Нормална скорост на разпространение на пламъка. Запалима енергия и концентрационни граници на възпламеняване. Скорост на разпространение на вълната на водния чук

51. Скорост на изтичане в стесняващ се канал, масова скорост на потока Скорост на изтичане в стесняващ се канал Нека разгледаме процеса на адиабатно изтичане на материя. Да приемем, че работна течност с определен специфичен обем (v1) се намира в резервоар под

Изгаряне- това са интензивни химични окислителни реакции, които са придружени от отделяне на топлина и луминесценция. Горенето възниква в присъствието на горимо вещество, окислител и източник на запалване. Кислородът и азотната киселина могат да действат като окислители в процеса на горене. Като гориво - много органични съединения, сяра, сероводород, пирит, повечето метали в свободна форма, въглероден оксид, водород и др.

При истински пожар окислителят в процеса на горене обикновено е атмосферният кислород. Външната проява на горенето е пламък, който се характеризира с луминесценция и отделяне на топлина. При изгаряне на системи, състоящи се само от твърди или течни фази или техни смеси, може да не възникне пламък, т.е. безпламъкизгаряне или тлеещ.

В зависимост от агрегатното състояние на изходното вещество и продуктите на горенето се разграничават хомогенно изгаряне, изгаряне на експлозиви и хетерогенно изгаряне.

Хомогенно изгаряне.При хомогенното горене изходните вещества и продуктите на горенето са в едно и също агрегатно състояние. Този тип включва изгаряне на газови смеси (природен газ, водород и др. с окислител, обикновено кислород на въздуха) /

Горящи експлозивисвързан с преминаването на веществото от кондензирано състояние в газ.

хетерогенно изгаряне.При хетерогенно горене изходните вещества (например твърдо или течно гориво и газообразен окислител) са в различни агрегатни състояния. Най-важните технологични процеси на хетерогенно горене са изгарянето на въглища, метали, изгарянето на течни горива в нефтени пещи, двигатели с вътрешно горене, горивни камери на ракетни двигатели.

Движението на пламък през газова смес се нарича разпространение на пламъка.В зависимост от скоростта на разпространение на пламъка, горенето може да бъде дефлаграционно със скорост няколко m/s, взривно със скорост от порядъка на десетки и стотици m/s и детонационно с хиляди m/s.

Дефлаграционното горене се подразделя на ламинарно и турбулентно.

Ламинарното горене се характеризира с нормална скорост на разпространение на пламъка.

Нормална скорост на разпространение на пламъканаречена скоростта на движение на фронта на пламъка спрямо неизгорял газ, в посока, перпендикулярна на повърхността му.

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.

При ламинарен газов поток скоростите на газа са малки. Скоростта на горене в този случай зависи от скоростта на образуване на горимата смес. В турбулентен пламък завихрянето на газови струи подобрява смесването на реагиращите газове, тъй като повърхността, през която се извършва молекулярна дифузия, се увеличава.

Индикатори за опасност от пожар и експлозия на газове. Техните характеристики и обхват

Пожарната опасност на технологичните процеси до голяма степен се определя от физичните и химичните свойства на суровините, междинните и крайните продукти, циркулиращи в производството.

Индикаторите за опасност от пожар и експлозия се използват при категоризирането на помещения и сгради, при разработването на системи за осигуряване на пожарна и взривобезопасност.

Газовете са вещества, чието абсолютно налягане на парите при температура 50 °C е равно или по-голямо от 300 kPa или чиято критична температура е по-ниска от 50 °C.

За газовете се прилагат следните стойности:

Група на запалимост- показател, който е приложим за всички агрегатни състояния.

Запалимостта е способността на дадено вещество или материал да гори. Според горимостта веществата и материалите се делят на три групи.

негорим(огнеупорни) - вещества и материали, които не могат да се запалят във въздуха. Негоримите вещества могат да бъдат запалими (например окислители, както и вещества, които отделят горими продукти при взаимодействие с вода, атмосферен кислород или помежду си).

бавно горящи(запалими) - вещества и материали, които могат да се запалят във въздуха от източник на запалване, но не могат да горят сами след отстраняването му.

горими(горими) - вещества и материали, способни на спонтанно запалване, както и да се запалят от източник на запалване и да горят независимо след отстраняването му. От групата на горимите вещества и материали се разграничават запалимите вещества и материали.

