Izpit: Teorija izgorevanja in eksplozije. Teorija zgorevanja plinskih zmesi

doma

Čiščenje in filtracija vode

Gibanje plamena skozi mešanico plinov imenujemo širjenje plamena. Odvisno od hitrosti širjenja plamena je lahko zgorevanje deflagracija s hitrostjo nekaj m/s, eksplozivna - s hitrostjo reda deset in sto m/s in detonacija - tisoče m/s.
Za deflagracijo ali normalno širjenje plamena značilen je prenos toplote iz plasti v plast, plamen, ki nastane v mešanici, segreti in razredčeni z aktivnimi radikali in reakcijskimi produkti, pa se premika v smeri začetne gorljive zmesi. To je razloženo z dejstvom, da plamen tako rekoč postane vir, ki sprošča neprekinjen tok toplote in kemično aktivnih delcev. Posledično se fronta plamena premika proti gorljivi mešanici.
deflagracijskega zgorevanja delimo na laminarne in turbulentne.
Za laminarno izgorevanje je značilna normalna hitrost širjenja plamena.
Normalna hitrost širjenja plamena po GOST 12.1.044 SSBT se imenuje hitrost prednjega plamena glede na neizgoreli plin, v smeri, pravokotni na njeno površino.
Vrednost normalne hitrosti širjenja plamena, ki je eden od kazalcev nevarnosti požara in eksplozije snovi, označuje nevarnost industrij, povezanih z uporabo tekočin in plinov, se uporablja pri izračunu stopnje povečanja eksploziva. tlaka plina, zmesi hlapov in zraka, kritičnega (gasilnega) premera in pri razvoju ukrepov, ki zagotavljajo požarno in eksplozijsko varnost tehnoloških procesov v skladu z zahtevami GOST 12.1.004 in GOST 12.1.010 SSBT.
Normalna hitrost širjenja plamena - fizikalno-kemijska konstanta zmesi - je odvisna od sestave zmesi, tlaka in temperature ter je določena s hitrostjo kemične reakcije in molekulsko toplotno prevodnostjo.
Temperatura relativno malo poveča normalno hitrost širjenja plamena, inertne nečistoče jo zmanjšajo, povečanje tlaka pa vodi v povečanje ali zmanjšanje hitrosti.
V laminarnem toku plina hitrosti plina so nizke, gorljiva zmes pa nastane kot posledica molekularne difuzije. Hitrost gorenja je v tem primeru odvisna od hitrosti tvorbe gorljive mešanice. turbulenten plamen Nastane s povečanjem hitrosti širjenja plamena, ko je motena laminarnost njegovega gibanja. V turbulentnem plamenu vrtinčenje plinskih curkov izboljša mešanje reakcijskih plinov, saj se površina, skozi katero poteka molekularna difuzija, poveča.
Kot rezultat interakcije gorljive snovi z oksidantom nastanejo produkti zgorevanja, katerih sestava je odvisna od začetnih spojin in pogojev reakcije zgorevanja.
Pri popolnem zgorevanju organskih spojin nastanejo CO 2, SO 2, H 2 O, N 2, pri zgorevanju anorganskih spojin pa nastanejo oksidi. Reakcijski produkti so lahko glede na temperaturo taljenja v obliki taline (Al 2 O 3, TiO 2) ali pa se dvignejo v zrak v obliki dima (P 2 O 5, Na 2 O, MgO) . Staljeni trdni delci ustvarjajo svetilnost plamena. Pri zgorevanju ogljikovodikov močno svetilnost plamena zagotavlja sij delcev saj, ki nastajajo v velikih količinah. Zmanjšanje vsebnosti saj zaradi njegove oksidacije zmanjša svetilnost plamena, znižanje temperature pa oteži oksidacijo saj in povzroči nastanek saj v plamenu.
