Движение на пламък през газова смеснаречено разпространение на пламъка. В зависимост от скоростта на разпространение на пламъка, горенето може да бъде дефлагративно със скорост няколко m/s, експлозивно със скорост от порядъка на десетки или стотици m/s и детониращо със скорост хиляди m/s.
За дефлаграция или нормална дистрибуцияизгарянехарактеризиращ се с пренос на топлина от слой на слой и пламъкът, който възниква в сместа, нагрята и разредена с активни радикали и реакционни продукти, се движи в посока на първоначалната горима смес. Това се обяснява с факта, че пламъкът се превръща в източник, който излъчва непрекъснат поток от топлина и химически активни частици. В резултат на това фронтът на пламъка се придвижва към горимата смес.
Дефлаграционно изгарянеделят на ламинарен и турбулентен.
Ламинарното горене има нормална скорост на разпространение на пламъка.
Нормалната скорост на разпространение на пламъка, съгласно GOST 12.1.044 SSBT, се нарича скорост на фронта на пламъкаспрямо неизгорелия газ, в посока, перпендикулярна на повърхността му.
Стойността на нормалната скорост на разпространение на пламъка, като един от показателите за опасност от пожар и експлозия на вещества, характеризира опасността от отрасли, свързани с използването на течности и газове; използва се при изчисляване на скоростта на нарастване на експлозивното налягане на газ, паровъздушни смеси, критичния (пожарогасителен) диаметър и при разработването на мерки за осигуряване на безопасност при пожар и експлозия технологични процесив съответствие с изискванията на GOST 12.1.004 и GOST 12.1.010 SSBT.
Нормалната скорост на разпространение на пламъка - физикохимичната константа на сместа - зависи от състава на сместа, налягането и температурата и се определя от скоростта на химичната реакция и молекулярната топлопроводимост.
Температурата сравнително слабо увеличава нормалната скорост на разпространение на пламъка, инертните примеси я намаляват, а увеличаването на налягането води до увеличаване или намаляване на скоростта.
В ламинарен газов потокскоростите на газа са ниски и горимата смес се образува в резултат на молекулярна дифузия. Скоростта на горене в този случай зависи от скоростта на образуване на горимата смес. Бурен пламъксе образува при увеличаване на скоростта на разпространение на пламъка, когато се наруши ламинарността на неговото движение. В турбулентен пламък вихърът от газови струи подобрява смесването на реагиращите газове, тъй като повърхността, през която се извършва молекулярна дифузия, се увеличава.
В резултат на взаимодействието на горимо вещество с окислител се образуват продукти на горене, чийто състав зависи от изходните съединения и условията на реакцията на горене.
С пълно изгаряне органични съединенияОбразуват се CO 2, SO 2, H 2 O, N 2, а при горенето на неорганични съединения - оксиди. В зависимост от точката на топене, реакционните продукти могат да бъдат под формата на стопилка (Al 2 O 3, TiO 2) или да се издигнат във въздуха под формата на дим (P 2 O 5, Na 2 O, MgO). Разтопените твърди вещества създават яркостта на пламъка. При изгаряне на въглеводороди силната яркост на пламъка се осигурява от сиянието на частици сажди, които се образуват в големи количества. Намаляването на съдържанието на сажди в резултат на неговото окисляване намалява яркостта на пламъка, а понижаването на температурата усложнява окисляването на саждите и води до образуване на сажди в пламъка.
За да се прекъсне реакцията на горене е необходимо да се нарушат условията за нейното възникване и поддържане. Обикновено за гасене се използва нарушение на две основни условия на стабилно състояние - понижаване на температурата и режима на движение на газа.
Температурен спадможе да се постигне чрез въвеждане на вещества, които абсорбират много топлина в резултат на изпаряване и дисоциация (например вода, прахове).
Режим на движение на газаможе да се модифицира чрез намаляване и елиминиране на притока на кислород.
Експлозия, съгласно GOST 12.1.010 " Безопасност при експлозия“, - бърза трансформация на вещество (експлозивно изгаряне), придружено от освобождаване на енергия и образуване на сгъстени газове, способни да произвеждат работа.
Експлозията, като правило, води до интензивно повишаване на налягането. IN заобикаляща средаобразува се и се разпространява ударна вълна.
Ударна вълнаима разрушителна способност, ако свръхналягането в него е над 15 kPa. Разпространява се в газа пред фронта на пламъка с скорост на звука– 330 м/с. По време на експлозия първоначалната енергия се преобразува в енергията на нагрети сгъстени газове, която се превръща в енергия на движение, компресия и нагряване на средата. Възможен различни видовеначална взривна енергия - електрическа, топлинна, еластична енергия на натиск, атомна, химична.
Основните параметри, характеризиращи опасността от експлозия в съответствие с GOST 12.1.010, са налягането на фронта на ударната вълна, максималното налягане на експлозията, средната и максималната скорост на нарастване на налягането по време на експлозия, свойствата на раздробяване или висока експлозия на експлозивна среда.
Общ ефект от експлозиятасе изразява в разрушаване на оборудване или помещения, причинено от ударната вълна, както и в изпускане вредни вещества(продукти от експлозия или съдържащи се в оборудването).
Максимално налягане на експлозия(P max) - най-високото налягане, което възниква по време на дефлаграционна експлозия на смес от газ, пара или прах и въздух в затворен съд при първоначално налягане на сместа от 101,3 kPa.
Скорост на нарастване на налягането по време на експлозия(dР/dt) – производна на налягането на експлозия по време във възходящата част на зависимостта на налягането на експлозия на смес от газ, пара, прах и въздух в затворен съд от времето. В този случай се прави разлика между максималната и средната скорост на нарастване на налягането по време на експлозия. При установяване на максималната скорост се използва нарастването на налягането в правия участък на налягането на експлозията спрямо времето, а при определяне Средната скорост– зоната между максималното налягане на експлозията и първоначалното налягане в съда преди експлозията.
И двете характеристики са важни фактори за защита от експлозия. С тях се определя категорията на помещенията и сградите за взриво- и пожарозащита и опасност от пожар, при изчисляване на предпазни устройства, при разработване на мерки за пожарна и взривна безопасност на технологичните процеси.
Детонацияе процес на химическа трансформация на системата окислител-редуктор, която е комбинация от ударна вълна, разпространяваща се с постоянна скорост и надвишаваща скоростта на звука, и следваща фронта на зоната на химични трансформации на изходните вещества. Химична енергия, освободен в детонационната вълна, захранва ударната вълна, предотвратявайки нейното изгасване. Скоростта на детонационната вълна е характеристика на всяка конкретна система.