Запалими вещества и материали, които могат да се запалят при краткотрайно (до 30 s) излагане на източник на запалване с ниска енергия (пламък на кибрит, искра, тлееща цигара и др.), се наричат ​​запалими.

Горимостта на газовете се определя косвено: газ, който има граници на концентрация на запалване във въздуха, се нарича гориво;ако газът няма граници на концентрация на запалване, но се запалва спонтанно при определена температура, той се класифицира като бавно изгаряне;при липса на граници на концентрация на запалване и температура на самозапалване, газът се класифицира като негорим.

На практика групата за запалимост се използва за подразделяне на материалите по запалимост, при установяване на класове на експлозивни и пожароопасни зони съгласно PUE, при определяне на категорията на помещенията и сградите според опасността от експлозия и пожар и при разработването на мерки за осигуряване на пожар и взривобезопасност на оборудването и помещенията.

Температура на самозапалване- най-ниската температура на веществото, при която при условията на специални тестове се наблюдава рязко увеличаване на скоростта на екзотермичните реакции, завършващи с огнено горене.

Концентрационните граници на разпространение на пламъка (запалване) - товадиапазонът от концентрации, в който е възможно изгаряне на смеси от горими пари и газове с въздух или кислород.

Долна (горна) граница на концентрация на разпространение на пламъка -минималното (максималното) съдържание на гориво в смес от горивно вещество-окислителна среда ", при което разпространението на пламъка през сместа е възможно на всяко разстояние от източника на запалване. В тези граници сместа е горима, а извън тях сместа не може да гори.

Температурни граници на разпространение на пламъка(възпламеняване) - такива температури на вещество, при които наситените му пари образуват в определена окислителна среда концентрации, равни съответно на долната (долна температурна граница) и горната (горна температурна граница) граници на концентрация на разпространение на пламъка.

Способността да експлодира и да гори при взаимодействие с вода, атмосферен кислород и други вещества- качествен показател, който характеризира специалната опасност от пожар на определени вещества. Това свойство на веществата се използва при определяне на категорията на производството, както и при избора на безопасни условия за провеждане на технологични процеси и условия за съвместно съхранение и транспортиране на вещества и материали.

Нормалната скорост на разпространение на пламъка е скоростта на движение на фронта на пламъка спрямо неизгорял газ в посока, перпендикулярна на неговата повърхност.

Стойността на нормалната скорост на разпространение на пламъка трябва да се използва при изчисляване на скоростта на нарастване на налягането при експлозия на газови и парни смеси в затворено, непропускливо оборудване и помещения, критичния (потушаващ) диаметър при развитието и създаването на пламък ограничители, зоната на лесно падащи конструкции, предпазни мембрани и други устройства за намаляване на налягането; при разработване на мерки за осигуряване на пожарна и експлозивна безопасност на технологичните процеси в съответствие с изискванията на GOST 12.1.004 и GOST 12.1.010.

Същността на метода за определяне на нормалната скорост на разпространение на пламъка е да се подготви горима смес с известен състав вътре в реакционния съд, да се запали сместа в центъра с точков източник, да се запише промяната на налягането в съда с времето и обработва експерименталната зависимост налягане-време с помощта на математически модел на процеса на изгаряне на газ в затворен съд и процедури за оптимизация. Математическият модел дава възможност да се получи изчислена зависимост „налягане-време“, оптимизирането на която според подобна експериментална зависимост води до промяна на нормалната скорост по време на развитието на експлозия за конкретен тест.

Нормалната скорост на горене е скоростта, с която фронтът на пламъка се разпространява спрямо неизгорелите реагенти. Скоростта на горене зависи от редица физикохимични свойства на реагентите, по-специално от топлопроводимостта и скоростта на химичната реакция, и има точно определена стойност за всяко гориво (при постоянни условия на горене). В табл. 1 показва скоростите на горене (и границите на възпламеняване) на някои газови смеси. Концентрациите на горивото в смесите се определят при 25°C и нормално атмосферно налягане. Границите на запалимост, с посочените изключения, са получени с разпространение на пламъка в тръба с диаметър 0,05 m, затворена от двете страни. Коефициентите на излишък на гориво се определят като отношението на обемното съдържание на гориво в реалната смес към стехиометричната смес (j1) и към сместа при максимална скорост на горене (j2).