Da bi prekinili reakcijo zgorevanja, je treba kršiti pogoje za njen nastanek in vzdrževanje. Običajno se za gašenje uporablja kršitev dveh osnovnih pogojev stabilnega stanja - znižanja temperature in načina gibanja plinov.
Padec temperature lahko dosežemo z uvajanjem snovi, ki absorbirajo veliko toplote zaradi izhlapevanja in disociacije (npr. voda, prah).
Način gibanja plina se lahko spremeni z zmanjšanjem in odpravo oskrbe s kisikom.
Eksplozija po GOST 12.1.010 " Odporno proti eksploziji”, - hitra transformacija snovi (eksplozivno zgorevanje), ki jo spremlja sproščanje energije in nastajanje stisnjenih plinov, ki lahko opravljajo delo.
Eksplozija praviloma vodi do intenzivnega povečanja tlaka. Udarni val nastane in se širi v okolju.
udarni val ima uničevalno sposobnost, če je nadtlak v njem višji od 15 kPa. Razširja se v plinu pred fronto plamena s hitrostjo zvoka 330 m/s. Med eksplozijo se začetna energija pretvori v energijo segretih stisnjenih plinov, ki se pretvori v energijo gibanja, stiskanja in segrevanja medija. Možne so različne vrste začetne eksplozijske energije - električna, toplotna, elastična kompresijska energija, atomska, kemična.
Glavni parametri, ki označujejo nevarnost eksplozije v skladu z GOST 12.1.010, so tlak na fronti udarnega vala, največji eksplozijski tlak, povprečna in največja stopnja povečanja tlaka med eksplozijo, drobljenje ali visokoeksplozivne lastnosti eksplozivno okolje.
Splošni učinek eksplozije se kaže v uničenju opreme ali prostorov, ki jih povzroči udarni val, pa tudi v sproščanju škodljivih snovi (eksplozijskih produktov ali vsebovanih v opremi).
Največji razpočni tlak(P max) - najvišji tlak, ki nastane med deflagracijsko eksplozijo mešanice plina, hlapov ali prahu in zraka v zaprti posodi pri začetnem tlaku mešanice 101,3 kPa.
Stopnja dviga eksplozijskega tlaka(dР/dt) je izvod eksplozijskega tlaka glede na čas v naraščajočem odseku odvisnosti eksplozivnega tlaka mešanice plina, pare, prahu in zraka v zaprti posodi od časa. V tem primeru se razlikujeta največja in povprečna stopnja povečanja tlaka med eksplozijo. Pri določanju največje hitrosti se uporabi prirast tlaka v premočrtnem odseku odvisnosti eksplozijskega tlaka od časa, pri določanju povprečne hitrosti pa odsek med največjim eksplozivnim tlakom in začetnim tlakom v posodi pred uporablja se eksplozija.
Obe značilnosti sta pomembna dejavnika za zaščito pred eksplozijo. Uporabljajo se pri določanju kategorije prostorov in zgradb glede na eksplozijsko in požarno ogroženost, pri izračunu varnostnih naprav, pri razvoju ukrepov za požarno in eksplozijsko varnost tehnoloških procesov.
Detonacija poteka proces kemične preobrazbe sistema oksidant-reduktor, ki je kombinacija udarnega vala, ki se širi s konstantno hitrostjo in presega hitrost zvoka, ter sledi fronti cone kemičnih transformacij začetnih snovi. kemična energija, ki se sprosti v detonacijskem valu, napaja udarni val in preprečuje njegovo razpadanje. Hitrost detonacijskega vala je značilnost vsakega posameznega sistema.

