Normálna rýchlosť šírenie plameňa- rýchlosť pohybu čela plameňa vzhľadom na nespálený plyn v smere kolmom na jeho povrch.

Hodnota normálnej rýchlosti šírenia plameňa by sa mala použiť pri výpočte rýchlosti nárastu tlaku výbuchu zmesi plynu a pary so vzduchom v uzavretých, netesných zariadeniach a priestoroch, kritického (hasiaceho) priemeru pri vývoji a výrobe požiarnych lapačov, oblasť ľahko resetovateľných štruktúr, bezpečnostných membrán a iných zariadení na odtlakovanie; pri vývoji opatrení na zaistenie požiarnej a výbuchovej bezpečnosti technologických procesov v súlade s požiadavkami GOST 12.1.004 a GOST 12.1.010.

Podstatou metódy stanovenia normálnej rýchlosti šírenia plameňa je pripraviť horľavú zmes známeho zloženia vo vnútri reakčnej nádoby, zapáliť zmes v strede bodovým zdrojom, zaznamenať zmeny tlaku v nádobe v čase a spracovať experimentálny vzťah tlak-čas pomocou matematického modelu procesu spaľovania plynu v uzavretej nádobe a optimalizačné postupy. Matematický model umožňuje získať vypočítaný vzťah tlak-čas, ktorého optimalizácia pomocou podobného experimentálneho vzťahu má za následok zmenu normálnej rýchlosti pri vývoji výbuchu pre konkrétny test.

Normálna rýchlosť horenia je rýchlosť šírenia čela plameňa vzhľadom na nespálené činidlá. Rýchlosť horenia závisí od riadku fyzikálne a chemické vlastnosti reagencie, najmä tepelnú vodivosť a rýchlosť chemickej reakcie, a má pre každé palivo veľmi špecifickú hodnotu (pri konštantných podmienkach spaľovania). V tabuľke Tabuľka 1 ukazuje rýchlosti horenia (a limity horľavosti) niektorých plynných zmesí. Koncentrácie paliva v zmesiach boli stanovené pri 25 °C a normálnom atmosférickom tlaku. Až na uvedené výnimky sa limity horľavosti dosahujú pri šírení plameňa v potrubí s priemerom 0,05 m, uzavretom na oboch stranách. Koeficienty prebytku paliva sú definované ako pomer objemového obsahu paliva v reálnej zmesi k stechiometrickej zmesi (j1) a k zmesi pri maximálnej rýchlosti spaľovania (j2).

Tabuľka 1

Rýchlosti horenia kondenzovaných zmesí (anorganické okysličovadlo + horčík)

List

Dokument č.

Podpis

Dátum

List

TGiV 20.05.01.070000.000 PZ

41,6
1,60 28,8 74,9 2,48 39,4 KNO3 37,6 0,74 12,5 75,5 1,30 20,0 Ca(N03)2 42,6 0,46 73,1 1,00 Ba(N03)2 31,8 0,34 62,8 0,74 Sr(NO3)2 36,5 0,32 6,4 65,4 0,72 12,3 Pb(NO3)2 26,8 0,26 60,2 0,70 NaCl04 44,3 0,24 78,0 0,96 KCl04 41,3 0,23 4,2 77,1 0,68 10,9 NH4C104 29,2 0,22 3,6 79,3 0,42 6,5

Ako je vidieť, pri spaľovaní zmesí vzduchu a plynov pri atmosférickom tlaku u max leží v rozsahu 0,40-0,55 m/s a - v rozsahu 0,3-0,6 kg/(m2-s). Len pre niektoré nenasýtené zlúčeniny s nízkou molekulovou hmotnosťou a vodík u max leží v rozmedzí 0,8-3,0 m/s a dosahuje 1-2 kg/(m2s). Zvýšením A max skúmaných horľavín v zmesiach so vzduchom môže byť

Zoraďte v nasledujúcom riadku: benzín a kvapalné raketové palivá - parafíny a aromáty - oxid uhoľnatý - cyklohexán a cyklopropán - etylén - propylénoxid - etylénoxid - acetylén - vodík.

Zmeniť

List

Dokument č.

Podpis

Dátum

List

TGiV 20.05.01.070000.000 PZ

Vplyv štruktúry molekuly paliva na rýchlosť spaľovania bol sledovaný pre nízkomolekulárne uhľovodíky s priamym reťazcom. Rýchlosť horenia sa zvyšuje so zvyšujúcim sa stupňom nenasýtenosti v molekule: alkány – alkény – alkadiény – alkíny. S rastúcou dĺžkou reťazca sa tento efekt znižuje, ale stále je rýchlosť spaľovania vzduchových zmesí pre n-hexén približne o 25 % vyššia ako pre n-hexán.

Lineárna rýchlosť spaľovania kyslíkových zmesí je výrazne vyššia ako u vzduchových zmesí (pre vodík a oxid uhoľnatý - 2-3 krát a pre metán - viac ako rádovo). Rýchlosť hromadného spaľovania študovaných zmesí kyslíka (okrem zmesi CO + O2) sa pohybuje v rozmedzí 3,7-11,6 kg/(m2 s).

V tabuľke V tabuľke 1 sú uvedené (podľa N. A. Silina a D. I. Postovského) rýchlosti spaľovania zhutnených zmesí dusičnanov a chloristanov s horčíkom. Na prípravu zmesí boli použité práškové zložky s veľkosťou častíc dusičnanov 150-250 mikrónov, chloristanov 200-250 mikrónov a horčíka 75-105 mikrónov. Zmes sa naplnila do kartónových obalov s priemerom 24-46 mm na koeficient zhutnenia 0,86. Vzorky boli spálené na vzduchu pri normálnom tlaku a počiatočnej teplote.

Z porovnania údajov v tabuľke. 1 a 1.25 vyplýva, že kondenzované zmesi sú hmotnostne lepšie ako zmesi plynov a nižšie ako lineárne rýchlosti spaľovania. Rýchlosť horenia zmesí s chloristanom je nižšia ako rýchlosť horenia zmesí s dusičnanmi a zmesi s dusičnanmi alkalických kovov horia rýchlejšie. vysoká rýchlosť ako zmesi s dusičnanmi kovov alkalických zemín.

Tabuľka 2

Hranice vznietenia a rýchlosti horenia zmesí so vzduchom (I) a kyslíka (II) at normálny tlak a izbovej teplote

List

Dokument č.

Podpis

Dátum

List

TGiV 20.05.01.070000.000 PZ

1,06 0,39 0,35-0,52 3,7-5,1 0,38-0,45 4,15 Etan 0,0564 0,50 2,72 1,12 0,46 Propán 0,0402 0,51 2,83 1,14 0,45 0,57 0,41 bután 0,0312 0,54 3,30 1,13 0,44 0,54 n-pentán 0,0255 0,54 3,59 1,15 0,44 n-hexán 0,0216 0,51 4,00 1,17 0,45 n-heptán 0,0187 0,53 4,50 1,22 0,45 cyklopropán 0,0444 0,58* 2,76* 1,13 0,55 cyklohexán 0,0227 0,48 4,01 1,17 0,45 Etylén 0,0652 0,41 <6,1 1,15 0,79 0,88 0,72-0,89 7,61 6,45 propylén 0,0444 0,48 2,72 1,14 0,50 Butén-1 0,0337 0,53 3,53 1,16 0,50 acetylén 0,0772 0,39* 1,33 1,63 1,86 1,65-1,73 11,6 Butin-1 0,0366 1,20 0,67 benzén 0,0271 0,43 3,36 1,08 0,47 0,61 4,6 0,6 4,6 toluén 0,0277 0,43 3,22 1,05 0,40 Hetralín C10H12 0,0158 1,01 0,38 Etylénoxid 0,0772 1,25 1,05 1,13 1,12 Propylénoxid 0,0497

Zmeniť

Metódy výpočtu rýchlosti vyhorenia kvapalín

Zmeniť

List

Dokument č.

Podpis

Dátum

List

TGiV 20.05.01.070000.000 PZ

Ak sú známe stavové parametre skúmanej kvapaliny, zahrnuté vo vzorcoch (14) - (23), potom v závislosti od dostupných údajov rýchlosť vyhorenia ( m) v akomkoľvek režime spaľovania možno vypočítať bez vykonania experimentálnych štúdií pomocou vzorcov:

; (16)

Kde M- bezrozmerná miera vyhorenia;

; (17)

M F- molekulová hmotnosť kvapaliny, kg mol -1;

d- charakteristická veľkosť zrkadla horiacej kvapaliny, m Určená ako druhá odmocnina plochy spaľovacieho povrchu; ak má spaľovacia plocha tvar kruhu, potom sa charakteristická veľkosť rovná jej priemeru. Pri výpočte rýchlosti turbulentného spaľovania si človek môže vziať d= 10 m;

T k- bod varu kvapaliny, K.

Postup výpočtu je nasledovný.

Režim spaľovania je určený hodnotou kritéria Galileo Ga, vypočítané podľa vzorca

Kde g- zrýchlenie voľného pádu, m s -2.