Теорията твърди, че експлозията на газ или паровъздушна смес не е мигновено явление. Когато в горимата смес се въведе източник на запалване, в зоната на действие на източника на запалване започва окислителна реакция на горивото с окислителя. Скоростта на окислителната реакция в някакъв елементарен обем на тази зона достига максимум - възниква изгаряне. Горенето на границата на елементарен обем със средата се нарича фронт на пламъка. Фронтът на пламъка има формата на сфера. Дебелината на фронта на пламъка, според изчисленията на Я.Б. Зелдович , равен на 1-100 микрона. Въпреки че дебелината на зоната на горене е малка, тя е достатъчна за протичане на реакцията на горене. Температурата на фронта на пламъка, дължаща се на топлината на реакцията на горене, е 1000-3000 ° C и зависи от състава на горимата смес.

С движението на фронта на пламъка температурата на неизгорялата част от горимата смес се повишава с увеличаване на налягането на сместа. В близост до фронта на пламъка температурата на сместа също се повишава, което се дължи на
пренос на топлина чрез проводимост, дифузия на нагрети молекули и радиация. На външната повърхност на фронта на пламъка тази температура е равна на температурата на самозапалване на горимата смес.

След запалване на горимата смес, сферичната форма на пламъка много бързо се изкривява и все повече се разтяга към сместа, която още не е запалена. Разширяване на фронта на пламъка и бързо нарастванеповърхността му е придружена от увеличаване на скоростта на движение на централната част на пламъка. Това ускорение продължава, докато пламъкът докосне стените на тръбата или във всеки случай се приближи близо до стената на тръбата. В този момент размерът на пламъка рязко намалява и остава само малка част от пламъка, покриваща цялото напречно сечение на тръбата. Разширяване на фронта на пламъка
и интензивното му ускорение непосредствено след запалване от искра, когато пламъкът все още не е достигнал стените на тръбата, се причиняват от увеличаване на обема на продуктите от горенето. Така в началния етап на процеса на образуване на фронта на пламъка, независимо от степента на запалимост на газовата смес, се получава ускоряване и последващо спиране на пламъка, като това спиране ще бъде по-голямо, колкото по-висока е скоростта на пламъка.