1 Metoda je sestavljena iz določanja zgornjih mej za največjo in povprečno hitrost povečanja tlaka eksplozije zmesi plina in hlapov zraka v sferični reakcijski posodi s konstantno prostornino.

Zgornja meja za največjo hitrost dviga tlaka v kPa s -1 se izračuna po formuli

kje str jaz- začetni tlak, kPa;

S in. jaz- normalna hitrost širjenja plamena pri začetnem tlaku in temperaturi, m·s -1 ;

a- polmer sferične reakcijske posode, m;

Brezdimenzionalni največji eksplozijski tlak;

R  - največji absolutni eksplozijski tlak, kPa;

 in- indeks adiabate za preučevano zmes;

 je termokinetični eksponent kot funkcija normalne hitrosti širjenja plamena kot funkcija tlaka in temperature. Če je vrednost  neznano, se vzame enako 0,4.

Zgornja meja za povprečno hitrost dviga tlaka v kPa s -1 se izračuna po formuli

, (98)

kjer je funkcija parametrov  e ,  in ,  , katerih vrednosti najdemo z uporabo nomogramov, prikazanih na sl. 26 in 27.

Vrednote  e in  in najdemo s termodinamičnim izračunom ali, če izračuna ni mogoče, vzamemo za 9,0 oziroma 1,4.

Relativna povprečna kvadratna napaka izračuna po formulah (97) in (98) ne presega 20 %.

2. Največja stopnja povečanja eksplozivnega tlaka zmesi plina in hlapov-zrak za snovi, sestavljene iz atomov C, H, O, N, S, F, Cl, se izračuna po formuli

, (99)

kje V- prostornina reakcijske posode, m 3 .

Relativna povprečna kvadratna napaka izračuna po formuli (99) ne presega 30 %.

Metoda za eksperimentalno določanje pogojev toplotnega spontanega izgorevanja trdnih snovi in materialov

1. Strojna oprema.

Oprema za določanje pogojev toplotnega spontanega zgorevanja vključuje naslednje elemente.

1.1. Termostat z zmogljivostjo delovne komore najmanj 40 dm 3 s termostatom, ki omogoča vzdrževanje konstantne temperature od 60 do 250 ° C z napako največ 3 ° C.

1.2. Košare iz korozijsko odporne kovine kubične ali valjaste oblike višine 35, 50, 70, 100, 140 in 200 mm (10 kosov vsake velikosti) s pokrovi. Premer valjaste košare mora biti enak njeni višini. Debelina stene košare je (1,0 ± 0,1) mm.

1.3. Termoelektrični pretvorniki (ne manj kot 3) z največjim premerom delovnega spoja največ 0,8 mm.

2. Priprava na test.

2.1. Izvedite kalibracijski test, da določite popravek ( t T) na odčitke termoelektričnih pretvornikov 2 in 3 . Da bi to naredili, se košara z negorljivo snovjo (na primer žganim peskom) postavi v termostat, segret na določeno temperaturo. Termoelektrični pretvorniki (slika 2) so nameščeni tako, da je delovni stik enega termoelektričnega pretvornika v stiku z vzorcem in se nahaja v njegovem središču, drugega je v stiku z zunanjo stranjo košare, tretjega ena je na razdalji (30 ± 1) mm od stene košare. Delovni spoji vseh treh termoelektričnih pretvornikov morajo biti nameščeni na isti vodoravni ravni, ki ustreza srednji črti termostata.

1 , 2 , 3 - delovni spoji termoelektričnih pretvornikov.

Košaro z negorljivo snovjo hranimo v termostatu, dokler se ne vzpostavi stacionarni režim, v katerem so odčitki vseh termoelektričnih

pretvorniki 10 minut ostanejo nespremenjeni ali nihajo s konstantno amplitudo okoli povprečnih temperatur t 1 , t 2 , t 3 . Sprememba  t T se izračuna po formuli

, (100)

2.2. Vzorci za preskušanje morajo označevati povprečne lastnosti preskusne snovi (materiala). Pri testiranju listnega materiala se zbere v kup, ki ustreza notranjim dimenzijam košare. V vzorcih monolitnih materialov je na sredino predhodno izvrtana luknja s premerom (7,0 ± 0,5) mm za termoelektrični pretvornik.

Preučevanje procesov zgorevanja gorljivih zmesi s strani ruskih in tujih znanstvenikov je omogočilo teoretično utemeljitev številnih pojavov, ki spremljajo proces zgorevanja, vključno s hitrostjo širjenja plamena. Študija hitrosti širjenja plamena v plinskih mešanicah omogoča določitev varnih hitrosti tokov plina in zraka v cevovodih prezračevanja, rekuperacije, aspiracije in v cevovodih drugih naprav, po katerih se transportirajo mešanice plina in prahu.

Leta 1889 je ruski znanstvenik V.A. Michelson je obravnaval dva omejevalna primera širjenja plamena med normalnim ali počasnim zgorevanjem in med detonacijo.