V závislosti od režimu spaľovania sa vypočíta bezrozmerná rýchlosť vyhorenia M. Pre režim laminárneho spaľovania:

Pre režim prechodného spaľovania:

ak, tak , (20)

ak , tak , (21)

Pre režim turbulentného spaľovania:

; , (22)

M0- molekulová hmotnosť kyslíka, kg mol -1;

n 0- stechiometrický koeficient kyslíka v spaľovacej reakcii;

n F- stechiometrický koeficient kvapaliny pri spaľovacej reakcii.

B- bezrozmerný parameter charakterizujúci intenzitu prenosu hmoty, vypočítaný podľa vzorca

, (23)

Kde Q- nižšie spalné teplo kvapaliny, kJ kg -1;

Zmeniť

List

Dokument č.

Podpis

Dátum

List

TGiV 20.05.01.070000.000 PZ

- bezrozmerná hodnota hmotnosti kyslíka potrebná na spálenie 1 kg kvapaliny;

c- izobarická tepelná kapacita produktov spaľovania (predpokladá sa, že sa rovná tepelnej kapacite vzduchu c = 1), kJ kg -1 K -1 ;

T0- teplota okolia predpokladaná na 293 K;

H- výparné teplo kvapaliny pri teplote varu, kJ kg -1;

c e- priemerná izobarická tepelná kapacita kvapaliny v rozmedzí od T0 do T to.

Ak je známa kinematická viskozita pár alebo molekulová hmotnosť a bod varu skúmanej kvapaliny, potom sa rýchlosť turbulentného spaľovania vypočíta pomocou experimentálnych údajov podľa vzorca

Kde m i- experimentálna hodnota rýchlosti vyhorenia v režime prechodného horenia, kg m -2 s -1 ;

d i- priemer horáka, v ktorom bola hodnota získaná m i, m Odporúča sa použiť horák s priemerom 30 mm. Ak je pozorované laminárne spaľovanie v horáku s priemerom 30 mm, mal by sa použiť horák s väčším priemerom.

Nad povrchom kvapalnej alebo pevnej látky sa pri akejkoľvek teplote nachádza zmes para-vzduch, ktorej tlak v rovnovážnom stave je určený tlakom nasýtených pár alebo ich koncentráciou. So zvyšujúcou sa teplotou sa tlak nasýtených pár bude zvyšovať exponenciálne (Clapeyron - Clausisova rovnica):

kde Р n „ - tlak nasýtených pár, Pa; Q„ C11 - teplo vyparovania, kJ/mol; T - teplota kvapaliny, K.

Pre akúkoľvek kvapalinu existuje teplotný rozsah, v ktorom bude koncentrácia nasýtených pár nad zrkadlom (povrchom kvapaliny) v oblasti vznietenia, t.j. NKPV

Na vytvorenie LTPV pary stačí zohriať nie celú kvapalinu, ale iba jej povrchovú vrstvu na teplotu rovnajúcu sa LTPV.

V prítomnosti zdroja vznietenia bude takáto zmes schopná vznietenia. V praxi sa častejšie používajú pojmy „bod vzplanutia“ a „teplota vznietenia“.

Bod vzplanutia je minimálna teplota kvapaliny, pri ktorej sa nad jej povrchom vytvorí koncentrácia pár, ktorá je schopná vznietenia zo zdroja vznietenia, ale rýchlosť tvorby pár je nedostatočná na udržanie horenia.

Čiže ako pri bode vzplanutia, tak aj pri spodnej teplotnej hranici vznietenia sa nad povrchom kvapaliny vytvorí spodná koncentračná hranica vznietenia, ale v druhom prípade je LFL vytvorený nasýtenou parou. Preto je bod vzplanutia vždy o niečo vyšší ako LTPV. Hoci pri bode vzplanutia dochádza ku krátkodobému vznieteniu pár, ktoré nie je schopné rozvinúť sa do stabilného horenia kvapaliny, napriek tomu za určitých podmienok môže záblesk spôsobiť požiar.

Teplota vzplanutia sa berie ako základ pre klasifikáciu kvapalín na horľavé kvapaliny (FLL) a horľavé kvapaliny (CL). Kvapaliny s bodom vzplanutia v uzavretej nádobe 61 °C alebo nižším sa klasifikujú ako horľavé kvapaliny, ktoré majú bod vzplanutia vyšší ako 61 °C.

Bod vzplanutia sa určuje experimentálne v zariadeniach otvoreného a uzavretého typu. V uzavretých nádobách sú hodnoty bodu vzplanutia vždy nižšie ako v otvorených, pretože v tomto prípade sú kvapalné pary schopné difundovať do atmosféry a na vytvorenie horľavej koncentrácie nad povrchom je potrebná vyššia teplota.

V tabuľke 2.4 znázorňuje bod vzplanutia niektorých kvapalín určený prístrojmi otvoreného a uzavretého typu.

Tabuľka 2.4

Bod vzplanutia rôznych druhov kvapalín pomocou rôznych metód stanovenia

Teplota vznietenia je minimálna teplota kvapaliny, pri ktorej po zapálení pár zo zdroja vznietenia nastane stabilné horenie.

Pre horľavé kvapaliny je teplota vznietenia o 1-5° vyššia ako bod vzplanutia, pričom čím je bod vzplanutia nižší, tým je rozdiel medzi bodmi vzplanutia a vzplanutia menší.

U horľavých kvapalín s vysokým bodom vzplanutia dosahuje rozdiel medzi týmito teplotami 25-35°. Existuje korelácia medzi bodom vzplanutia v uzavretom tégliku a spodným teplotným limitom vznietenia opísaným vzorcom

Tento vzťah platí pre ГВ(.

Značná závislosť teplôt vzplanutia a vznietenia od experimentálnych podmienok spôsobuje určité ťažkosti pri vytváraní výpočtovej metódy na odhad ich hodnôt. Jednou z najbežnejších z nich je semiempirická metóda navrhnutá V. I. Blinovom:

kde G slnko je teplota záblesku (vznietenia), K; R np - parciálny tlak nasýtených pár kvapaliny pri teplote vzplanutia (vznietenia), Pa; D()- koeficient difúzie pary kvapaliny, s/m 2 ; b- počet molekúl kyslíka potrebný na úplnú oxidáciu jednej molekuly paliva; IN - konštanta metódy stanovenia.

Pri výpočte bodu vzplanutia v uzavretej nádobe sa odporúča vziať IN= 28, v otvorenej nádobe IN= 45; na výpočet teploty vznietenia IN = 53.

Limity horľavých teplôt možno vypočítať:

Na základe známych hodnôt bodu varu

kde ^н(в)’ 7/ip - dolná (horná) hranica teploty vznietenia a bodu varu, °C; k, ja - parametre, ktorých hodnoty závisia od typu horľavej kvapaliny;

Na základe známych hodnôt koncentračných limitov. Aby ste to dosiahli, najskôr určte koncentráciu nasýtených pár nad povrchom kvapaliny

kde (p„p je koncentrácia nasýtených pár, %; R n n - tlak nasýtených pár, Pa; P 0 - vonkajší (atmosférický) tlak, Pa.

Zo vzorca (2.41) to vyplýva

Po určení tlaku nasýtených pár hodnotou dolnej (hornej) hranice horľavosti zistíme teplotu, pri ktorej sa tento tlak dosiahne. Je to spodná (horná) teplotná hranica vznietenia.

Pomocou vzorca (2.41) môžete vyriešiť aj inverzný problém: vypočítať koncentračné limity vznietenia na základe známych hodnôt teplotných limitov.

Vlastnosť plameňa samovoľne sa šíriť sa pozoruje nielen pri spaľovaní zmesí horľavých plynov s oxidačným činidlom, ale aj pri spaľovaní tekutín A pevné látky. Pri lokálnom vystavení zdroju tepla, napríklad otvorenému plameňu, sa kvapalina zahreje, zvýši sa rýchlosť vyparovania a keď povrch kvapaliny dosiahne teplotu vznietenia v mieste pôsobenia zdroja tepla, para- vzduchová zmes sa zapáli, vytvorí sa stabilný plameň, ktorý sa potom bude šíriť určitou rýchlosťou po povrchu a studená časť kvapalín.

Čo je hybnou silou šírenia spaľovacieho procesu, aký je jeho mechanizmus?

K šíreniu plameňa po povrchu kvapaliny dochádza v dôsledku prenosu tepla v dôsledku žiarenia, konvekcie a molekulárnej tepelnej vodivosti zo zóny plameňa na povrch zrkadla kvapaliny.

Podľa moderných koncepcií je hlavnou hnacou silou šírenia spaľovacieho procesu sálanie tepla z plameňa. Je známe, že plameň s vysokou teplotou (viac ako 1000 °C) je schopný emitovať tepelnú energiu. Podľa Stefanovho-Boltzmannovho zákona intenzita žiar prúdenie tepla vydávaný zohriatym telesom je určený vzťahom

Kde ts i- intenzita toku sálavého tepla, kW/m 2 ; 8 0 - stupeň čiernosti telesa (plameň) (e 0 = 0,75-H,0); a = = 5,7 10 11 kJ/(m 2 s K 4) - Stefan-Boltzmannova konštanta; G g - teplota tela (plameňa), K; G 0 - stredná teplota, K.