маса 1

Скорости на горене на кондензирани смеси (неорганичен окислител + магнезий)

Както може да се види, по време на изгарянето на въздух газови смеси при атмосферно налягане u max е в рамките на 0,40-0,55 m/s, а - в рамките на 0,3-0,6 kg/(m2-s). Само за някои нискомолекулни ненаситени съединения и водород u max е в рамките на 0,8-3,0 m/s и достига 1-2 kg/(m2s). Чрез увеличение и max изследваните горива в смеси с въздух могат да бъдат

подредете в следния ред: бензин и течни ракетни горива - парафини и ароматни съединения - въглероден оксид - циклохексан и циклопропан - етилен - пропиленов оксид - етиленов оксид - ацетилен - водород.

Линейната скорост на горене на кислородните смеси е много по-висока от въздушните смеси (за водород и въглероден оксид - 2-3 пъти, а за метан - повече от порядък). Масовата скорост на изгаряне на изследваните кислородни смеси (с изключение на сместа CO + O2) е в диапазона 3,7–11,6 kg/(m2 s).

В табл. Таблица 1 показва (според данните на Н. А. Силин и Д. И. Постовски) скоростите на изгаряне на уплътнени смеси от нитрати и перхлорати с магнезий. За приготвяне на смеси се използват прахообразни компоненти с размер на частиците нитрати 150–250 μm, перхлорати 200–250 μm и магнезий 75–105 μm. Сместа се пълни в картонени черупки с диаметър 24-46 mm до коефициент на уплътняване 0,86. Пробите бяха изгорени на въздух при нормално налягане и начална температура.

От сравнение на данните в табл. 1 и 1.25 следва, че кондензираните смеси превъзхождат газовите смеси по отношение на масата и са по-ниски от тях по отношение на линейната скорост на горене. Скоростта на горене на смеси с перхлорати е по-малка от скоростта на горене на смеси с нитрати, а смесите с нитрати на алкални метали горят с по-висока скорост от смесите с нитрати на алкалоземни метали.

таблица 2

Граници на запалимост и скорости на горене на смеси с въздух (I) и кислород (II) при нормално налягане и стайна температура

Методи за изчисляване на скоростта на изгаряне на течности

; (16)

където Ме безразмерната скорост на изгаряне;

; (17)

М Ф- молекулно тегло на течността, kg mol -1 ;

д- характерен размер на горящото течно огледало, м. Определя се като корен квадратен от повърхността на горене; ако зоната на горене има формата на кръг, тогава характерният размер е равен на неговия диаметър. При изчисляване на скоростта на турбулентно горене може да се вземе д= 10 m;

Т дое точката на кипене на течността, К.

Процедурата за изчисление е следната.

Режимът на горене се определя от стойността на критерия на Галилей Ga, изчислено по формулата

където ж- ускорение на свободно падане, m·s -2 .

В зависимост от режима на горене се изчислява безразмерната скорост на изгаряне М. За ламинарен режим на горене:

За преходен режим на горене:

ако , тогава , (20)

ако , тогава , (21)

За турбулентен режим на горене:

; , (22)

M0- молекулно тегло на кислорода, kg mol -1 ;

n 0- стехиометричен коефициент на кислород в реакцията на горене;

n F- стехиометричен коефициент на течността в реакцията на горене.

б- безразмерен параметър, характеризиращ интензивността на масовия пренос, изчислен по формулата

, (23)

където Q- долна калоричност на течността, kJ·kg -1 ;

° С- изобарна топлинна мощност на продуктите от горенето (приема се равна на топлинната мощност на въздуха c = 1), kJ·kg -1 ·K -1 ;

T0- температура на околната среда, взета равна на 293 K;

з- топлина на изпаряване на течността при точката на кипене, kJ·kg -1 ;

c eе средният изобарен топлинен капацитет на течността в диапазона от T0преди Т до.

Ако кинематичният вискозитет на парата или молекулното тегло и точката на кипене на изследваната течност са известни, тогава скоростта на турбулентно горене се изчислява, като се използват експериментални данни по формулата

където m i- експериментална стойност на скоростта на изгаряне в преходен режим на горене, kg·m -2 ·s -1 ;

d i- диаметърът на горелката, в която се получава стойността m i, м. Препоръчително е да използвате горелка с диаметър 30 ​​mm. Ако се наблюдава ламинарен режим на горене в горелка с диаметър 30 ​​мм, трябва да се използва горелка с по-голям диаметър.