Teorija normalnega širjenja plamena in detonacije je bila nadalje razvita v delih N.N. Semenova, K.I. Shchelkina, D.A. Frank-Kamenetsky, L.N. Khitrina, A.S. Sokolika, V.I. Skobelkin in drugi znanstveniki, pa tudi tuji znanstveniki B. Lewis, G. Elbe in dr. Kot rezultat je nastala teorija vžiga eksplozivnih zmesi. Vendar poskusi interpretacije pojavov širjenja plamena kot difuzije aktivnih centrov ali pojasnjevanja meja širjenja plamena s pogoji zaključka verige niso dovolj prepričljivi.

Leta 1942 je sovjetski znanstvenik Ya.B. Zel'dovich je oblikoval določbe teorije izgorevanja in detonacije plinov. Teorija zgorevanja daje odgovor na glavna vprašanja: ali bo mešanica določene sestave gorljiva, kakšna bo hitrost gorenja eksplozivne mešanice, kakšne značilnosti in oblike plamena je treba pričakovati. Teorija pravi, da eksplozija mešanice plina ali hlapov in zraka ni trenuten pojav. Ko se vir vžiga vnese v gorljivo zmes, se v območju vira vžiga začne oksidacijska reakcija goriva z oksidantom. Hitrost oksidacijske reakcije v nekem elementarnem volumnu te cone doseže maksimum - pride do izgorevanja. Izgorevanje na meji osnovnega volumna z medijem se imenuje fronta plamena. Sprednji del plamena je videti kot krogla. Debelina fronte plamena po Ya.B. Zel'dovich, je enak 1 - 100 mikronov. Čeprav je debelina zgorevalnega območja majhna, zadostuje, da se reakcija zgorevanja nadaljuje. Temperatura fronte plamena zaradi toplote reakcije zgorevanja je 1000 - 3000 0 C in je odvisna od sestave gorljive zmesi. V bližini fronte plamena se poveča tudi temperatura zmesi, kar je posledica prenosa toplote s toplotno prevodnostjo, difuzije segretih molekul in sevanja. Na zunanji površini fronte plamena je ta temperatura enaka temperaturi samovžiga gorljive mešanice. Sprememba temperature mešanice vzdolž osi cevi v časovnih točkah je grafično prikazana na sl. 4.1. Plinska plast QC 1, pri katerem se temperatura zmesi dvigne, je fronta plamena. Ko se temperatura dvigne, se fronta plamena razširi (do QC 2) ob straneh končnih sten cevi AMPAK in M, pri čemer neizgorelo zmes z določeno hitrostjo premakne proti steni M, zgoreli plin pa proti steni AMPAK. Po vžigu gorljive zmesi se sferična oblika plamena zelo hitro popači in vse bolj vleče proti še nevžgani mešanici. Razširitev fronte plamena in hitro povečanje njene površine spremlja povečanje hitrosti gibanja

središče plamena. Ta pospešek traja, dokler se plamen ne dotakne sten cevi ali pa se v vsakem primeru ne približa steni cevi. V tem trenutku se velikost plamena močno zmanjša in ostane le majhen del plamena, ki pokriva celoten del cevi. Podaljšanje fronte plamena in njegovo intenzivno pospeševanje takoj po vžigu z iskro, ko plamen še ni dosegel sten cevi, sta posledica povečanja prostornine produktov zgorevanja. Tako na začetni stopnji nastanka plamenske fronte, ne glede na stopnjo gorljivosti mešanice plinov, pride do pospeševanja in poznejšega upočasnjevanja plamena, pri čemer bo ta upočasnitev čim večja, čim večja je hitrost plamena.

riž. 4.1. Sprememba temperature pred in za fronto plamena: 1 - cona

produkti zgorevanja; 2 - sprednja stran plamena; 3 - območje samovžiga;

4 - cona predgretja; 5 - začetna mešanica

Na proces razvoja naslednjih stopenj zgorevanja vpliva dolžina cevi. Raztezanje cevi vodi do pojava vibracij in tvorbe celične strukture plamenskih, udarnih in detonacijskih valov.