Teplo, sálajúce do všetkých strán, sa čiastočne dostáva do oblastí povrchu kvapaliny, ktoré sa ešte nezapálili, čím sa zahrievajú. Pri zvyšovaní teploty povrchovej vrstvy nad vyhrievanou plochou sa zintenzívňuje proces vyparovania kvapaliny a vzniká zmes pary a vzduchu. Akonáhle koncentrácia kvapalnej pary prekročí LVEL, dôjde k jej zapáleniu z plameňa. Potom táto časť povrchu kvapaliny začne intenzívne ohrievať susednú časť povrchu kvapaliny atď. Rýchlosť šírenia plameňa kvapalinou závisí od rýchlosti ohrevu povrchu kvapaliny sálavým tepelným tokom z plameňa, t.j. na rýchlosti tvorby horľavej zmesi para-vzduch nad povrchom kvapaliny, ktorá zase závisí od povahy kvapaliny a počiatočnej teploty.

Každý typ kvapaliny má svoje vlastné výparné teplo a bod vzplanutia. Čím vyššie sú ich hodnoty, čím dlhší čas je potrebný na jeho zahriatie pred vytvorením horľavej zmesi pary a vzduchu, tým nižšia je rýchlosť šírenia plameňa. So zvýšením molekulovej hmotnosti látky v rámci jednej homologickej série klesá elastický tlak pár, zvyšuje sa výparné teplo a bod vzplanutia a zodpovedajúcim spôsobom klesá aj rýchlosť šírenia plameňa.

Zvyšovaním teploty kvapaliny sa zvyšuje rýchlosť šírenia plameňa, pretože čas potrebný na zahriatie kvapaliny na jej bod vzplanutia pred zónou horenia sa znižuje.

Počas záblesku bude rýchlosť šírenia plameňa po povrchu kvapaliny (vo fyzikálnom zmysle) rovná rýchlosti šírenia plameňa cez zmes pary a vzduchu zložením blízko LCPV, t.j. 4-5 cm/s. Keď sa počiatočná teplota kvapaliny zvýši nad bod vzplanutia, rýchlosť šírenia plameňa bude závisieť (podobne ako rýchlosť šírenia plameňa) od zloženia horľavej zmesi. So zvýšením teploty kvapaliny nad jej bod vzplanutia sa totiž koncentrácia zmesi pary a vzduchu nad povrchom zrkadla zvýši z LVVP na 100 % (bod varu).

V dôsledku toho spočiatku, keď sa teplota kvapaliny zvýši z bodu vzplanutia na teplotu, pri ktorej sa nad povrchom tvoria nasýtené pary, s koncentráciou rovnou stechiometrickej (presnejšie mierne vyššej ako stechiometrické), rýchlosť plameňa propagácia sa zvýši. V uzavretých nádobách, keď sa teplota kvapaliny ďalej zvyšuje, rýchlosť šírenia plameňa sa začína znižovať až na rýchlosť zodpovedajúcu hornej teplotnej hranici vznietenia, pri ktorej sa už plameň a zmes pary a vzduchu nešíria. je možné kvôli nedostatku kyslíka v zmesi pary a vzduchu nad povrchom kvapaliny. Nad povrchom otvoreného zásobníka bude koncentrácia pary na rôznych úrovniach rôzna: na povrchu bude maximálna a bude zodpovedať koncentrácii nasýtenej pary pri danej teplote, ako sa bude vzdialenosť od povrchu zvyšovať, koncentrácia bude postupne pokles v dôsledku konvekčnej a molekulárnej difúzie.

Pri teplote kvapaliny blízkej bodu vzplanutia bude rýchlosť šírenia plameňa po povrchu kvapaliny rovná rýchlosti jeho šírenia zmesou pár vo vzduchu pri LCPV, t.j. 3-4 cm/s. V tomto prípade bude čelo plameňa umiestnené na povrchu kvapaliny. Pri ďalšom zvyšovaní počiatočnej teploty kvapaliny sa rýchlosť šírenia plameňa bude zvyšovať podobne ako pri zvyšovaní normálnej rýchlosti šírenia plameňa zmesou pary so vzduchom so zvyšujúcou sa jeho koncentráciou. Pri maximálnej rýchlosti sa plameň bude šíriť cez zmes s koncentráciou blízkou stechiometrickej. Následne pri zvýšení počiatočnej teploty kvapaliny nad Gstx zostane rýchlosť šírenia plameňa konštantná, rovná maximálnej hodnote rýchlosti šírenia horenia stechiometrickou zmesou alebo o niečo väčšia ako je (obr. 2.5). teda

Ryža. 25.

1 - spaľovanie kvapaliny v uzavretej nádobe; 2 - horenie kvapaliny v otvorenej nádobe, kedy sa počiatočná teplota kvapaliny v otvorenej nádobe mení v širokom rozsahu teplôt (až do bodu varu), rýchlosť šírenia plameňa sa bude pohybovať od niekoľkých milimetrov do 3-4 m/ s.

Pri maximálnej rýchlosti sa plameň bude šíriť cez zmes s koncentráciou blízkou stechiometrickej. Keď sa teplota kvapaliny zvýši nad Gstx, vzdialenosť nad kvapalinou, pri ktorej sa vytvorí stechiometrická koncentrácia, sa bude zväčšovať a rýchlosť šírenia plameňa zostane rovnaká (pozri obr. 2.5). Na túto okolnosť treba vždy pamätať ako pri organizovaní preventívnych prác, tak aj pri hasení požiarov, kedy môže hroziť napríklad nebezpečenstvo úniku vzduchu do uzavretej nádoby – jej odtlakovanie.

Po zapálení kvapaliny a šírení plameňa sa jej povrch stáva difúzny režim jeho vyhorenia, ktorý sa vyznačuje špecifickou hmotnosťou W rM a lineárne W V Jl rýchlosti.

Špecifická hmotnostná rýchlosť je hmotnosť látky spálenej z jednotkovej plochy zrkadla kvapaliny za jednotku času (kg/(m 2 *s)).

Lineárna rýchlosť je vzdialenosť, o ktorú sa hladina kvapaliny posunie za jednotku času v dôsledku jej vyhorenia (m/s).

Hmotnostné a lineárne rýchlosti vyhorenia sú vzájomne prepojené prostredníctvom hustoty kvapaliny p:

Po zapálení kvapaliny stúpne jej povrchová teplota z teploty vznietenia do varu a vytvorí sa zohriata vrstva. Počas tohto obdobia sa rýchlosť vyhorenia kvapaliny postupne zvyšuje, výška plameňa sa zvyšuje v závislosti od priemeru nádrže a druhu horľavej kvapaliny. Po 1-10 minútach spaľovania sa proces stabilizuje: rýchlosť vyhorenia a veľkosť plameňa zostanú v budúcnosti nezmenené.

Na výšku a tvar plameňa pri difúznom spaľovaní kvapaliny a plynu platia rovnaké zákonitosti, keďže v oboch prípadoch je spaľovací proces určený vzájomnou difúziou paliva a okysličovadla. Ak však počas difúzneho spaľovania plynov rýchlosť prúdu plynu nezávisí od procesov prebiehajúcich v plameni, potom sa pri spaľovaní kvapaliny vytvorí určitá rýchlosť vyhorenia, ktorá závisí od termodynamických parametrov kvapaliny. a na podmienkach difúzie vzdušného kyslíka a kvapalnej pary.

Medzi spaľovacou zónou a povrchom kvapaliny je vytvorený určitý prenos tepla a hmoty (obr. 2.6). Časť tepelného toku dosahujúca povrch kvapaliny q 0r sa vynakladá na jej zahriatie na bod varu q ucn. Navyše je teplo qCT Kvapalina sa privádza do tepla z plameňa cez steny nádrže v dôsledku tepelnej vodivosti. S dostatočne veľkým priemerom qCT možno potom zanedbať q() = K „ n +

To je zrejmé

kde c je tepelná kapacita kvapaliny, kJDkg-K); p - hustota kvapaliny, kg/m3; Wnc- rýchlosť rastu zahriatej vrstvy, m/s; W Jl - lineárna rýchlosť vyhorenia, m/s; 0 a SP - výparné teplo, kJ/kg; G kip je bod varu kvapaliny, K.

Ryža. 2.6.

Г () - počiatočná teplota; G var - bod varu;

T g- teplota spaľovania; q KUW q Jl - konvekčné a sálavé tepelné toky; q 0 - tepelný tok prichádzajúci na povrch kvapaliny

Zo vzorca (2.45) vyplýva, že intenzita tepelného toku zo zóny plameňa určuje určitú rýchlosť dodávky paliva do tejto zóny, ktorej chemická interakcia s oxidačným činidlom zasa ovplyvňuje hodnotu #0. Toto je čo hmotnosť- A výmena tepla medzi zónou plameňa a kondenzovanou fázou pri spaľovaní kvapalín a pevných látok.

