutna pojava. Kada se izvor paljenja unese u zapaljivu smjesu, u području izvora paljenja počinje reakcija oksidacije goriva sa oksidantom. Brzina reakcije oksidacije u nekom elementarnom volumenu ove zone dostiže maksimum - dolazi do sagorijevanja. Sagorevanje na granici elementarne zapremine sa medijumom naziva se front plamena. Prednja strana plamena izgleda kao sfera. Debljina fronta plamena, prema Ya.B. Zel'dovich, jednaka je 1 - 100 mikrona. Iako je debljina zone sagorevanja mala, dovoljna je da se reakcija sagorevanja odvija. Temperatura fronta plamena usled toplote reakcije sagorevanja je 1000 - 3000 0 C i zavisi od sastava zapaljive smeše. Blizu fronta plamena, temperatura smjese se također povećava, što je posljedica prijenosa topline toplinskim vođenjem, difuzije zagrijanih molekula i zračenja. Na vanjskoj površini fronta plamena ova temperatura je jednaka temperaturi samozapaljenja zapaljive smjese. Promjena temperature smjese duž ose cijevi u trenutku je grafički prikazana na sl. 4.1. Gasni sloj QC 1, u kojem temperatura smjese raste, je front plamena. Kako temperatura raste, front plamena se širi (do QC 2) sa strane krajnjih zidova cijevi ALI i M, istiskujući nesagorenu smjesu određenom brzinom prema zidu M, a izgorjeli plin prema zidu ALI. Nakon paljenja zapaljive smjese, sferni oblik plamena se vrlo brzo izobličuje i sve više se povlači prema još nezapaljenoj smjesi. Proširenje fronta plamena i brzo povećanje njegove površine praćeno je povećanjem brzine kretanja

centar plamena. Ovo ubrzanje traje sve dok plamen ne dodirne zidove cijevi ili, u svakom slučaju, ne dođe blizu stijenke cijevi. U ovom trenutku veličina plamena se naglo smanjuje, a od plamena ostaje samo mali dio koji pokriva cijeli dio cijevi. Proširenje fronta plamena i njegovo intenzivno ubrzanje neposredno nakon paljenja varnicom, kada plamen još nije stigao do zidova cijevi, uzrokovani su povećanjem volumena produkata izgaranja. Dakle, u početnoj fazi formiranja fronta plamena, bez obzira na stupanj zapaljivosti plinske mješavine, dolazi do ubrzanja i kasnijeg usporavanja plamena, a to usporavanje će biti veće što je veća brzina plamena.

Rice. 4.1. Promjena temperature ispred i iza fronta plamena: 1 - zona

proizvodi izgaranja; 2 - prednji dio plamena; 3 - zona samozapaljenja;

4 - zona predgrijavanja; 5 - početna smjesa

Na proces razvoja narednih faza sagorevanja utiče dužina cevi. Izduženje cijevi dovodi do pojave vibracija i stvaranja ćelijske strukture plamena, udarnih i detonacijskih valova.

Uzmite u obzir širinu zone grijanja ispred fronta plamena. U ovoj zoni ne dolazi do hemijske reakcije niti se oslobađa toplota. Širina zone grijanja l(u cm) može se odrediti iz zavisnosti:

gdje a je termička difuzivnost; v je brzina širenja plamena.

Za mješavinu metana i zraka širina zone grijanja je 0,0006 m, za mješavinu vodonik-vazduh je mnogo manja (3 μm). Do naknadnog sagorijevanja dolazi u smjesi čije se stanje već promijenilo kao rezultat toplinske provodljivosti i difuzije komponenti iz susjednih slojeva. Smjesa produkta reakcije nema nikakav specifičan katalitički učinak na brzinu kretanja plamena.

Razmotrimo sada brzinu fronta plamena u gasnoj mešavini. Linearna brzina kretanja v(u m/s) može se odrediti formulom

gdje je masena brzina gorenja, g / (cm × m 2), p je gustina početne zapaljive smjese, kg / m 3.

Linearna brzina fronta plamena nije konstantna, varira u zavisnosti od sastava smeše i primesa inertnih (negorivih) gasova, temperature smeše, prečnika cevi itd. širenje plamena se ne opaža pri stehiometrijskoj koncentraciji smjese, već u mješavini s viškom goriva. Kada se inertni plinovi uvedu u zapaljivu smjesu, brzina širenja plamena se smanjuje. To se objašnjava smanjenjem temperature sagorijevanja smjese, jer se dio topline troši na zagrijavanje inertnih nečistoća koje ne sudjeluju u reakciji. Toplotni kapacitet inertnog gasa utiče na brzinu širenja plamena. Što je veći toplinski kapacitet inertnog plina, to više smanjuje temperaturu izgaranja i više smanjuje brzinu širenja plamena. Dakle, u mješavini metana i zraka razrijeđenog ugljičnim dioksidom, brzina širenja plamena ispada otprilike tri puta manja nego u smjesi razrijeđenoj argonom.