Upoštevajte širino ogrevalne cone pred fronto plamena. V tem območju ne poteka nobena kemična reakcija in toplota se ne sprošča. Širina ogrevalnega območja l(v cm) je mogoče določiti iz odvisnosti:

kje a je toplotna difuzivnost; v je hitrost širjenja plamena.

Pri mešanici metan-zrak je širina ogrevalne cone 0,0006 m, pri mešanici vodik-zrak je precej manjša (3 μm). Do poznejšega zgorevanja pride v zmesi, katere stanje se je že spremenilo zaradi toplotne prevodnosti in difuzije komponent iz sosednjih plasti. Mešanica reakcijskih produktov nima posebnega katalitičnega učinka na hitrost gibanja plamena.

Poglejmo zdaj hitrost fronte plamena v mešanici plinov. Linearna potovalna hitrost v(v m/s) je mogoče določiti s formulo

kjer je masna hitrost gorenja, g / (cm × m 2), p je gostota začetne gorljive mešanice, kg / m 3.

Linearna hitrost plamenske fronte ni konstantna, spreminja se glede na sestavo mešanice in primesi inertnih (negorljivih) plinov, temperaturo mešanice, premer cevi itd. širjenja plamena opazimo ne pri stehiometrični koncentraciji mešanice, temveč v zmesi s presežkom goriva. Ko v gorljivo zmes vnesemo inertne pline, se hitrost širjenja plamena zmanjša. To je razloženo z znižanjem temperature zgorevanja zmesi, saj se del toplote porabi za segrevanje inertnih nečistoč, ki ne sodelujejo v reakciji. Toplotna zmogljivost inertnega plina vpliva na hitrost širjenja plamena. Večja kot je toplotna zmogljivost inertnega plina, bolj zmanjša temperaturo zgorevanja in bolj zmanjša hitrost širjenja plamena. Tako se v mešanici metana in zraka, razredčenega z ogljikovim dioksidom, izkaže, da je hitrost širjenja plamena približno trikrat manjša kot v mešanici, razredčeni z argonom.

Ko je zmes predgreta, se hitrost širjenja plamena poveča. Ugotovljeno je bilo, da je hitrost širjenja plamena sorazmerna s kvadratom začetne temperature zmesi.

S povečanjem premera cevi se hitrost širjenja plamena neenakomerno poveča.

S povečanjem premera cevi na 0,10 - 0,15 m se hitrost precej hitro poveča; z nadaljnjim povečanjem premera cevi se še naprej povečuje, vendar v manjši meri. Povišanje temperature se pojavi, dokler premer ne doseže določenega mejnega premera, nad katerim se povečanja hitrosti ne pojavi. Z zmanjšanjem premera cevi se hitrost širjenja plamena zmanjša, pri določenem majhnem premeru pa se plamen v cevi ne širi. Ta pojav je mogoče razložiti s povečanjem toplotnih izgub skozi stene cevi.

Zato je treba za zaustavitev širjenja plamena v gorljivi zmesi na tak ali drugačen način znižati temperaturo mešanice s hlajenjem posode (v našem primeru cevi) od zunaj ali z redčenjem mešanice. s hladnim inertnim plinom.

Normalna hitrost širjenja plamena je razmeroma majhna (ne več kot deset metrov na sekundo), vendar se pod določenimi pogoji plamen v ceveh širi z ogromno hitrostjo (od 2 do 5 km / s), ki presega hitrost zvoka v dano okolje. Ta pojav se imenuje detonacija. Posebnosti detonacije so naslednje:

1) konstantna hitrost gorenja ne glede na premer cevi;

2) visok plamenski tlak, ki ga povzroča detonacijski val, ki lahko presega 50 MPa, odvisno od kemične narave gorljive mešanice in začetnega tlaka; poleg tega zaradi visoke hitrosti gorenja razviti tlak ni odvisen od oblike, kapacitete in tesnosti posode (ali cevi).