Odhad podielu tepla z celkového tepla uvoľneného pri spaľovaní kvapaliny, ktoré sa vynakladá na jej prípravu na spaľovanie q 0 je možné vykonať v nasledujúcom poradí.

Prijatie jednoduchosti W rjl= W nx , dostaneme

Rýchlosť uvoľňovania tepla na jednotku povrchu povrchu kvapaliny (špecifické teplo ohňa qll7K) možno určiť podľa vzorca

kde Q H je spodné spalné teplo látky, kJ/kg; R p - koeficient účinnosti spaľovania.

Potom, keď vezmeme do úvahy stav (2.44) a vydelíme výraz (2.45) vzorcom (2.46), dostaneme

Výpočty ukazujú, že asi 2 % z celkového množstva tepla uvoľneného počas spaľovania kvapaliny sa vynakladajú na tvorbu a dodávku pár kvapaliny do spaľovacej zóny. Keď dôjde k procesu vyhorenia, povrchová teplota kvapaliny sa zvýši na bod varu, ktorý následne zostane nezmenený. Toto vyhlásenie platí pre jednotlivé kvapaliny. Ak vezmeme do úvahy zmesi kvapalín s rôznymi bodmi varu, potom vychádzajú najskôr frakcie s nízkou teplotou varu, potom čoraz viac frakcie s vyššou teplotou varu.

Rýchlosť vyhorenia je výrazne ovplyvnená ohrevom kvapaliny do hĺbky v dôsledku prenosu tepla z kvapaliny ohriatej sálavým prúdom q 0 povrchu kvapaliny do jej hĺbky. Tento prenos tepla sa uskutočňuje v dôsledku tepelná vodivosť A dohovoru.

Ohrev kvapaliny v dôsledku tepelnej vodivosti môže byť vyjadrený exponenciálnou závislosťou formy

Kde T x - teplota vrstvy kvapaliny v hĺbke X, TO; G kip - povrchová teplota (bod varu), K; k- koeficient proporcionality, m -1.

Tento typ teplotného poľa sa nazýva rozloženie teploty prvého druhu(obr. 2.7).

Laminárna konvencia vzniká v dôsledku rôznych teplôt kvapaliny na stenách nádrže a v jej strede, ako aj v dôsledku frakčnej destilácie v hornej vrstve počas spaľovania zmesi.

Dodatočný prenos tepla z vyhrievaných stien nádrže do kvapaliny vedie k zahrievaniu jej vrstiev v blízkosti stien na vyššiu teplotu ako v strede. Kvapalina, ktorá je viac zohriata pri stenách (alebo dokonca bublinky pary, ak sa zohrieva pri stenách nad bod varu), stúpa nahor, čo prispieva k intenzívnemu miešaniu a rýchlemu ohrevu kvapaliny vo veľkých hĺbkach. Tzv homotermálna vrstva, tie. vrstva s takmer konštantnou teplotou, ktorej hrúbka sa pri spaľovaní zväčšuje. Toto teplotné pole sa nazýva rozloženie teploty druhého druhu.

Ryža. 2.7.

1 - rozloženie teploty prvého druhu; 2 - rozloženie teploty druhého druhu

Vytvorenie homotermickej vrstvy je tiež možné ako výsledok frakčnej destilácie povrchových vrstiev zmesi kvapalín s rôznymi bodmi varu. Keď takéto kvapaliny vyhoria, povrchová vrstva sa obohatí o hustejšie frakcie s vysokou teplotou varu, ktoré klesajú, čím sa uľahčuje konvekčný ohrev kvapaliny.

Zistilo sa, že čím nižší je bod varu kvapaliny (nafta, transformátorový olej), tým ťažšie je vytvorenie homotermickej vrstvy. Keď horia, teplota stien nádrže zriedka prekročí bod varu. Pri spaľovaní mokrých vysokovriacich ropných produktov je však pravdepodobnosť vytvorenia homotermickej vrstvy pomerne vysoká. Keď sa steny nádrže zahrejú na 100 ° C a viac, vytvárajú sa bubliny vodnej pary, ktoré sa rútia nahor a spôsobujú intenzívny pohyb všetkej kvapaliny a rýchle zahrievanie do hĺbky. Závislosť hrúbky homotermálnej vrstvy od doby horenia popisuje vzťah

Kde X - hrúbka homotermálnej vrstvy v určitom bode doby horenia, m; x pr - maximálna hrúbka homotermálnej vrstvy, m; t je čas počítaný od okamihu, keď sa vrstva začne vytvárať, s; p - koeficient, s -1.

Možnosť vytvorenia dostatočne hrubej homotermickej vrstvy počas spaľovania mokrých ropných produktov je spojená s výskytom varu a vystreľovania kvapaliny.

Rýchlosť vyhorenia výrazne závisí od typu kvapaliny, počiatočnej teploty, vlhkosti a koncentrácie kyslíka v atmosfére.

Z rovnice (2.45) s prihliadnutím na výraz (2.44) možno určiť mieru vyhorenia hmoty:

Zo vzorca (2.50) je zrejmé, že rýchlosť vyhorenia je ovplyvnená intenzitou tepelného toku prichádzajúceho z plameňa na povrch kvapaliny a termofyzikálnymi parametrami paliva: bod varu, tepelná kapacita a výparné teplo.

Od stola 2.5 je zrejmé, že existuje určitá zhoda medzi rýchlosťou vyhorenia a spotrebou tepla na ohrev a odparovanie kvapaliny. V sérii benzenexylén glycerolov teda so zvýšením spotreby tepla na ohrev a odparovanie klesá rýchlosť vyhorenia. Pri prechode z benzénu na dietyléter však náklady na teplo klesajú. Tento zjavný nesúlad je spôsobený rozdielmi v intenzite tepelných tokov prichádzajúcich z horáka na povrch kvapaliny. Žiarivý tok je dostatočne veľký pre dymový plameň benzénu a malý pre relatívne priehľadný plameň dietyléteru. Pomer rýchlostí vyhorenia najrýchlejšie horiacich kvapalín a najpomalšie horiacich kvapalín je spravidla dosť malý a predstavuje 3,0 až 4,5.

Tabuľka 25

Závislosť rýchlosti vyhorenia od spotreby tepla na vykurovanie a vyparovanie

Z výrazu (2.50) vyplýva, že s rastúcim G 0 rastie rýchlosť vyhorenia, keďže spotreba tepla na ohrev kvapaliny do bodu varu klesá.

Obsah vlhkosti v zmesi znižuje rýchlosť vyhorenia kvapaliny, po prvé v dôsledku dodatočnej spotreby tepla na jej odparovanie a po druhé, v dôsledku flegmatizačného účinku vodnej pary v plynovej zóne. Ten vedie k zníženiu teploty plameňa, a preto podľa vzorca (2.43) klesá aj jeho emisivita. Presne povedané, rýchlosť horenia mokrej kvapaliny (kvapaliny obsahujúcej vodu) nie je konštantná, počas spaľovacieho procesu sa zvyšuje alebo znižuje v závislosti od teploty varu kvapaliny.

Mokré palivo môže byť reprezentované ako zmes dvoch kvapalín: palivo + voda, počas spaľovacieho procesu ich frakčnou destiláciou. Ak je bod varu horľavej kvapaliny nižší ako bod varu vody (100°C), dochádza k prednostnému spaľovaniu paliva, k obohacovaniu zmesi vodou, k zníženiu rýchlosti horenia a nakoniec k zastaveniu horenia. Ak je bod varu kvapaliny vyšší ako 100°C, potom sa naopak vlhkosť najskôr prevažne odparí a jej koncentrácia sa zníži. V dôsledku toho sa rýchlosť horenia kvapaliny zvyšuje až na rýchlosť horenia čistého produktu.

S rastúcou rýchlosťou vetra sa spravidla zvyšuje rýchlosť vyhorenia kvapaliny. Vietor zintenzívňuje proces miešania paliva s okysličovadlom, čím zvyšuje teplotu plameňa (tabuľka 2.6) a približuje plameň k spaľovaciemu povrchu.

Tabuľka 2.6

Vplyv rýchlosti vetra na teplotu plameňa

To všetko zvyšuje intenzitu tepelného toku dodávaného na ohrev a odparovanie kvapaliny, čo vedie k zvýšeniu rýchlosti vyhorenia. Pri vyššej rýchlosti vetra môže dôjsť k prasknutiu plameňa, čo povedie k zastaveniu horenia. Napríklad, keď v nádrži s priemerom 3 m horel traktorový petrolej, plameň zlyhal pri rýchlosti vetra 22 m/s.