Kada se smjesa prethodno zagrije, brzina širenja plamena se povećava. Utvrđeno je da je brzina širenja plamena proporcionalna kvadratu početne temperature smjese.

S povećanjem promjera cijevi, brzina širenja plamena raste neravnomjerno.

S povećanjem promjera cijevi na 0,10 - 0,15 m, brzina se povećava prilično brzo; s daljnjim povećanjem promjera cijevi, nastavlja se povećavati, ali u manjoj mjeri. Povećanje temperature se događa sve dok promjer ne dostigne određeni granični promjer, iznad kojeg ne dolazi do povećanja brzine. Sa smanjenjem promjera cijevi, brzina širenja plamena se smanjuje, a pri određenom malom promjeru plamen se ne širi u cijevi. Ovaj fenomen se može objasniti povećanjem gubitaka topline kroz zidove cijevi.

Stoga, da bi se zaustavilo širenje plamena u zapaljivoj mješavini, potrebno je na ovaj ili onaj način sniziti temperaturu smjese hlađenjem posude (u našem primjeru cijevi) izvana ili razrjeđivanjem smjese. sa hladnim inertnim gasom.

Normalna brzina širenja plamena je relativno mala (ne više od desetina metara u sekundi), ali pod određenim uslovima, plamen u cijevima širi se ogromnom brzinom (od 2 do 5 km/s), premašujući brzinu zvuka u dato okruženje. Ova pojava se naziva detonacija. Prepoznatljive karakteristike detonacije su sljedeće:

1) konstantna brzina sagorevanja bez obzira na prečnik cevi;

2) visok pritisak plamena izazvan detonacionim talasom, koji može da pređe 50 MPa, u zavisnosti od hemijske prirode zapaljive smeše i početnog pritiska; osim toga, zbog velike brzine gorenja, razvijeni tlak ne ovisi o obliku, kapacitetu i nepropusnosti posude (ili cijevi).

Razmotrimo prijelaz sa brzog sagorijevanja na detonaciju u dugoj cijevi konstantnog poprečnog presjeka kada se smjesa zapali na zatvorenom kraju. Pod pritiskom fronta plamena u zapaljivoj smjesi nastaju valovi kompresije - udarni valovi. U udarnom talasu temperatura gasa raste do vrednosti pri kojima se smeša spontano zapali daleko ispred fronta plamena. Ovaj način izgaranja naziva se detonacija. Kako se front plamena pomiče, kretanje slojeva uz zid se usporava i, shodno tome, ubrzava se kretanje smjese u središtu cijevi; distribucija brzine

rast poprečnog presjeka postaje neujednačen. Pojavljuju se mlazovi gasnih mešavina čija je brzina manja od prosečne brzine gasne mešavine pri normalnom sagorevanju, a mlazovi se kreću brže. U tim uslovima se povećava brzina kretanja plamena u odnosu na smešu, povećava se količina sagorevanja gasa u jedinici vremena, a kretanje fronta plamena je određeno maksimalnom brzinom gasnog mlaza.

Kako se plamen ubrzava, povećava se i amplituda udarnog vala, a temperatura kompresije dostiže temperaturu samozapaljenja smjese.

Povećanje ukupne količine sagorevanja gasa u jedinici vremena objašnjava se činjenicom da je u mlazu sa promenljivom brzinom u poprečnom preseku front plamena savijen; kao rezultat toga, njegova površina se povećava i količina goruće tvari se proporcionalno povećava.

Jedan od načina za smanjenje brzine sagorijevanja zapaljivih mješavina je djelovanje inertnih plinova na plamen, ali se zbog njihove niske efikasnosti trenutno koristi hemijska inhibicija sagorijevanja dodavanjem halogeniranih ugljovodonika u smjesu.

Smjese zapaljivih plinova imaju dvije teorijske temperature sagorijevanja - pri konstantnoj zapremini i pri konstantnom pritisku, pri čemu je prva uvijek viša od druge.

Metoda za izračunavanje kalorimetrijske temperature sagorevanja pri konstantnom pritisku razmatra se u odeljku 1. Razmotrimo metodu za izračunavanje teorijske temperature sagorevanja gasnih mešavina pri konstantnoj zapremini, što odgovara eksploziji u zatvorenoj posudi. Proračun teorijske temperature sagorevanja pri konstantnoj zapremini zasniva se na istim uslovima koji su navedeni u odeljku. 1.7.