Razmislimo o prehodu iz hitrega zgorevanja v detonacijo v dolgi cevi konstantnega preseka, ko se zmes vžge na zaprtem koncu. Pod pritiskom fronte plamena v gorljivi mešanici nastanejo valovi stiskanja - udarni valovi. V udarnem valu se temperatura plina dvigne do vrednosti, pri katerih se zmes spontano vžge daleč pred fronto plamena. Ta način zgorevanja se imenuje detonacija. Ko se fronta plamena premika, se gibanje plasti, ki mejijo na steno, upočasni in s tem se pospeši gibanje mešanice v središču cevi; porazdelitev hitrosti

presečna rast postane neenakomerna. Pojavijo se curki plinskih mešanic, katerih hitrost je manjša od povprečne hitrosti mešanice plinov pri normalnem zgorevanju, in curki se premikajo hitreje. V teh pogojih se hitrost gibanja plamena glede na zmes poveča, količina gorenja plina na enoto časa se poveča, gibanje plamenske fronte pa je določeno z največjo hitrostjo plinskega curka.

Ko se plamen pospešuje, se poveča tudi amplituda udarnega vala, temperatura stiskanja pa doseže temperaturo samovžiga zmesi.

Povečanje skupne količine gorenja plina na enoto časa je razloženo z dejstvom, da je v curku s spremenljivo hitrostjo v prečnem prerezu fronta plamena upognjena; zaradi tega se njegova površina poveča in količina goreče snovi se sorazmerno poveča.

Eden od načinov za zmanjšanje hitrosti gorenja gorljivih zmesi je delovanje inertnih plinov na plamen, vendar se zaradi njihove nizke učinkovitosti trenutno uporablja kemična inhibicija zgorevanja z dodajanjem halogeniranih ogljikovodikov zmesi.

Mešanice gorljivih plinov imajo dve teoretični temperaturi zgorevanja – pri konstantni prostornini in pri konstantnem tlaku, pri čemer je prva vedno višja od druge.

Metoda za izračun kalorimetrične temperature zgorevanja pri konstantnem tlaku je obravnavana v 1. poglavju. Oglejmo si metodo za izračun teoretične temperature zgorevanja plinskih zmesi pri konstantni prostornini, ki ustreza eksploziji v zaprti posodi. Izračun teoretične temperature zgorevanja pri konstantni prostornini temelji na istih pogojih, ki so navedeni v razdelku. 1.7.

Ko se plinske mešanice sežgejo v zaprti prostornini, produkti zgorevanja ne delujejo; energija eksplozije se porabi samo za ogrevanje produktov eksplozije. V tem primeru je skupna energija opredeljena kot vsota notranje energije eksplozivne zmesi Q vn.en.cm in toplote zgorevanja dane snovi. Vrednost Q ext.cm je enaka vsoti produktov toplotnih kapacitet komponent eksplozivne mešanice pri konstantni prostornini in začetne temperature mešanice

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

kjer so c 1 , c 2 , c n specifične toplotne kapacitete komponent, ki sestavljajo eksplozivno zmes, kJ/(kg × K); T je začetna temperatura zmesi, K.

Vrednost Q int.en.cm najdete v referenčnih tabelah. Eksplozijsko temperaturo zmesi plinov pri konstantni prostornini izračunamo na enak način kot temperaturo zgorevanja zmesi pri konstantnem tlaku.

Eksplozijski tlak se določi iz temperature eksplozije. Tlak med eksplozijo mešanice plina in zraka v zaprti prostornini je odvisen od temperature eksplozije in razmerja med številom molekul produktov zgorevanja in številom molekul v eksplozivni mešanici. Med eksplozijo mešanice plina in zraka tlak običajno ne presega 1,0 MPa, če je bil začetni tlak mešanice normalen. Ko se zrak v eksplozivni mešanici nadomesti s kisikom, se tlak eksplozije močno poveča, saj se temperatura zgorevanja poveča.

Med eksplozijo celo stehiometrične mešanice plina in zraka se za segrevanje dušika v zmesi porabi precejšnja količina toplote, zato je temperatura eksplozije takšnih mešanic veliko nižja od temperature eksplozije zmesi s kisikom. Tako je eksplozijski tlak stehiometrične mešanice metana, etilena, acetona in metil etra

ra s kisikom je 1,5 - 1,9 MPa, njihove stehiometrične mešanice z zrakom pa 1,0 MPa.

