Воспламеняемость аэрозолей

Аэрозоли по своим свойствам занимают промежуточное положение ме­жду аэрогелями и гомогенными газовыми смесями. Сходство с аэрогелями состоит в том, что они являются гетерогенными дисперсными системами с одинаковой твёрдой фазой.

С газовыми смесями аэрозоли сходны тем, что содержат достаточно ки­слорода для полного сгорания, т.е. не требуют подвода кислорода из окру­жающей атмосферы. Благодаря хорошему смешению горючего с окислите­лем аэрозоли взрывоопасны подобно газовым смесям. В аэрозолях также возможно самовоспламенение или вынужденное воспламенение, критиче­ские условия для которых определяются диаграммой Н.Н. Семёнова. Воспламе­няемость аэрозолей так же может характеризоваться температурой самовос­пламенения или мощностью источника зажигания.

В явлениях воспламенения и горения аэрозолей металлов обнаруживает­ся ряд черт, объединяющих их с газовыми смесями. Это - критические усло­вия температурного типа в виде минимальной мощности зажигающего им­пульса, а также концентрационного типа - в виде концентрационных преде­лов воспламеняемости, способности к достижению взрывного горения, сход­ства зависимости воспламеняемости от некоторых факторов.

Горение в аэрозоле распространяется от частицы к частице. Зажигающий импульс в виде теплового потока передаётся с некоторой скоростью и задер­живается в частице на время её нагрева до температуры воспламенения. По истечении этого времени частица загорается и посылает зажигающий им­пульс следующей частице.

Скорость распространения фронта горения в аэрозолях , м/с вычисляют по формуле:

, (2.6)

где - путь передачи зажигающего импульса между частицами, м;

- скорость распространения теплового импульса в промежуточной среде, м/с;

- время, затрачиваемое на прогрев и воспламенение частицы, с.

Среднее расстояние между частицами аэрозоля , вычисляют по формуле:

, (2.7)

где - средний линейный размер частиц, м;

- линейная концентрация аэрозоля, м/м;

- коэффициент формы частицы;

- объёмная концентрации аэрозоля, м³/м³;

- плотность вещества, кг/м³;

- массовой концентрации аэрозоля, кг/м³.

В этом случае размерности плотности ( ) и массовой концентрации ( ) одинаковы, объёмная ( ) и линей­ная концентрации ( ) аэрозоля, безразмерны.

Объемная концентрация , вычисляется по формуле:

, (2.8)

где - объем дисперсной фазы, м³;

- объем аэрозоля, м³.

Линейная концентрация , вычисляется по формуле:

, (2.9)

где - расстояние между частицами, м.

Определим расстояние между частицами аэрозоля, имеющего массовую концентрацию = 40×10^-3 кг/м³, плотность металла = 10×10³ кг/м³, размер частиц = 40×10^{-6 м}, коэффициент формы = 1. Получим = 4×10^-6, =16×10^-3 и тогда рас­стояние между частицами = 2,5×10^{-3 м.}

Изменение концентрации аэрозоля, плотности металла, формы частиц значительно слабее влияет на расстояние между частицами, чем размер час­тиц. Так с изменением концентрации в 10 раз, расстояние изменяется в 2 раза, тогда как при таком же изменении размера частиц расстояние изменяет­ся в 10 раз.

Таблица 2.2 – Нижние концентрационные пределы взрывчатости некоторых веществ

Для сложной газо-паровоздушной смеси известного состава пределы воспламенения , % можно подсчитать по формуле Ле Шателье:

, (2.10)

где , … - концентрация горючих компонентов в смеси, причём + +…+ = 100 (%);

, … - соответствующие пределы воспламенения чистых компо­нентов смеси, %.