Kada se gasne mešavine sagorevaju u zatvorenoj zapremini, proizvodi sagorevanja ne rade; energija eksplozije se troši samo na zagrijavanje produkata eksplozije. U ovom slučaju, ukupna energija se definira kao zbir unutrašnje energije eksplozivne smjese Q vn.en.cm i topline sagorijevanja date supstance. Vrijednost Q ext.cm jednaka je zbiru proizvoda toplotnih kapaciteta komponenti eksplozivne smjese pri konstantnoj zapremini i početne temperature smjese

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

gdje su c 1 , c 2 , c n specifični toplotni kapaciteti komponenti koje čine eksplozivnu smjesu, kJ/(kg × K); T je početna temperatura smjese, K.

Vrijednost Q int.en.cm može se naći u referentnim tabelama. Temperatura eksplozije gasnih mešavina pri konstantnoj zapremini izračunava se istom metodom kao i temperatura sagorevanja smeše pri konstantnom pritisku.

Eksplozijski pritisak se nalazi iz temperature eksplozije. Pritisak prilikom eksplozije gasno-vazdušne mešavine u zatvorenoj zapremini zavisi od temperature eksplozije i odnosa broja molekula produkata sagorevanja i broja molekula u eksplozivnoj smeši. Prilikom eksplozije mješavine plina i zraka tlak obično ne prelazi 1,0 MPa, ako je početni tlak mješavine bio normalan. Kada se zrak u eksplozivnoj smjesi zamijeni kisikom, tlak eksplozije naglo raste, jer se povećava temperatura izgaranja.

Prilikom eksplozije čak i stehiometrijske mješavine plina i zraka, značajna količina topline se troši na zagrijavanje dušika u mješavini, pa je temperatura eksplozije takvih mješavina mnogo niža od temperature eksplozije mješavine s kisikom. Dakle, tlak eksplozije stehiometrijske mješavine metana, etilena, acetona i metil etera

ra sa kiseonikom je 1,5 - 1,9 MPa, a njihove stehiometrijske mešavine sa vazduhom 1,0 MPa.

Maksimalni pritisak eksplozije koristi se u proračunima otpornosti opreme na eksploziju, kao i u proračunima sigurnosnih ventila, eksplozivnih membrana i školjki električne opreme otporne na eksploziju.

Eksplozijski pritisak P vzr (u MPa) mešavine gasa i vazduha izračunava se po formuli

gdje je R 0 početni pritisak eksplozivne smjese, MPa; T 0 i T vzr - početna temperatura eksplozivne smjese i temperatura eksplozije, K; je broj molekula gasova produkata sagorevanja nakon eksplozije; je broj molekula plina u smjesi prije eksplozije.

Primjer 4.1 . Izračunajte pritisak pri eksploziji mješavine pare etil alkohola i zraka.

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.

Teorija kaže da eksplozija mješavine plina ili pare i zraka nije trenutna pojava. Kada se izvor paljenja unese u zapaljivu smjesu, u području izvora paljenja počinje reakcija oksidacije goriva sa oksidantom. Brzina reakcije oksidacije u nekom elementarnom volumenu ove zone dostiže maksimum - dolazi do sagorijevanja. Sagorevanje na granici elementarne zapremine sa medijumom naziva se front plamena. Prednja strana plamena izgleda kao sfera. Debljina fronta plamena, prema Ya.B. Zeldovich , jednaka 1-100 mikrona. Iako je debljina zone sagorevanja mala, dovoljna je da se reakcija sagorevanja odvija. Temperatura fronta plamena usled toplote reakcije sagorevanja je 1000-3000°C i zavisi od sastava zapaljive smeše.

Kada se front plamena pomera, temperatura nesagorenog dela zapaljive smeše raste, kako se povećava pritisak smeše. U blizini fronta plamena, temperatura smjese također raste, zbog ne-
prijenos topline toplinskim provođenjem, difuzijom zagrijanih molekula i zračenjem. Na vanjskoj površini fronta plamena ova temperatura je jednaka temperaturi samozapaljenja zapaljive smjese.

Nakon paljenja zapaljive smjese, sferni oblik plamena se vrlo brzo izobličuje i sve više se povlači prema još nezapaljenoj smjesi. Rastezanje fronta plamena i brzo povećanje njegove površine praćeno je povećanjem brzine kretanja središnjeg dijela plamena. Ovo ubrzanje traje sve dok plamen ne dodirne zidove cijevi ili, u svakom slučaju, ne dođe blizu stijenke cijevi. U ovom trenutku veličina plamena se naglo smanjuje, a od plamena ostaje samo mali dio koji pokriva cijeli dio cijevi. Povlačeći plamen ispred,
i njegovo intenzivno ubrzanje neposredno nakon paljenja od iskre, kada plamen još nije dosegao zidove cijevi, uzrokovani su povećanjem volumena produkata izgaranja. Dakle, u početnoj fazi formiranja fronta plamena, bez obzira na stupanj zapaljivosti plinske mješavine, dolazi do ubrzanja i kasnijeg usporavanja plamena, a to usporavanje će biti veće što je veća brzina plamena.