Väčšina kvapalín nemôže horieť v atmosfére s menej ako 15 % kyslíka. Keď sa koncentrácia kyslíka zvýši nad túto hranicu, rýchlosť vyhorenia sa zvýši. V atmosfére výrazne obohatenej kyslíkom prebieha spaľovanie kvapaliny s uvoľňovaním veľkého množstva sadzí v plameni a pozoruje sa intenzívny var kvapalnej fázy. Pri viaczložkových kvapalinách (benzín, petrolej a pod.) je povrchová teplota so zvyšujúcim sa obsahom kyslíka v životné prostredie rastie.

Zvýšenie rýchlosti horenia a povrchovej teploty kvapaliny so zvyšujúcou sa koncentráciou kyslíka v atmosfére je spôsobené zvýšením emisivity plameňa v dôsledku zvýšenia teploty spaľovania a vysokého obsahu sadzí v ňom.

Rýchlosť horenia sa tiež výrazne mení s poklesom hladiny horľavej kvapaliny v nádrži: rýchlosť horenia sa znižuje, až kým sa horenie nezastaví. Keďže prívod vzdušného kyslíka z prostredia do nádrže je náročný, pri poklese hladiny kvapaliny sa vzdialenosť zväčšuje h np medzi zónou plameňa a spaľovacou plochou (obr. 2.8). Tok žiarenia do zrkadla kvapaliny sa znižuje a následne sa znižuje rýchlosť vyhorenia, dokonca až do bodu útlmu. Pri spaľovaní kvapalín v nádržiach s veľkým priemerom je maximálna hĺbka /g, pri ktorej dochádza k útlmu horenia, veľmi veľká. Takže pre nádrž s priemerom 5 m je to 11 m a s priemerom Im je to asi 35 m.

3. ŠÍRENIE PLAMEŇA V ZMESI PLYNU

Rýchlosť šírenia plameňa pri spaľovaní pevných, kvapalných a plynných látok je praktickým záujmom z hľadiska predchádzania požiarom a výbuchom.

Uvažujme rýchlosť šírenia plameňa v zmesiach horľavých plynov a pár so vzduchom. Pri znalosti tejto rýchlosti je možné určiť bezpečné prietoky plynu a vzduchu v potrubí, šachte, ventilačnej jednotke a iných výbušných systémoch.

Ako príklad na obr. Obrázok 3.1 znázorňuje schému odsávacieho vetrania v uhoľnej bani. Zo štôlní bane 1 sa potrubím 2 odstraňuje prašná zmes vzduchu a uhoľného prachu a v niektorých prípadoch sa v uhoľných slojoch uvoľňuje metán. Ak dôjde k požiaru, čelo plameňa 3 sa rozšíri smerom k driftom 1. Ak rýchlosť pohybu horľavej zmesiw bude menšia ako rýchlosť šírenia čela plameňaA vzhľadom na steny trubice sa plameň rozšíri do šachty a povedie k výbuchu. Preto je pre normálnu prevádzku ventilačného systému potrebné dodržiavať podmienky

w > u.

Rýchlosť odstraňovania výbušnej zmesi musí byť väčšia ako rýchlosť šírenia čela plameňa.

Tým sa zabráni prenikaniu plameňov do banských šácht.

Ryža. 3.1. Schéma šírenia plameňa v bani:

1 – hriadeľ; 2 – potrubie; 3 – čelo plameňa

Teória šírenia plameňa, vyvinutá v prácach Ya.B. Zeldovich a D.A. Frank-Kamenetsky, je založený na rovniciach tepelnej vodivosti, difúzie a chemickej kinetiky. Zapálenie horľavej zmesi začína vždy v jednom bode a šíri sa po celom objeme, ktorý zaberá horľavá zmes. Uvažujme jednorozmerné puzdro - rúrku naplnenú horľavou zmesou (obr. 3.2). Ak sa zmes zapáli na jednom konci trubice, potom sa pozdĺž trubice rozšíri úzke čelo plameňa, ktoré oddelí splodiny horenia (za čelom plameňa) od čerstvej horľavej zmesi. Čelo plameňa má tvar čiapočky alebo kužeľa, pričom jeho konvexná časť smeruje v smere pohybu plameňa. Čelo plameňa je tenká vrstva plynu (10 -4 ÷10 -6) m široká V tejto vrstve, ktorá sa nazýva zóna horenia, prúdi chemické reakcie spaľovanie. Teplota čela plameňa v závislosti od zloženia zmesi je T

= (1500÷3000) K. Uvoľnené spaľovacie teplo sa v dôsledku procesov tepelnej vodivosti a sálania spotrebuje na ohrev splodín horenia čerstvej horľavej zmesi a stien rúry.

Ryža. 3.2. Schéma šírenia čela plameňa v trubici Pri pohybe čela plameňa v trubici vznikajú v horľavej zmesi kompresné vlny, ktoré vytvárajú vírivé pohyby. Víry plynov ohýbajú čelo plameňa bez toho, aby zmenili jeho hrúbku a povahu procesov, ktoré v ňom prebiehajú. Na jednotkovej ploche čela plameňa horí za jednotku času vždy rovnaké množstvo látky . .Hodnota je konštantná pre každú horľavú zmes a nazýva sa rýchlosť horenia hmotyPoznanie prednej oblasti plameňa M, spálené v celej prednej časti spaľovania za jednotku času:

Každý prvok čela plameňa dSsa vždy pohybuje vzhľadom na čerstvú zmes v smere normály k čelu plameňa v danom bode (obr. 3.2), a rýchlosť tohto pohybu:

kde je hustota čerstvej horľavej zmesi.

Veľkosť sa nazýva normálna rýchlosť šírenia plameňa a má rozmer m/s. Je to konštantná hodnota spaľovacieho procesu danej zmesi a nezávisí od hydrodynamické podmienky sprevádzajúci proces spaľovania. Normálna rýchlosť šírenia plameňa je vždy menšia ako pozorovaná rýchlosť A, to znamená rýchlosť pohybu čela spaľovania vzhľadom na steny rúrky:

u n< u .

Ak je čelo plameňa ploché a smeruje kolmo na os trubice, potom bude v tomto prípade pozorovaná a normálna rýchlosť šírenia plameňa rovnaká.

u n = u .

Oblasť konvexného čela plameňaS problémVždy viac plochy plochá predná časťS pl, Preto

> 1.

Normálna rýchlosť šírenia plameňau npre každú horľavú zmes závisí od prímesi inertných plynov, teploty zmesi, vlhkosti a iných faktorov. Najmä predhrievanie horľavého plynu zvyšuje rýchlosť šírenia plameňa. Dá sa ukázať, že rýchlosť šírenia plameňau númerné druhej mocnine absolútnej teploty zmesi:

u n .= konšt · T 2.

Na obr. Na obrázku 3.3 je znázornená závislosť rýchlosti šírenia plameňa v horľavej zmesi „vzduch – oxid uhoľnatý“ v závislosti od koncentrácie CO. Ako vyplýva z vyššie uvedených grafov, rýchlosť šírenia plameňa sa zvyšuje so zvyšujúcou sa teplotou zmesi. Pre každú hodnotu teploty má rýchlosť šírenia plameňa maximum v oblasti koncentrácie oxid uhoľnatý CO sa rovná ~ 40 %.

Rýchlosť šírenia plameňa je ovplyvnená tepelnou kapacitou inertného plynu. Čím väčšia je tepelná kapacita inertného plynu, tým viac znižuje teplotu spaľovania a tým viac znižuje rýchlosť šírenia plameňa. Ak sa teda zmes metánu so vzduchom zriedi oxid uhličitý, potom sa rýchlosť šírenia plameňa môže znížiť 2÷3 krát. Rýchlosť šírenia plameňa v zmesiach oxidu uhoľnatého so vzduchom do značnej miery ovplyvňuje vlhkosť obsiahnutá v zmesi, prítomnosť častíc sadzí a prímesí inertných plynov.

Ryža. 3.3. Závislosť rýchlosti šírenia plameňa

na koncentrácii oxidu uhoľnatého v zmesi

1) Vlhkosť materiálu.

2) Vplyv orientácie vzorky v priestore.

Pri negatívnych uhloch sklonu (smer pohybu plameňa zhora nadol) sa rýchlosť šírenia plameňa buď nemení, alebo mierne klesá. Keď sa kladný uhol sklonu (smer pohybu plameňa zdola nahor) zvýši nad 10-15 0, rýchlosť šírenia plameňa sa prudko zvýši.

3) Vplyv rýchlosti a smeru prúdenia vzduchu.

So zvyšujúcou sa rýchlosťou zadného vetra sa zlepšuje výmena plynov a zmenšuje sa uhol sklonu plameňa k vzorke. Rýchlosť šírenia sa zvyšuje.

Prúdenie vzduchu smerujúce proti smeru pohybu plameňa má dvojaký vplyv na rýchlosť šírenia plameňa.

V dôsledku aerodynamického brzdenia a ochladzovania vyhrievaných plôch povrchu pred čelom plameňa sa rýchlosť šírenia plameňa znižuje. Na druhej strane prúd vzduchu zintenzívňuje miešanie produktov pyrolýzy s okysličovadlom, rýchlejšie nastáva tvorba homogénnej horľavej zmesi, hrot plameňa sa približuje k povrchu tuhého materiálu, čo následne vedie k ďalšiemu zvýšeniu intenzitu, a to urýchľuje šírenie plameňa.

