КАФЕДРА ГОРНОСПАСАТЕЛЬНОГО ДЕЛА И ВЗРЫВОБЕЗОПАСНОСТИ РОДИОНОВ ВЛАДИМИР АЛЕКСЕЕВИЧ КАБИНЕТ 509 8 -921 -325 -83 -97
Раздел 3: Распространение горения Тема № 5: Горение газопаровоздушных и пылевоздушных смесей Тема лекции: «Горение газопаровоздушных и пылевоздушных смесей. Ударные волны и детонация»
Учебные вопросы • 1. Кинетический режим горения газопаровоздушных смесей. Элементы тепловой теориии распространения пламени. • 2. Особенности детонации газопаровоздушных систем • 3. Врывы, возникновение ударных волн. Тротиловый эквивалент
Литература для самоподготовки • ГОСТ 12. 1. 004 -91* Пожарная безопасность. Общие требования. • ГОСТ 12. 1. 044 -89* Пожаровзрывобезопасность веществ и материалов. Номенклатура показателей и методы их определения. • Теоретические основы процессов горения /Кутуев Р. Х. , Малинин В. Р. , Кожевникова Н. Ю. и др. : Учебник. - СПб. : СПб. ВПТШ МВД РФ, 1996. -236 с. • Решетов А. П. , Ловчиков В. А. Теоретические основы процессов горения: Учебно-методическое пособие по решению задач. - СПб: СПб. ИПБ МВД России, 1997. - 123 с. • Пожаровзрывоопасность веществ и материалов и средства их тушения (Справочное издание в двух книгах) / Баратов А. Н. , Корольченко А. Я. , Кравчук Г. Н. и др. - М. : Химия. 1990. • Драйздейл Д. Введение в динамику пожаров /пер. с англ. К. Г. Бомштейна; Под. Ред. Ю. А. Кошмаров, В. Е. Макарова. – М. : Стройиздат, 1990. – 424 с. : ил. – Перевод. Изд. An Introduction to Fire Dynamics/ D. Drysdale. – John Wiley and Sons, Chichester, 1985. – ISBN 5 -274 -00771 -6/ • Демидов П. Г. , Саушев B. C. Горение и свойства горючих веществ: Учебное пособие. М. : ВИПТШ МВД СССР, 1984. • Абдурагимов И. М. и др. Физико-химические основы развития и тушения пожаров (Учебное пособие) М. : ВИПТШ МВД СССР, 1980.
Вопрос 1. Кинетический режим горения газопаровоздушных смесей. Элементы тепловой теориии распространения пламени.
Схема фронта (а) и изменение температуры и концентрации горючего (б) в кинетическом пламени Т 0 С 0 q Uн Сгор, Т С 0 Тг Т пг q δпод δфп δгор Т 0 δфп
Нормальное или дефлаграционное горение это распространение пламени по однородной горючей среде, при котором фронт пламени движется вследствие ее послойного разогрева по механизму теплопроводности от продуктов горения.
Нормальная скорость распространения пламени Это скорость перемещения фронта пламени относительно несгоревшего газа в направлении, перпендикулярном к его поверхности
Видимая и нормальная скорость распространения пламени v 0 = uв = V 0/ S В φ А С где v 0 - скорость горючей смеси, м/с; V 0 - расход смеси, м 3/с; S - площадь поперечного сечения газового потока, м 2. uн = V 0/F F - площадь всей поверхности пламени, м 2 Закон косинуса Гор. +Ок. uн = uв cos
Перепад давления на фронте нормального пламени с0 – скорость звука в несгоревшей смеси; u. H – нормальная скорость горения; М – число Маха нормального пламени, т. е. отношение нормальной скорости к скорости звука в несгоревшей газовой смеси; q - отношение теплового эффекта реакции сгорания к начальной внутренней энергии газа: - отношение теплоемкостей.
Сущность тепловой теории распространения пламени Сущность механизма теплового распространения пламени заключается в передаче теплоты из зоны горения теплопроводностью и разогрев прилегающего слоя свежей горючей смеси до температуры самовоспламенения.
Уравнение для нормальной скорости распространения пламени
на величину нормальной скорости распространения пламени оказывают влияние следующие факторы 1. Химическая природа горючего и окислителя 2. Состав смеси (концентрация горючего в смеси): теоретически, нормальная скорость распространения пламени максимальна в смесях стехиометрического состава. Однако экспериментально установлено, что наибольшее ее значение в смесях с некоторым недостатком воздуха, т. е. в смесях богатых по горючему; 3. Начальная температура смеси: с увеличением начальной температуры горючей смеси нормальная скорость распространения пламени увеличивается; 4. Наличие балласта, т. е. избытка воздуха или постороннегорючего газа: при увеличении количества негорючих газов в смеси, нормальная скорость горения уменьшается.
