От концентрации горючего вещества

Теория горения и взрыва

Учебно-методическое пособие

к практическим занятиям и выполнению контрольной работы № 2

Уфа

Изучение курса «Теория горения и взрыва», помимо лекций и лабораторных работ, предполагает расчет параметров взрыва, таких как максимальное давление взрыва, температура взрыва и изучение их зависимости от концентрации горючего вещества.

Пособие составлено в соответствии с рабочей программой дисциплины «Теория горения и взрыва» и предназначено для студентов направления 280700 «Техносферная безопасность» профилей подготовки «Пожарная безопасность», «Безопасность технологических процессов и производств» и «Защита в чрезвычайных ситуациях» (БПБ, ББП, БЧС, БПБз, ББПз).

Составитель: Байбазарова Р.Р., доцент

Рецензенты: Бакиров И.К., к.т.н.,

доцент каф. ППБ УГНТУ

Краснов А.В., к.т.н.,

преподаватель каф. ППБ УГНТУ

© Уфимский государственный нефтяной технический университет, 2015

СОДЕРЖАНИЕ

1. Параметры взрыва и их зависимость от концентрации 4

горючего вещества

2. Задание для выполнения контрольной работы 6

3. Варианты заданий 7

4. Расчет температуры взрыва 8

5. Расчет объема продуктов горения 8

6. Расчет теплоты и температуры взрыва 12

7. Расчет давления взрыва при различных концентрациях 14

Приложение 18

Список литературы 19

Параметры взрыва и их зависимость

от концентрации горючего вещества

Одним из важнейших показателей пожарной опасности веществ и материалов является максимальное давление взрыва.

Максимальное давление взрыва - это наибольшее избыточное давление, возникающее при дефлаграционном сгорании газо-, паро- или пылевоздушной смеси в замкнутом сосуде при начальном давлении 101,3 кПа.

Сущность экспериментального метода определения максимального давления взрыва заключается в зажигании газо-, паро- и пылевоздушной смеси заданного состава в объёме реакционного сосуда и регистрации избыточного развивающегося при воспламенении горючей смеси давления. Изменяя концентрацию горючего в смеси, выявляют максимальное значение давления взрыва. Если экспериментальное значение максимального давления взрыва неизвестно, его значение рассчитывают теоретически, исходя из положения, что давление в газовой смеси заданного объема определяется числом молей вещества и его температурой (уравнение Менделеева-Клапейрона)

P =

при = const давление в замкнутой системе будет изменяться в соответствии с уравнением

Откуда уравнение для расчёта давления взрыва газо-воздушной смеси:

где Р₀ и T₀ - начальные значения давления и температуры;

Т_взр - температура взрыва;

n_пг и n_гс - число молей продуктов горения и исходной горючей смеси.

Изменение числа молей в ходе химического превращения либо незначительно, либо вовсе не происходит как, например, при сгорании метана, поэтому давление взрыва главным образом зависит от температуры взрыва.

Температура взрыва - максимальная температура, до которой нагреваются продукты химических реакций, протекающих при взрыве.

Температура горения и температура взрыва зависят от концентрации горючего вещества в паровоздушной смеси. Их расчётные значения будут минимальными на нижнем и верхнем концентрационных пределах распространения пламени и будут расти при приближении смеси к стехиометрическому составу. Таким же образом выглядит и зависимость давления взрыва от концентрации горючего вещества в газо-воздушной смеси.

Расчёт максимального давления взрыва по ГОСТ 12.1.004-89 проводят для стехиометрической смеси, принимая, что температура взрыва такой смеси максимальна.

где - температура взрыва стехиометрической смеси.

Для построения зависимости давления взрыва от концентрации горючего вещества необходимо рассчитать температуру взрыва при нескольких значениях его концентрации. Температура взрыва бедных и стехиометрической смесей рассчитывается достаточно просто. При сгорании таких смесей продуктами горения в основном являются СО₂, Н₂О, N₂ и О₂, термической диссоциацией которых при нагревании можно пренебречь. В богатых смесях в избытке находится горючее вещество. Большинство горючих веществ даже при относительно невысоких температурах подвергается пиролизу. Например, большинство углеводородов подвергаются термическому разложению с образованием различных продуктов уже при температуре 300 ÷ 400^оС. Учесть вклад этих процессов на общее тепловыделение достаточно сложно. Поэтому при расчёте давления взрыва обычно ограничиваются бедными и стехиометрическими газо-воздушными смесями.

Температуру взрыва находят методом последовательных приближений по известной зависимости внутренней энергии продуктов взрыва от температуры.

В бедных смесях, где коэффициент избытка воздуха а > 1, часть выделившейся теплоты расходуется на нагрев избытка воздуха, поэтому при уменьшении концентрации горючего вещества от стехиометрической до НКПР, температура и соответственно давление взрыва будут снижаться. Для построения зависимости Т_взр и Р_взр от φ_г в области от φ_н до φ_стех можно задаться несколькими значениями концентраций горючего вещества, например, равными: φ_н ; 1,2 φ_н; 1,4φ_н; 0,8 φ_стех; φ_стех и для этих пяти значений рассчитать температуру и давление.