4) Vplyv geometrických rozmerov vzorky.

Existujú tepelne hrubé a tepelne tenké vzorky.

Tepelná hrúbka je hrúbka vrstvy pevného materiálu zahriateho pred čelom plameňa nad počiatočnú teplotu v čase, keď sa plameň rozšíri na danú plochu povrchu.

5) Vplyv materiálu substrátu.

Ak horľavý materiál prichádza do styku s materiálom (podkladom), ktorého termofyzikálne vlastnosti sa líšia od vzduchu, ovplyvní to aj rýchlosť šírenia plameňa (prilepený papier, izolácia drôtov a pod.). Ak l low > l high. mat. , potom bude zo vzorky intenzívne odvádzané teplo a rýchlosť šírenia bude nižšia ako v prípade absencie substrátu.

6) Vplyv obsahu kyslíka v prostredí.

So zvyšujúcim sa obsahom kyslíka v prostredí sa zvyšuje rýchlosť šírenia plameňa.

7. Vplyv počiatočnej teploty vzorky.

Pre drevo vedie zvýšenie počiatočnej teploty na 230–250 o C (teplotný rozsah pyrolýzy) k prudkému zvýšeniu u l.

Vyhorenie pevných materiálov

Súčasne s šírením plameňa po povrchu materiálu začína proces vyhorenia. Charakter vyhorenia pevných materiálov výrazne závisí od charakteru premeny pevnej fázy na plynné produkty.

Ak k rozkladu tuhej fázy dochádza v úzkej povrchovej vrstve bez vytvorenia uhlíkovej vrstvy, potom v tomto prípade horenie prebieha konštantnou rýchlosťou. Po zapálení sa na povrchu tuhej fázy vytvorí konštantná teplota, rovná teplote varom alebo sublimáciou látky.

Mechanizmus horenia pevných látok, ku ktorému dochádza pri tvorbe uhlíkatého zvyšku na spaľovacom povrchu, je zložitejší. Takto horia takmer všetky látky rastlinného pôvodu, niektoré plasty obsahujúce nehorľavé alebo pomaly horiace plnivá (mastenec, sadze a pod.). Najbežnejšie horľavé látky rastlinného pôvodu tohto typu sú drevo. V okamihu vznietenia sa vplyvom tepelného toku zo zóny plameňa rýchlo zvýši teplota povrchovej vrstvy dreva na 450-500 o C. Dochádza k intenzívnemu rozkladu látok za vzniku prchavých produktov a dreveného uhlia, pričom teplota na povrchu vystúpi na 600 o C.

Podľa hĺbky horenia dreva existujú oblasti s rôznymi fyzikálnymi a fyzikálno-chemickými vlastnosťami. Zvyčajne sa dajú rozdeliť do 4 zón:

ja - drevené uhlie, pozostávajúce z 99% uhlíka;

II - drevo s rôznym stupňom pyrolýzy;

III - nepyrolizované, suché drevo;

IV - pôvodné drevo.

Keďže pri spaľovaní dreva sa z tuhej fázy uvoľňujú prchavé produkty, materiál sa prepaľuje do stále väčšej hĺbky. Zväčšenie hrúbky uhlíkovej vrstvy spôsobuje zvýšenie jej tepelného odporu a následne znižuje rýchlosť ohrevu a pyrolýzy ešte nerozložených vrstiev dreva a rýchlosť horenia plameňom sa postupne znižuje. Horenie dreva plameňom sa zastaví, keď hmotnostná rýchlosť prchavých emisií klesne na 5 g/(m 2 s). Hrúbka uhoľnej vrstvy dosahuje 15-20 mm.

Zastavenie plameňového spaľovania dreva sprístupňuje uhliu ohriatemu na teplotu 650-700 °C prístup vzdušného kyslíka. Začína sa druhá etapa spaľovania dreva - heterogénna oxidácia uhlíkovej vrstvy hlavne reakciou C + O 2 ® CO 2 + 33000 kJ/kg, teplota uhlíkovej vrstvy sa zvýši na 800 o C a proces heterogénne spaľovanie uhlie sa ďalej zintenzívňuje.

Reálny obraz prechodu od homogénneho spaľovania k heterogénnemu spaľovaniu sa trochu líši od toho, ktorý je zobrazený.

Hlavným kvantitatívnym parametrom charakterizujúcim proces horenia tuhých materiálov je rýchlosť vyhorenia hmoty, ktorá je jedným z parametrov určujúcich dynamiku požiaru.

Znížená rýchlosť hromadného vyhorenia je množstvo látky spálenej za jednotku času na jednotku plochy požiaru.

Spaľovanie kovov

Podľa charakteru spaľovania sa kovy delia do dvoch skupín: prchavé a neprchavé.

Prchavé kovy majú T pl< 1000 К, Т кип < 1500 К. К ним относятся щелочные металлы (литий, натрий, калий и др.) и щелочноземельные (магний, кальций).

Neprchavé kovy majú Tm >1000 K, Tbp >2500 K. Mechanizmus horenia je do značnej miery určený vlastnosťami oxidu kovu. Teplota topenia prchavých kovov je nižšia ako teplota topenia ich oxidov. Navyše, tieto sú dosť porézne útvary.

Keď sa infračervené žiarenie dostane na povrch kovu, odparí sa a oxiduje. Keď koncentrácia pár dosiahne dolnú hranicu horľavosti, dôjde k vznieteniu. Zóna difúzne spaľovanie je inštalovaný v blízkosti povrchu, veľká časť tepla sa prenáša na kov a ten sa zahrieva na teplotu T varu. Výsledné pary voľne difundujúce cez porézny oxidový film vstupujú do spaľovacej zóny. Varenie kovu spôsobuje periodickú deštrukciu oxidového filmu, čo zintenzívňuje spaľovanie. Splodiny horenia (oxidy kovov) difundujú nielen na povrch kovu, podporujúc tvorbu oxidovej kôry, ale aj do okolitého priestoru, kde kondenzujú a vytvárajú pevné častice vo forme bieleho dymu. Tvorba hustého bieleho dymu je vizuálnym znakom horenia prchavých kovov.

Pre neprchavé kovy s vysoké teploty fázový prechod, pri horení sa na povrchu vytvorí veľmi hustý oxidový film, ktorý dobre priľne na kovový povrch. V dôsledku toho sa rýchlosť difúzie kovových pár cez film výrazne zníži a veľké častice, napríklad hliník a berýlium, nie sú schopné horieť. K požiarom takýchto kovov spravidla dochádza, keď sú vo forme hoblín, práškov a aerosólov. Horia bez tvorby hustého dymu. Vytvorenie hustého oxidového filmu na povrchu kovu vedie k výbuchu častice. Tento jav, obzvlášť často pozorovaný, keď sa častice pohybujú vo vysokoteplotnom oxidačnom prostredí, je spojený s hromadením kovových pár pod oxidovým filmom, po ktorom nasleduje jeho náhle prasknutie. To prirodzene vedie k prudkému zintenzívneniu spaľovania.

Spaľovanie prachu

Prach je dispergovaný systém pozostávajúci z plynného disperzného média (vzduch a pod.) a tuhej dispergovanej fázy (múka, cukor, drevo, uhlie atď.).

Faktory ovplyvňujúce rýchlosť šírenia plameňa cez zmesi prachu a vzduchu:

1) Koncentrácia prachu.

Rovnako ako v prípade spaľovania homogénnej zmesi plyn-vzduch, maximálna rýchlosť šírenia plameňa nastáva pri zmesiach mierne vyšších ako je stechiometrické zloženie. Pre rašelinový prach je to 1,0-1,5 kg/m3.

2) Obsah popola.

So zvyšujúcim sa obsahom popola klesá koncentrácia horľavej zložky a podľa toho sa znižuje aj rýchlosť šírenia plameňa.

So znižovaním obsahu kyslíka sa rýchlosť šírenia plameňa znižuje.

Klasifikácia prachu podľa nebezpečenstva požiaru a výbuchu.

Na základe nebezpečenstva požiaru a výbuchu sa prachy delia do tried:

I. trieda - najvýbušnejšia - j n do 15 g/m 3;

Trieda II - výbušnina - 15 g/m 3< j н < 65 г/м 3 ;

Trieda III - požiarne najnebezpečnejší - j n > 65 g/m 3 ; T St do 250 o C;

IV trieda - požiarne nebezpečné - j n > 65 g/m 3 ; T St > 250 °C.

DYNAMIKA ROZVOJA OHŇA

Dynamika požiaru je chápaná ako súbor zákonitostí a zákonitostí, ktoré popisujú zmeny hlavných parametrov požiaru v čase a priestore. Povaha požiaru sa dá posúdiť kombináciou veľkého počtu jeho parametrov: plocha požiaru, teplota požiaru, rýchlosť jeho šírenia, intenzita uvoľňovania tepla, intenzita výmeny plynov. , intenzita dymu atď.