Najvišji eksplozijski tlak se uporablja pri izračunih eksplozivne odpornosti opreme, pa tudi pri izračunih varnostnih ventilov, eksplozivnih membran in lupin protieksplozijsko varne električne opreme.

Eksplozijski tlak P vzr (v MPa) zmesi plin-zrak se izračuna po formuli

kjer je Р 0 začetni tlak eksplozivne mešanice, MPa; T 0 in T vzr - začetna temperatura eksplozivne mešanice in temperatura eksplozije, K; je število molekul plinov produktov zgorevanja po eksploziji; je število molekul plina v mešanici pred eksplozijo.

Primer 4.1 . Izračunajte tlak pri eksploziji mešanice hlapov etilnega alkohola in zraka.

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

Teorija pravi, da eksplozija mešanice plina ali hlapov in zraka ni trenuten pojav. Ko se vir vžiga vnese v gorljivo zmes, se v območju vira vžiga začne oksidacijska reakcija goriva z oksidantom. Hitrost oksidacijske reakcije v nekem elementarnem volumnu te cone doseže maksimum - pride do izgorevanja. Gorenje na meji osnovne prostornine z medijem se imenuje fronta plamena. Sprednji del plamena je videti kot krogla. Debelina fronte plamena po Ya.B. Zeldovič , enako 1-100 mikronov. Čeprav je debelina zgorevalnega območja majhna, zadostuje, da se reakcija zgorevanja nadaljuje. Temperatura fronte plamena zaradi toplote reakcije zgorevanja je 1000-3000°C in je odvisna od sestave gorljive zmesi.

Ko se plamenska fronta premika, se temperatura neizgorelega dela gorljive zmesi poveča, saj se tlak mešanice poveča. V bližini fronte plamena se tudi temperatura zmesi dvigne zaradi ne-
prenos toplote s toplotno prevodnostjo, difuzijo segretih molekul in sevanjem. Na zunanji površini fronte plamena je ta temperatura enaka temperaturi samovžiga gorljive mešanice.

Po vžigu gorljive zmesi se sferična oblika plamena zelo hitro popači in vse bolj vleče proti še nevžgani mešanici. Raztezanje fronte plamena in hitro povečanje njene površine spremlja povečanje hitrosti gibanja osrednjega dela plamena. Ta pospešek traja, dokler se plamen ne dotakne sten cevi ali pa se v vsakem primeru ne približa steni cevi. V tem trenutku se velikost plamena močno zmanjša in ostane le majhen del plamena, ki pokriva celoten del cevi. Potegne plamen spredaj,
in njegovo intenzivno pospeševanje takoj po vžigu z iskro, ko plamen še ni dosegel sten cevi, sta posledica povečanja prostornine produktov zgorevanja. Tako na začetni stopnji nastanka plamenske fronte, ne glede na stopnjo gorljivosti mešanice plinov, pride do pospeševanja in poznejšega upočasnjevanja plamena, pri čemer bo ta upočasnitev čim večja, čim večja je hitrost plamena.

Na proces razvoja naslednjih stopenj zgorevanja vpliva dolžina cevi. Raztezanje cevi vodi do pojava vibracij in tvorbe celične strukture plamenskih, udarnih in detonacijskih valov.

Iz odvisnosti lahko določimo širino ogrevalne cone (v cm).

1 = a / v

kje a- koeficient toplotne difuzivnosti; v- hitrost širjenja plamena.

Linearna potovalna hitrost v(v m/s) je mogoče določiti s formulo

V = V t /

kje V t- masna hitrost gorenja, g / (s m 3); - gostota začetne gorljive mešanice, kg/m 3 .