Развитието на следващите етапи на горене се влияе от дължината на тръбата. Удължаването на тръбата води до появата на вибрации и образуването на клетъчна структура на пламък, ударни и детонационни вълни.

От зависимостта може да се определи ширината на нагревателната зона (в cm).

1 = a/v

Където А- коефициент на топлопроводимост; v- скорост на разпространение на пламъка.

Линейна скорост на движение v(в m/s) може да се определи по формулата

V = V t /

Където V t- масова скорост на горене, g/(s m3); - плътност на първоначалната горима смес, kg/m3.

Линейна скоростДвижението на фронта на пламъка не е постоянно; варира в зависимост от състава. Смеси и добавки от инертни (незапалими) газове, температура на сместа, диаметър на тръбата и др. Максималната скорост на разпространение на пламъка се наблюдава не при стехиометричната концентрация на сместа, а в смес с излишък на гориво. Когато инертни газове се въвеждат в запалима смес, скоростта на разпространение на пламъка намалява. Това се обяснява с намаляването на температурата на горене на сместа, тъй като част от топлината се изразходва за нагряване на инертни примеси, които не участват в реакцията.

С увеличаване на диаметъра на тръбите скоростта на разпространение на пламъка се увеличава неравномерно. Когато диаметърът на тръбата се увеличи до 0,1-0,15 m, скоростта се увеличава доста бързо. Температурата се повишава, докато диаметърът достигне определен максимален диаметър,
над която не се получава увеличение на скоростта. С намаляване на диаметъра на тръбата скоростта на разпространение на пламъка намалява и при определен малък диаметър пламъкът не се разпространява в тръбата. Това явление може да се обясни с увеличаване на топлинните загуби през стените
тръби.

Следователно, за да се спре разпространението на пламък в горима смес, е необходимо да се понижи температурата на сместа по един или друг начин, като охладите съда (в нашия пример, тръба) отвън или разредете сместа със студен инертен газ.

Нормалната скорост на разпространение на пламъка е сравнително ниска (не повече от десетки метри в секунда), но при някои условия пламъкът в тръбите се разпространява с огромна скорост (от 2 до 5 km/s), надвишаваща скоростта на звука в дадена среда. Това явление беше наречено детонация. Отличителни чертидетонациите са както следва:

1) постоянна скорост на горене, независимо от диаметъра на тръбата;

2) високо наляганепламък, причинен от детонационна вълна, която може да надвишава 50 MPa в зависимост от химическата природа на горимата смес и първоначалното налягане; Освен това, поради високата скорост на горене, създаденото налягане не зависи от формата, капацитета и херметичността на съда (или тръбата).

С ускоряването на пламъка амплитудата на ударната вълна също се увеличава и температурата на компресия достига температурата на самозапалване на сместа.

Нараства общ бройна изгаряне на газ за единица време се обяснява с факта, че в струя с променлива скорост на напречното сечение фронтът на пламъка се огъва, в резултат на което повърхността му се увеличава и количеството на горящото вещество нараства пропорционално.

При изгаряне на газови смеси в затворен обем продуктите от горенето не извършват работа; Енергията на експлозията се изразходва само за нагряване на продуктите на експлозията. В този случай общата енергия се определя като сумата от вътрешната енергия на експлозивната смес Q ext.en.cm. и топлина на изгаряне на дадено вещество ΔQ g Стойност Q ext.en.cm. равна на сумата от произведенията на топлинните мощности на компонентите на експлозивната смес при постоянен обем от началната температура
температура на сместа

Q ext.en.cm. = C 1 T + C 2 T + …+ C p T

където C 1, C 2, C p са специфичните топлинни мощности на съставните компоненти
експлозивна смес, kJ/(kg K); T -начална температура на сместа, K.

Температурата на експлозия на газови смеси при постоянен обем се изчислява по същия метод като температурата на горене на сместа при постоянно налягане.

Температурата на експлозия се използва за определяне на налягането на експлозия. Налягането по време на експлозия на газово-въздушна смес в затворен обем зависи от температурата на експлозията и съотношението на броя на молекулите на продуктите на горенето към броя на молекулите в експлозивната смес. Когато газово-въздушните смеси експлодират, налягането обикновено не надвишава 1,0 MPa, ако първоначалното налягане на сместа е нормално. При замяна на въздуха в експлозивна смес с кислород налягането на експлозията се увеличава рязко с повишаване на температурата на горене.