Na proces razvoja narednih faza sagorevanja utiče dužina cevi. Izduženje cijevi dovodi do pojave vibracija i stvaranja ćelijske strukture plamena, udarnih i detonacijskih valova.

Iz zavisnosti može se odrediti širina zone grijanja (u cm).

1 = a / v

gdje a- koeficijent toplotne difuzivnosti; v- brzina širenja plamena.

Linearna brzina kretanja v(u m/s) može se odrediti formulom

V = V t /

gdje V t- brzina sagorevanja mase, g/(s m 3); - gustina početne zapaljive mješavine, kg/m 3 .

Linearna brzina fronta plamena nije konstantna, varira u zavisnosti od sastava. Smjese i nečistoće inertnih (negorivih) plinova, temperatura smjese, promjer cijevi itd. Maksimalna brzina širenja plamena se ne opaža pri stehiometrijskoj koncentraciji smjese, već u mješavini s viškom goriva. Kada se inertni plinovi uvedu u zapaljivu smjesu, brzina širenja plamena se smanjuje. To se objašnjava smanjenjem temperature sagorijevanja smjese, jer se dio topline troši na zagrijavanje inertnih nečistoća koje ne sudjeluju u reakciji.

S povećanjem promjera cijevi, brzina širenja plamena raste neravnomjerno. S povećanjem promjera cijevi na 0,1-0,15 m, brzina se povećava prilično brzo. Temperatura raste sve dok prečnik ne dostigne određeni granični prečnik,
iznad kojih nema povećanja brzine. Sa smanjenjem promjera cijevi, brzina širenja plamena se smanjuje, a pri određenom malom promjeru plamen se ne širi u cijevi. Ovaj fenomen se može objasniti povećanjem gubitaka topline kroz zidove
cijevi.

Normalna brzina širenja plamena je relativno mala (ne više od desetina metara u sekundi), ali pod određenim uslovima, plamen u cijevima širi se ogromnom brzinom (od 2 do 5 km/s), premašujući brzinu zvuka u dato okruženje. Ovaj fenomen je nazvan detonacija. Prepoznatljive karakteristike detonacije su sljedeće:

1) konstantna brzina sagorevanja bez obzira na prečnik cevi;

Kako se plamen ubrzava, povećava se i amplituda udarnog vala, a temperatura kompresije dostiže temperaturu samozapaljenja smjese.

Povećanje ukupne količine sagorijevanja plina u jedinici vremena objašnjava se činjenicom da se u mlazu s promjenjivom brzinom u poprečnom presjeku fronta plamena savija, zbog čega se njegova površina povećava i količina goruće tvari povećava proporcionalno.

Kada se gasne mešavine sagorevaju u zatvorenoj zapremini, proizvodi sagorevanja ne rade; energija eksplozije se troši samo na zagrijavanje produkata eksplozije. U ovom slučaju, ukupna energija se definira kao zbir unutrašnje energije eksplozivne smjese Q ex.en.cm. i toplina sagorijevanja date supstance ΔQ g. Vrijednost Q vn.en.sm. jednak je zbiru proizvoda toplotnih kapaciteta komponenti eksplozivne smjese pri konstantnoj zapremini i početnoj temperaturi
temperatura smeše

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

gdje je C 1, C 2, C p - specifični toplinski kapaciteti komponenti koje čine
eksplozivna smeša, kJ/(kg K); T - početna temperatura smjese, K.

Temperatura eksplozije gasnih mešavina pri konstantnoj zapremini izračunava se istom metodom kao i temperatura sagorevanja smeše pri konstantnom pritisku.

Eksplozijski pritisak stehiometrijskih smeša metana, etilena, acetona i
metil etar sa kiseonikom je 1,5 - 1,9 MPa, a njihova stehiometrijska mešavina sa vazduhom je 1,0 MPa.

R vzr =

gdje p 0- početni pritisak eksplozivne smeše, MPa; T 0 i T vzr- početna temperatura eksplozivne smjese i temperatura eksplozije, K;

Broj molekula plinova produkata izgaranja nakon eksplozije;
je broj molekula plina mješavine prije eksplozije.

Sekcije