Linearna hitrost fronte plamena ni konstantna, spreminja se glede na sestave. Mešanice in nečistoče inertnih (negorljivih) plinov, temperatura mešanice, premer cevi itd. Največjo hitrost širjenja plamena opazimo ne pri stehiometrični koncentraciji mešanice, temveč v zmesi s presežkom goriva. Ko v gorljivo zmes vnesemo inertne pline, se hitrost širjenja plamena zmanjša. To je razloženo z znižanjem temperature zgorevanja zmesi, saj se del toplote porabi za segrevanje inertnih nečistoč, ki ne sodelujejo v reakciji.

S povečanjem premera cevi se hitrost širjenja plamena neenakomerno poveča. S povečanjem premera cevi na 0,1-0,15 m se hitrost precej hitro poveča. Temperatura narašča, dokler premer ne doseže določenega mejnega premera,
nad katerim se hitrost ne poveča. Z zmanjšanjem premera cevi se hitrost širjenja plamena zmanjša, pri določenem majhnem premeru pa se plamen v cevi ne širi. Ta pojav je mogoče razložiti s povečanjem toplotnih izgub skozi stene
cevi.

Normalna hitrost širjenja plamena je razmeroma majhna (ne več kot deset metrov na sekundo), vendar se pod določenimi pogoji plamen v ceveh širi z ogromno hitrostjo (od 2 do 5 km / s), ki presega hitrost zvoka v dano okolje. Ta pojav je bil imenovan detonacija. Posebnosti detonacije so naslednje:

1) konstantna hitrost gorenja ne glede na premer cevi;

Ko se plamen pospešuje, se poveča tudi amplituda udarnega vala, temperatura stiskanja pa doseže temperaturo samovžiga zmesi.

Povečanje skupne količine gorenja plina na enoto časa je razloženo z dejstvom, da se v curku s spremenljivo hitrostjo v prečnem prerezu fronta plamena upogne, zaradi česar se njegova površina poveča in količina goreče snovi se poveča. sorazmerno.

Ko se plinske mešanice sežgejo v zaprti prostornini, produkti zgorevanja ne delujejo; energija eksplozije se porabi samo za ogrevanje produktov eksplozije. V tem primeru je skupna energija opredeljena kot vsota notranje energije eksplozivne mešanice Q ex.en.cm. in toploto zgorevanja dane snovi ΔQ g. Vrednost Q vn.en.sm. je enak vsoti produktov toplotnih kapacitet komponent eksplozivne mešanice pri konstantni prostornini in začetni temperaturi
temperatura mešanice

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

kjer je C 1, C 2, C p - specifične toplotne zmogljivosti komponent, ki sestavljajo
eksplozivna zmes, kJ/(kg K); T - začetna temperatura mešanice, K.

Eksplozijsko temperaturo zmesi plinov pri konstantni prostornini izračunamo na enak način kot temperaturo zgorevanja zmesi pri konstantnem tlaku.

Eksplozijski tlak se določi iz temperature eksplozije. Tlak med eksplozijo mešanice plina in zraka v zaprti prostornini je odvisen od temperature eksplozije in razmerja med številom molekul produktov zgorevanja in številom molekul v eksplozivni mešanici. Pri eksploziji mešanice plina in zraka tlak običajno ne presega 1,0 MPa, če je bil začetni tlak mešanice normalen. Ko se zrak v eksplozivni mešanici nadomesti s kisikom, se tlak eksplozije močno poveča, saj se temperatura zgorevanja poveča.

Eksplozijski tlak stehiometričnih zmesi metana, etilena, acetona in
metil eter s kisikom je 1,5 - 1,9 MPa, njihove stehiometrične mešanice z zrakom pa 1,0 MPa.

R vzr =

kje p 0- začetni tlak eksplozivne mešanice, MPa; T 0 in T vzr- začetna temperatura eksplozivne mešanice in temperatura eksplozije, K;

Število molekul plinov produktov zgorevanja po eksploziji;
je število plinskih molekul zmesi pred eksplozijo.

Razdelki

Izpit: Teorija izgorevanja in eksplozije. Teorija zgorevanja plinskih zmesi

Metoda za eksperimentalno določanje pogojev toplotnega spontanega izgorevanja trdnih snovi in ​​materialov

2. Priprava na test.

Metoda za eksperimentalno določanje pogojev toplotnega spontanega izgorevanja trdnih snovi in materialov