Existuje toľko požiarnych parametrov, že pri niektorých typoch požiarov sú niektoré primárne a pri iných sekundárne. Všetko závisí od toho, aké ciele sú stanovené na štúdium konkrétneho typu požiaru.

Na štúdium dynamiky požiaru berieme ako hlavné parametre, ktoré sa časom menia, oblasť požiaru, teplotu požiaru, intenzitu výmeny plynov a dymu a rýchlosť šírenia požiaru. Tieto požiarne parametre sú najprístupnejšie pre meranie, analýzu a výpočty. Slúžia ako počiatočné údaje na určenie typu potrebné vybavenie a výpočet síl a prostriedkov pri hasení požiarov, projektovanie automatické systémy hasenie požiaru atď.

Od okamihu vzniku požiaru s jeho voľným rozvojom až do jeho úplného zániku možno požiar v miestnosti rozdeliť na fázy.

Požiarne fázy

I. Fáza vznietenia.

Plameň vychádza z vonkajšieho zdroja vznietenia na malej ploche a pomaly sa šíri. Okolo spaľovacej zóny sa vytvára konvekčný prúd plynu, ktorý zabezpečuje potrebnú výmenu plynu. Povrch horľavého materiálu sa zahrieva, zväčšuje sa veľkosť horáka, zvyšuje sa výmena plynov a zvyšuje sa sálavý tepelný tok, ktorý vstupuje do okolitého priestoru a na povrch horľavého materiálu. Dĺžka opaľovacej fázy sa pohybuje od 1 do 3 minút.

II. Fáza spustenia požiaru.

Okolitá teplota v miestnosti sa pomaly zvyšuje. Celý predchádzajúci proces sa opakuje, ale s väčšou intenzitou. Trvanie druhej fázy je približne 5-10 minút.

III. Fáza vývoja objemového požiaru- rýchly proces rastu všetkých uvedených parametrov. Teplota v miestnosti dosahuje 250 - 300°C. Začína sa „objemová“ fáza rozvoja požiaru a fáza objemového šírenia požiaru. Keď je teplota plynu v miestnosti 300°C, zasklenie sa zničí. K dohoreniu môže dôjsť aj mimo miestnosti (oheň uniká z otvorov von). Intenzita výmeny plynu sa náhle mení: prudko sa zvyšuje, proces odtoku horúcich produktov spaľovania a prítoku čerstvý vzduch do spaľovacej zóny.

IV.Fáza požiaru.

Počas tejto fázy môže izbová teplota krátko klesnúť. Ale v súlade so zmenou podmienok výmeny plynov sa také parametre požiaru, ako je úplnosť spaľovania, rýchlosť vyhorenia a šírenie spaľovacieho procesu, prudko zvyšujú. V súlade s tým sa celkové uvoľňovanie tepla počas požiaru prudko zvyšuje. Teplota, ktorá sa mierne znížila v momente deštrukcie zasklenia v dôsledku prílevu studeného vzduchu, prudko stúpa a dosahuje 500 - 600 ° C. Proces rozvoja požiaru sa rýchlo zintenzívňuje. Zvyšuje sa číselná hodnota všetky vyššie uvedené požiarne parametre. Plocha požiaru, priemerná objemová teplota v miestnosti (800-900 °C), intenzita dohorenia požiarnej záťaže a stupeň zadymenia dosahujú maximum.

V. Stacionárna fáza spaľovania.

Požiarne parametre sa stabilizujú. K tomu zvyčajne dochádza 20-25 minút po požiari a v závislosti od veľkosti požiarneho zaťaženia môže trvať 20-30 minút.

VI. Fáza rozpadu.

Intenzita horenia postupne klesá, pretože väčšina požiarneho nákladu už vyhorela. Izba sa nahromadila veľké množstvo produkty spaľovania. Priemerná objemová koncentrácia kyslíka v miestnosti klesla na 16-17% a koncentrácia produktov spaľovania, ktoré bránia intenzívnemu spaľovaniu, sa zvýšila na maximálnu hodnotu. Intenzita prenosu sálavého tepla do horľavého materiálu sa znížila v dôsledku poklesu teploty v spaľovacej zóne. Nárastom optickej hustoty média sa intenzita horenia pomaly znižuje, čo vedie k poklesu všetkých ostatných parametrov požiaru. Oblasť požiaru sa nezmenšuje: môže rásť alebo sa stabilizovať.

VII. Fáza dodatočného spaľovania.

Táto záverečná fáza ohňa je charakteristická pomalým tlením, po ktorom po určitom, niekedy dosť dlhom čase horenie prestane.

Základné požiarne parametre

Uvažujme kvantitatívne o niektorých hlavných parametroch požiaru, ktoré určujú dynamiku jeho vývoja. Určme intenzitu uvoľňovania tepla pri požiari, pretože je to jeden z hlavných parametrov spaľovacieho procesu:

Q = βQ р n V m 'Sp, (kJ/s)

kde β a Q р n sú konštanty (koeficient nedohorenia a nižšia výhrevnosť požiarneho zaťaženia);

V m ¢ - znížená rýchlosť hromadného vyhorenia;

S p – požiarny priestor;

V m ¢ a S p závisia od času vzniku požiaru, teploty požiaru, výmenného kurzu plynov atď.

Znížená miera vyhorenia hmoty V m ¢ je určená vzorcom:

v m ¢ = (a×T p +b×I g) v m o ¢

kde a, b sú empirické koeficienty;

v m o ¢ - znížená hmotnostná rýchlosť vyhorenia požiarneho zaťaženia pre daný typ horľavého materiálu;

T p - priemerná teplota požiaru;

I g - intenzita výmeny plynov.

Závislosť požiarnej oblasti od hlavných parametrov jej vývoja má formu:

S p = k (v p ∙ τ) n

kde k a n sú koeficienty závislé od geometrického tvaru požiarnej plochy;

v р – lineárna rýchlosť šírenia požiaru;

τ je čas jeho voľného vývoja.

k = π; n = 2 k =; n = 2 k = 2a; n=1

k =; n = 2 k = 2a; n=1

Lineárna rýchlosť šírenia požiaru závisí od typu horľavého zaťaženia, priemerná teplota intenzita výmeny ohňa a plynu:

v p = (a 1 T p + b 1 I g)v po

kde a 1 a b 1 sú empirické koeficienty, ktoré stanovujú závislosť lineárnej rýchlosti šírenia požiaru od priemernej teploty a intenzity výmeny plynov, ktorých číselná hodnota je určená empiricky pre každý konkrétny druh paliva;

v p o - lineárna rýchlosť šírenia spaľovania pre daný druh paliva.

Ako požiar postupuje, teplota požiaru a výmenný kurz plynu sa budú zvyšovať lineárna rýchlosťšírenie horenia a znížená rýchlosť vyhorenia hmoty.

Tepelné podmienky počas požiaru

Výskyt a rýchlosť tepelných procesov závisí od intenzity uvoľňovania tepla v spaľovacej zóne, t.j. z tepla ohňa. Kvantitatívnou charakteristikou zmien uvoľňovania tepla v ohni v závislosti od rôznych podmienok spaľovania je teplotný režim. Pod teplotné podmienky požiare chápu zmenu teploty v priebehu času. Určenie teploty požiaru pomocou experimentálnych aj výpočtových metód je mimoriadne náročné. Pre inžinierske výpočty pri riešení množstva praktických úloh sa teplota požiaru určuje z rovnice tepelnej bilancie. Tepelná bilancia požiaru sa zostavuje nielen na určenie teploty požiaru, ale aj na identifikáciu kvantitatívneho rozloženia tepelnej energie. Vo všeobecnosti tepelná bilancia požiaru pre v tejto chvíličas možno znázorniť takto:

Q p = Q pg + Q k + Q l

kde Q p je teplo uvoľnené pri požiari, kJ;

Q pg - teplo obsiahnuté v produktoch spaľovania, kJ;

Q к - teplo prenášané zo spaľovacej zóny konvekciou do vzduchu premývajúceho zónu, ale nezúčastňujúce sa na spaľovaní, kJ;

Q l – teplo odovzdané zo spaľovacej zóny sálaním.

Pre otvorené ohniská sa stanovilo, že podiel tepla odovzdaného zo spaľovacej zóny sálaním a konvekciou je 40-50% Q p. Zvyšný podiel tepla (60-70% Q p) sa využíva na spaľovanie produktov. Teda 60 až 70 % teoretickej teploty horenia daného horľavého materiálu poskytne približnú hodnotu teploty plameňa. Teplota otvoreného ohňa závisí od výhrevnosti horľavých materiálov, rýchlosti ich vyhorenia a meteorologických podmienok. V priemere je maximálna teplota otvoreného ohňa pre horľavé plyny 1200 - 1350 ° C, pre kvapaliny - 1100 - 1300 ° C a pre tuhé horľavé materiály organického pôvodu- 1100 - 1250 °С.