Налягане на експлозия на стехиометрични смеси от метан, етилен, ацетон и
метилов етер с кислород е 1,5 - 1,9 МРа, а стехиометричните смеси с въздух е 1,0 МРа.

Максималното налягане на експлозия се използва при изчисленията на устойчивостта на експлозия на оборудването, както и при изчисленията предпазни клапани, експлозивни мембрани и корпуси на взривобезопасно електрическо оборудване. Налягане на експлозия Рвъзрастни (в MPa) смеси газ-въздух се изчисляват по формулата

Рвъзрастен =

Където p 0- начално налягане на експлозивната смес, MPa; Т 0И T възрастен- начална температура на експлозивната смес и температура на експлозия, K;

Броят на молекулите на газовете от продуктите на горенето след експлозията;
- броят на молекулите на газовете в сместа преди експлозията.

Изследването на процесите на горене на запалими смеси от руски и чуждестранни учени позволи теоретично да обоснове много явления, съпътстващи процеса на горене, включително скоростта на разпространение на пламъка. Изследването на скоростта на разпространение на пламъка в газови смеси позволява да се определят безопасните скорости на потоците газ-въздух във вентилационните, рекуперационните, аспирационните тръбопроводи и в тръбопроводите на други инсталации, през които се транспортират газови и праховъздушни смеси.

През 1889 г. руският учен В.А. Микелсън обмисли две ограничаващи случаиразпространение на пламъка при нормално или бавно горене и при детонация.

Теорията за нормалното разпространение на пламъка и детонацията е доразвита в трудовете на N.N. Семенова, К.И. Щелкина, Д.А. Франк-Каменецки, Л.Н. Хитрина, А.С. Соколика, В.И. Скобелкин и други учени, както и чуждестранни учени Б. Луис, Г. Елбе и др. В резултат на това е създадена теорията за възпламеняване на експлозивни смеси. Въпреки това, опитите да се интерпретират явленията на разпространение на пламъка като дифузия активни центровеили обясненията на границите на разпространение на пламъка чрез условия на отворена верига не са достатъчно убедителни.

През 1942 г. съветският учен Я.Б. Зелдович формулира принципите на теорията за горене и детонация на газове. Теорията на горенето отговаря на основните въпроси: дали сместа на този съставзапалими, каква ще бъде скоростта на горене на взривоопасната смес, какви характеристики и форми на пламъка трябва да се очакват. Теорията гласи, че експлозията на газ или паровъздушна смес не е мигновен феномен. Когато в горимата смес се въведе източник на запалване, в зоната на действие на източника на запалване започва окислителна реакция на горивото с окислителя. Скоростта на окислителната реакция в някакъв елементарен обем на тази зона достига максимум - възниква горене. Горенето на границата на елементарен обем със средата се нарича фронт на пламъка. Фронтът на пламъка има формата на сфера. Дебелината на фронта на пламъка, според изчисленията на Я.Б. Зелдович, равен на 1 – 100 микрона. Въпреки че дебелината на зоната на горене е малка, тя е достатъчна за протичане на реакцията на горене. Температурата на фронта на пламъка, дължаща се на топлината на реакцията на горене, е 1000 - 3000 0 С и зависи от състава на горимата смес. В близост до фронта на пламъка температурата на сместа също се повишава, което се дължи на пренос на топлина чрез проводимост, дифузия на нагрети молекули и радиация. На външната повърхност на фронта на пламъка тази температура е равна на температурата на самозапалване на горимата смес. Изменението на температурата на сместа по оста на тръбата в моменти от време е показано графично на фиг. 4.1. Газов слой CC 1, при което температурата на сместа се повишава, представлява фронта на пламъка. С повишаване на температурата фронтът на пламъка се разширява (до КК 2) към крайните стени на тръбата АИ М, измествайки неизгорялата смес към стената с определена скорост М, а изгорелия газ към стената А. След запалване на горимата смес, сферичната форма на пламъка много бързо се изкривява и все повече се разтяга към сместа, която още не е запалена. Удължаването на фронта на пламъка и бързото увеличаване на повърхността му е съпроводено с увеличаване на скоростта на движение

централната част на пламъка. Това ускорение продължава, докато пламъкът докосне стените на тръбата или във всеки случай се приближи близо до стената на тръбата. В този момент размерът на пламъка рязко намалява и остава само малка част от пламъка, покриваща цялото напречно сечение на тръбата. Разширяването на фронта на пламъка и интензивното му ускорение веднага след запалване от искра, когато пламъкът все още не е достигнал стените на тръбата, се причиняват от увеличаване на обема на продуктите от горенето. Така в началния етап на процеса на образуване на фронта на пламъка, независимо от степента на запалимост на газовата смес, се получава ускоряване и последващо спиране на пламъка, като това спиране ще бъде по-голямо, колкото по-висока е скоростта на пламъка.