Нормальная скорость распространения пламени для различных горючих смесей ------------------------------------------Горючая смесь Формула uн , м/с ------------------------------------------Водород + воздух Н 2 + 0, 5(О 2 + 3, 76 N 2) 1, 60 Ацетилен + воздух СН СН + 2, 5(О 2 + 3, 76 N 2) 1, 50 Ацетилен + кислород СН СН + 2, 5 О 2 8, 00 Этилен + воздух СН 2=СН 2 + 3(О 2 + 3, 76 N 2) 0, 60 Бутан + воздух С 4 Н 10 + 6, 5(О 2 + 3, 76 N 2) 0, 40 Метан + воздух СН 4 + 3(О 2 + 3, 76 N 2) 0, 34 -------------------------------------------
Предельные режимы дефлаграционного горения = RT 2/E (характеристический интервал температуры) при снижении температуры горения в результате теплопотерь на величину скорость химических реакций, а значит, и скорость распространения пламени, снижается в e раз, и горение прекращается.
Нижний и верхний концентрационный предел распространения пламени (воспламенения) соответственно, минимальное и максимальное содержание горючего вещества в однородной смеси с окислительной средой, при котором возможно распространение пламени по смеси на любое расстояние от источника зажигания. Область концентраций горючего, заключенная между КПР, называется областью распространения пламени или областью воспламенения
Влияние различных факторов на КПР 1. Химическая природа горючего и окислителя 2. Начальная температура смеси 3. Начальное давление смеси 4. Наличие флегматзаторов и ингибиторов
Изменение КПР в гомологическом ряду метана
Влияние начальной температуры смеси и давления на КПР При увеличении начальной температуры горючей смеси область воспламенения расширяется, в основном за счет увеличения ВКПР При давлениях выше атмосферного НКПР практически не меняется. Изменение ВКПР зависит от вида горючего
Минимальная флегматизирующая концентрация флегматизатора это наименьшая концентрация флегматизатора, добавляемая в смесь горючего с окислителем, при которой смесь становится неспособной к распространению пламени при любом соотношении горючего и окислителя.
Детонация – это режим горения, при котором фронт пламени распространяется за счет самовоспламенения горючей смеси во фронте бегущей впереди ударной волной. Скорость детонации смеси водорода с кислородом – 2800 м/сек (при дефлаграционном горении 10 м/сек), метана с кислородом – 2320 м/сек, пентана с воздухом – 1710 м/сек.
• Взрыв - это частный случай горения, протекающего мгновенно с кратковременным выделением значительного количества тепла и света • Или другими словами, взрыв - это освобождение большого количества энергии в ограниченном объеме за короткий промежуток времени.
Физический взрыв протекает без химических превращений и подчиняется физическим, в основном, газодинамическим законам. К физическим взрывам относятся взрывы паровых котлов и сосудов с высоким внутренним давлением. Химический взрыв возникает результатом быстропротекающих химических реакций.
Опасными и вредными факторами, воздействующими на работающих в результате взрыва, являются: • ударная волна, во фронте которой давление превышает допустимое значение (возникает при ядерных взрывах, взрывах инициирующих и детонирующих взрывчатых веществ, при взрывных превращениях топливо-воздушных смесей (ТВС), газовоздушных смесей (ГВС), взрывах резервуаров с перегретой жидкостью и резервуаров под давлением; • пламя; • обрушивающиеся конструкции, оборудование, коммуникации, здания и сооружения и их разлетающиеся части; • образовавшиеся при взрыве и (или) выделившиеся из поврежденного оборудования вредные вещества, содержание которых в воздухе рабочей зоны превышает предельно допустимые концентрации.
Основными показателями, характеризующими опасность взрыва, являются • максимальное давление и температура взрыва; • скорость нарастания давления при взрыве; • давление во фронте ударной волны; • дробящие и фугасные свойства взрывоопасной среды.
• Максимальное давление взрыва Рmax это наибольшее избыточное давление, возникающее при дефлаграционном сгорании газо-, паро- или пылевоздушной смеси в замкнутом сосуде при начальном давлении смеси 101, 3 к. Па. • Скорость нарастания давления при взрыве dp/dt это производная давления взрыва по времени на восходящем участке зависимости давления взрыва газо-, паро- или пылевоздушной смеси в замкнутом сосуде от времени.
Степень поражения Избыточное давление, к. Па Полное разрушение зданий 100 50 %-ное разрушение зданий 53 Средние повреждения зданий 28 Умеренные повреждения зданий (повреждение внутренних перегородок, рам, дверей и т. п. ) 12 Нижний порог повреждения человека волной давления 5 Малые повреждения (разбита часть остекления) 3
Скачать презентацию КАФЕДРА ГОРНОСПАСАТЕЛЬНОГО ДЕЛА И ВЗРЫВОБЕЗОПАСНОСТИ РОДИОНОВ ВЛАДИМИР АЛЕКСЕЕВИЧ
презентация газы.ppt