Ориз. 4.1. Изменение на температурата пред и зад фронта на пламъка: 1 – зона

продукти от горенето; 2 – фронт на пламъка; 3 – зона на самозапалване;

4 – зона за предварително нагряване; 5 – изходна смес

Развитието на следващите етапи на горене се влияе от дължината на тръбата. Удължаването на тръбата води до появата на вибрации и образуването на клетъчна структура на пламък, ударни и детонационни вълни.

Нека разгледаме ширината на нагревателната зона пред фронта на пламъка. В тази зона химическа реакцияне пропуска и не генерира топлина. Ширина на нагревателната зона л(в cm) може да се определи от зависимостта:

Където А– коефициент на топлопроводимост; v– скорост на разпространение на пламъка.

За сместа метан-въздух ширината на зоната на нагряване е 0,0006 m; за сместа водород-въздух е много по-малка (3 микрона). Последващо изгаряне възниква в смес, чието състояние вече е променено в резултат на топлопроводимост и дифузия на компоненти от съседни слоеве. Добавянето на реакционни продукти няма специфичен каталитичен ефект върху скоростта на движение на пламъка.

Нека сега разгледаме скоростта на движение на фронта на пламъка през газовата смес. Линейна скорост на движение v(в m/s) може да се определи по формулата

където е масовата скорост на изгаряне, g / (cm × m 2), p е плътността на първоначалната горима смес, kg / m 3.

Линейната скорост на движение на фронта на пламъка не е постоянна, тя варира в зависимост от състава на сместа и примеса на инертни (незапалими) газове, температурата на сместа, диаметъра на тръбите и др. скоростта на разпространение на пламъка се наблюдава не при стехиометричната концентрация на сместа, а в смес с излишък на гориво. Когато инертни газове се въвеждат в запалима смес, скоростта на разпространение на пламъка намалява. Това се обяснява с намаляването на температурата на горене на сместа, тъй като част от топлината се изразходва за нагряване на инертни примеси, които не участват в реакцията. Скоростта на разпространение на пламъка се влияе от топлинния капацитет на инертния газ. Колкото по-голям е топлинният капацитет на инертния газ, толкова повече той намалява температурата на горене и толкова повече намалява скоростта на разпространение на пламъка. Така в смес от метан с въздух, разреден с въглероден диоксид, скоростта на разпространение на пламъка е приблизително три пъти по-малка, отколкото в смес, разредена с аргон.

Когато сместа е предварително загрята, скоростта на разпространение на пламъка се увеличава. Установено е, че скоростта на разпространение на пламъка е пропорционална на квадрата на началната температура на сместа.

С увеличаване на диаметъра на тръбите скоростта на разпространение на пламъка се увеличава неравномерно.

Когато диаметърът на тръбата се увеличи до 0,10 - 0,15 m, скоростта се увеличава доста бързо; с по-нататъшно увеличаване на диаметъра на тръбите, той продължава да се увеличава, но в по-малка степен. Температурата се повишава, докато диаметърът достигне определен граничен диаметър, над който скоростта не се увеличава. С намаляване на диаметъра на тръбата скоростта на разпространение на пламъка намалява и при определен малък диаметър пламъкът не се разпространява в тръбата. Това явление може да се обясни с увеличаване на топлинните загуби през стените на тръбата.

Следователно, за да се спре разпространението на пламък в горима смес, е необходимо да се понижи температурата на сместа по един или друг начин, като охладите съда (в нашия пример, тръба) отвън или разредете сместа със студен инертен газ.

Нормалната скорост на разпространение на пламъка е сравнително ниска (не повече от десетки метри в секунда), но при някои условия пламъкът в тръбите се разпространява с огромна скорост (от 2 до 5 km/s), надвишаваща скоростта на звука в дадена среда. Това явление се нарича детонация. Отличителните характеристики на детонацията са следните:

1) постоянна скорост на горене, независимо от диаметъра на тръбата;

2) високо налягане на пламъка, причинено от детонационната вълна, което може да надвишава 50 MPa в зависимост от химическата природа на горимата смес и първоначалното налягане; Освен това, поради високата скорост на горене, създаденото налягане не зависи от формата, капацитета и херметичността на съда (или тръбата).

Нека разгледаме прехода от бързо изгаряне към детонация в дълга тръба с постоянно напречно сечение, когато сместа се запали в затворения край. Под натиска на фронта на пламъка в горимата смес се появяват вълни на компресия - ударни вълни. При ударната вълна температурата на газа се повишава до стойности, при които се случва самозапалване на сместа далеч пред фронта на пламъка. Този режим на горене се нарича детонация. Тъй като фронтът на пламъка се движи, движението на слоевете, съседни на стената, се забавя и съответно се ускорява движението на сместа в центъра на тръбата; разпространение

Растежът в напречното сечение става неравномерен. Появяват се струи от газови смеси, чиято скорост е по-малка от средната скорост на газовата смес при нормално горене и струи, които се движат по-бързо. При тези условия скоростта на пламъка спрямо сместа се увеличава, количеството изгорен газ за единица време се увеличава и движението на фронта на пламъка се определя от максималната скорост на газовата струя.

С ускоряването на пламъка амплитудата на ударната вълна също се увеличава и температурата на компресия достига температурата на самозапалване на сместа.

Увеличаването на общото количество изгорен газ за единица време се обяснява с факта, че в струя с променлива скорост на напречното сечение фронтът на пламъка се огъва; в резултат на това повърхността му се увеличава и пропорционално се увеличава количеството на горивния материал.

Един от начините за намаляване на скоростта на горене на запалими смеси е да се въздейства върху пламъка с инертни газове, но поради ниската им ефективност понастоящем се използва химическо инхибиране на горенето чрез добавяне на халогенирани въглеводороди към сместа.

Горимите газови смеси имат две теоретични температури на горене - при постоянен обем и при постоянно налягане, като първата винаги е по-висока от втората.

Методът за изчисляване на калориметричната температура на горене при постоянно налягане е разгледан в раздел 1. Нека разгледаме метода за изчисляване на теоретичната температура на горене на газови смеси при постоянен обем, което съответства на експлозия в затворен съд. Основата за изчисляване на теоретичната температура на горене при постоянен обем са същите условия, както е посочено в подраздел. 1.7.

При изгаряне на газови смеси в затворен обем продуктите от горенето не извършват работа; Енергията на експлозията се изразходва само за нагряване на продуктите на експлозията. В този случай общата енергия се определя като сбор от вътрешната енергия на експлозивната смес Q ext.en.cm и топлината на изгаряне на даденото вещество. Стойността на Q int.en.cm е равна на сумата от произведенията на топлинните мощности на компонентите на експлозивната смес при постоянен обем и началната температура на сместа

Q int.en.cm = s 1 T + s 2 T +… + s n T,

където с 1, с 2, с n са специфичните топлинни мощности на компонентите, които съставят експлозивната смес, kJ / (kg × K); T е началната температура на сместа, K.

Стойността на Q ext.en.cm може да се намери в справочните таблици. Температурата на експлозия на газови смеси при постоянен обем се изчислява по същия метод като температурата на горене на сместа при постоянно налягане.

Температурата на експлозия се използва за определяне на налягането на експлозия. Налягането по време на експлозия на газово-въздушна смес в затворен обем зависи от температурата на експлозията и съотношението на броя на молекулите на продуктите на горенето към броя на молекулите в експлозивната смес. Когато сместа газ-въздух експлодира, налягането обикновено не надвишава 1,0 MPa, ако първоначалното налягане на сместа е нормално. При замяна на въздуха в експлозивна смес с кислород налягането на експлозията се увеличава рязко с повишаване на температурата на горене.

По време на експлозията дори на стехиометрична смес газ-въздух значително количество топлина се изразходва за нагряване на азота в сместа, така че температурата на експлозия на такива смеси е много по-ниска от температурата на експлозия на смеси с кислород. По този начин налягането на експлозия на стехиометрична смес от метан, етилен, ацетон и метилов етер

pa с кислород е 1,5 – 1,9 MPa, а стехиометричните им смеси с въздух са 1,0 MPa.

Максималното налягане на експлозия се използва при изчисляване на устойчивостта на експлозия на оборудване, както и при изчисления на предпазни клапани, взривни мембрани и корпуси на взривозащитено електрическо оборудване.

Налягането на експлозия P adult (в MPa) на смеси газ-въздух се изчислява по формулата

,

където P 0 – начално налягане на експлозивната смес, MPa; T0 и Texp – начална температура на взривоопасната смес и температура на взривяване, K; – броят на молекулите на газовете от продуктите на горенето след експлозията; – броя на молекулите на газовете в сместа преди експлозията.

Пример 4.1 . Изчислете налягането при експлозия на смес от пари на етилов алкохол и въздух.

.

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

1 Методът се състои в определяне на горните граници за максималната и средната скорост на нарастване на налягането на експлозията на газови и паровъздушни смеси в сферичен реакционен съд с постоянен обем.

Горната граница за максимална скорост на нарастване на налягането в kPa s -1 се изчислява по формулата

Където стр аз-начално налягане, kPa;

С И. аз- нормална скорост на разпространение на пламъка при начално налягане и температура, m s -1;

а-радиус на сферичния реакционен съд, m;

Безразмерно максимално налягане на експлозия;

Р  -максимално абсолютно налягане на експлозия, kPa;

 И-адиабатен показател за изследваната смес;

-термокинетичен показател в зависимост от нормалната скорост на разпространение на пламъка от налягането и температурата. Ако стойността  неизвестно, се приема равно на 0,4.

Горната граница за средната скорост на нарастване на налягането в kPa s -1 се изчислява по формулата

, (98)

където е функция от параметри  д ,  И ,  , чиито стойности се намират с помощта на номограми, показани на фиг. 26 и 27.

Стойности  дИ  Исе намират чрез термодинамично изчисление или, ако изчислението е невъзможно, се приемат равни съответно на 9,0 и 1,4.

Относителната средна квадратична грешка при изчисление по формули (97) и (98) не надвишава 20%.

2. Максималната скорост на нарастване на налягането на експлозия на газови и паровъздушни смеси за вещества, състоящи се от атоми C, H, O, N, S, F, Cl, се изчислява по формулата

, (99)

Където V-обем на реакционния съд, m3.

Относителната средна квадратична грешка на изчислението по формула (99) не надвишава 30%.

Метод за експериментално определяне на условията за термично самозапалване на твърди тела и материали

1. Оборудване.

Оборудването за определяне на условията на топлинно спонтанно запалване включва следните елементи.

1.1. Капацитет на термостата работна камеранай-малко 40 dm 3 с термостат, който ви позволява да поддържате постоянна температура от 60 до 250 ° C с грешка не повече от 3 ° C.

1.2. Кошници от устойчив на корозия метал, кубични или цилиндричнависочини 35, 50, 70, 100, 140 и 200 мм (по 10 броя от всеки размер) с капаци. Диаметърът на цилиндричната кошница трябва да бъде равен на нейната височина. Дебелината на стената на коша е (1,0±0,1) мм.

1.3. Термоелектрически преобразуватели (най-малко 3) с максимален работен диаметър на прехода не повече от 0,8 mm.

2. Подготовка за теста.

2.1. Извършете тест за калибриране, за да определите корекцията ( T T) към показанията на термоелектрически преобразуватели 2 И 3 . За да направите това, поставете кошница с незапалимо вещество (например калциниран пясък) в термостат, загрят до определена температура. Термоелектрическите преобразуватели (фиг. 2) са монтирани по такъв начин, че работният възел на един термоелектрически преобразувател е в контакт с пробата и се намира в центъра му, вторият е в контакт с външната страна на кошницата, а третият е на разстояние (30±1) мм от стената на коша. Работните връзки и на трите термоелектрически преобразувателя трябва да бъдат разположени на едно и също хоризонтално ниво, съответстващо на централната линия на термостата.

1 , 2 , 3 -работни възли на термоелектрически преобразуватели.

Кошницата с незапалимо вещество се държи в термостат до установяване на стационарен режим, при който показанията на всички термоелектрически

преобразувателите остават непроменени за 10 минути или се колебаят с постоянна амплитуда около средните температури T 1 , T 2 , T 3 . Изменение  T T се изчислява по формулата

, (100)

2.2. Тестовите проби трябва да характеризират средните свойства на веществото (материала), което се тества. При тестване на листов материал той се събира в стек, съответстващ на вътрешните размери на кошницата. В проби от монолитни материали в центъра е предварително пробит отвор с диаметър (7,0 ± 0,5) mm за термоелектрически преобразувател.