Pri vnútornom požiari ovplyvňuje teplotu viac faktorov: charakter horľavého materiálu, veľkosť požiarneho zaťaženia a jeho umiestnenie, spaľovacia plocha, rozmery budovy (podlahová plocha, výška miestnosti a pod.) a intenzita výmeny plynov (veľkosť a umiestnenie otvorov). Pozrime sa podrobnejšie na vplyv týchto faktorov.

Požiar možno rozdeliť do troch charakteristických období na základe teplotných zmien: počiatočné, hlavné a konečné.

Počiatočné obdobie- vyznačuje sa relatívne nízkou priemernou objemovou teplotou.

Hlavné obdobie- počas nej sa spáli 70-80% z celkovej nálože horľavých materiálov. Koniec tohto obdobia nastáva, keď priemerná objemová teplota dosiahne najvyššia hodnota alebo sa zníži na nie viac ako 80 % maximálnej hodnoty.

Záverečné obdobie- charakterizovaný poklesom teploty v dôsledku vyhorenia požiarneho zaťaženia.

Obrázok 9.1. Zmena teploty vnútorného požiaru v čase: 1 - krivka špecifického požiaru; 2 - štandardná krivka

Keďže rýchlosť rastu a absolútna hodnota teploty požiaru v každom konkrétnom prípade má svoje charakteristické hodnoty a vlastnosti, zaviedla sa koncepcia štandardnej teplotnej krivky (obr. 21.2), ktorá sumarizuje najviac charakteristické znaky teplotné zmeny pri vnútorných požiaroch. Štandardná teplota je opísaná rovnicou.

Spaľovanie- sú to intenzívne chemické oxidačné reakcie, ktoré sú sprevádzané uvoľňovaním tepla a žiary. K horeniu dochádza v prítomnosti horľavej látky, okysličovadla a zdroja vznietenia. Kyslík a kyselina dusičná môžu v procese spaľovania pôsobiť ako oxidačné činidlá. Ako palivo - veľa organické zlúčeniny, síra, sírovodík, pyrity, väčšina voľných kovov, oxid uhoľnatý, vodík atď.

Pri skutočnom požiari je oxidačným činidlom v procese spaľovania zvyčajne vzdušný kyslík. Vonkajším prejavom horenia je plameň, ktorý sa vyznačuje žiarou a uvoľňovaním tepla. Pri horiacich systémoch pozostávajúcich len z pevných alebo kvapalných fáz alebo ich zmesí nesmie dôjsť k plameňu, t.j. bezplamenný horiace resp tlejúci.

V závislosti od stavu agregácie východiskovej látky a produktov horenia sa rozlišuje homogénne spaľovanie, spaľovanie výbušnín a heterogénne spaľovanie.

Homogénne spaľovanie. Pri homogénnom spaľovaní sú východiskové látky a produkty spaľovania v rovnakom stave agregácie. Tento typ zahŕňa spaľovanie zmesí plynov (zemný plyn, vodík a pod. s oxidačným činidlom - zvyčajne vzdušným kyslíkom) /

Spaľovanie výbušnín spojené s prechodom látky z kondenzovaného stavu na plyn.

Heterogénne spaľovanie. Pri heterogénnom spaľovaní sú východiskové látky (napríklad tuhé alebo kvapalné palivo a plynné okysličovadlo) v rôznych stavov agregácie. Najdôležitejšie technologické procesy heterogénneho spaľovania sú spaľovanie uhlia, kovov, spaľovanie kvapalných palív v olejových peciach, spaľovacích motoroch, spaľovacích komorách raketových motorov.

Pohyb plameňa pozdĺž zmes plynov volal šírenie plameňa. V závislosti od rýchlosti šírenia plameňa horenia môže byť deflagratívny rýchlosťou niekoľko m/s, výbušný rýchlosťou rádovo desiatok a stoviek m/s a detonačný rýchlosťou tisícov m/ s.

Deflagračné spaľovanie sa delí na laminárne a turbulentné.

Laminárne spaľovanie má normálnu rýchlosť šírenia plameňa.

Normálna rýchlosť šírenia plameňa, je rýchlosť pohybu čela plameňa vzhľadom na nespálený plyn v smere kolmom na jeho povrch.

Teplota relatívne slabo zvyšuje normálnu rýchlosť šírenia plameňa, inertné nečistoty ju znižujú a zvyšujúci sa tlak vedie buď k zvýšeniu alebo zníženiu rýchlosti.

Pri laminárnom prúdení plynu sú rýchlosti plynu nízke. Rýchlosť horenia v tomto prípade závisí od rýchlosti tvorby horľavej zmesi. V turbulentnom plameni turbulencia prúdov plynu zlepšuje premiešavanie reagujúcich plynov, pretože sa zväčšuje povrch, cez ktorý dochádza k molekulárnej difúzii.

Indikátory nebezpečenstva požiaru a výbuchu plynov. Ich charakteristika a rozsah

Nebezpečenstvo požiaru technologických procesov je do značnej miery determinované fyzikálno-chemickými vlastnosťami surovín, medziproduktov a finálnych produktov používaných vo výrobe.

Indikátory nebezpečenstva požiaru a výbuchu sa používajú pri kategorizácii priestorov a budov, pri vývoji systémov na zaistenie požiarnej bezpečnosti a bezpečnosti výbuchu.

Plyny sú látky, ktorých absolútny tlak pár pri teplote 50 °C sa rovná alebo je vyšší ako 300 kPa alebo ktorých kritická teplota je nižšia ako 50 °C.

Pre plyny platia tieto indikátory:

Skupina horľavosti-ukazovateľ, ktorý je použiteľný pre všetky stavy agregácie.

Horľavosť je schopnosť látky alebo materiálu horieť. Na základe horľavosti sa látky a materiály delia do troch skupín.

Nehorľavý(nehorľavé) - látky a materiály, ktoré nie sú schopné horenia na vzduchu. Nehorľavé látky môžu predstavovať nebezpečenstvo požiaru (napríklad oxidanty, ako aj látky, ktoré pri interakcii s vodou, vzdušným kyslíkom alebo medzi sebou uvoľňujú horľavé produkty).

Nízka horľavosť(ťažko horiace) - látky a materiály, ktoré sa môžu vznietiť na vzduchu zo zdroja vznietenia, ale po jeho odstránení nie sú schopné samy horieť.

Horľavý(horľavé) - látky a materiály schopné samovznietenia, ako aj vznietenia zo zdroja vznietenia a po jeho odstránení samostatne horia. Zo skupiny horľavých látok a materiálov sa rozlišujú horľavé látky a materiály.

Horľavé sú horľavé látky a materiály, ktoré sa môžu vznietiť pri krátkodobom (do 30 s) pôsobení nízkoenergetického zdroja vznietenia (plameň zápalky, iskra, tlejúca cigareta a pod.).

Horľavosť plynov sa určuje nepriamo: plyn, ktorý má koncentračné limity horľavosti vo vzduchu, je klasifikovaný ako horľavý; ak plyn nemá koncentračné limity horľavosti, ale pri určitej teplote sa samovoľne vznieti, je klasifikovaný ako spomaľovač horenia; pri absencii koncentračných limitov vznietenia a teploty samovznietenia je plyn klasifikovaný ako nehorľavý.

V praxi sa skupina horľavosti používa na rozdelenie materiálov podľa horľavosti, pri stanovení tried výbušných a požiarne nebezpečných zón podľa PUE, pri určovaní kategórie priestorov a budov podľa nebezpečenstva výbuchu a požiaru, pri vypracovaní opatrení na zabezpečenie požiaru a požiaru. bezpečnosť zariadení a priestorov proti výbuchu.

Teplota samovznietenia- najviac nízka teplota látka, v ktorej za špeciálnych testovacích podmienok dochádza k prudkému zvýšeniu rýchlosti exotermických reakcií končiacich plameňovým horením.

Hranice koncentrácie šírenia plameňa (vznietenia) - že koncentračný rozsah, v ktorom je možné spaľovanie zmesí horľavých pár a plynov so vzduchom alebo kyslíkom.

Dolná (horná) hranica koncentrácie šírenia plameňa - minimálny (maximálny) obsah paliva v zmesi horľavej látky a oxidačného média“, pri ktorom sa plameň môže šíriť cez zmes do akejkoľvek vzdialenosti od zdroja vznietenia. V rámci týchto limitov je zmes horľavá, ale mimo nich je zmes nehorľavá.

Teplotné limity šírenia plameňa(vznietenie) - také teploty látky, pri ktorých jej nasýtené pary tvoria v špecifickom oxidačnom prostredí koncentrácie rovné dolnému (dolná hranica teploty) a hornej (horná hranica teploty) koncentračnému limitu šírenia plameňa, resp.

Schopnosť explodovať a horieť pri interakcii s vodou, vzdušným kyslíkom a inými látkami- kvalitatívny ukazovateľ, ktorý charakterizuje osobitné nebezpečenstvo požiaru určitých látok. Táto vlastnosť látok sa využíva pri určovaní kategórie výroby, ako aj pri výbere bezpečných podmienok na vykonávanie technologických procesov a podmienok na spoločné skladovanie a prepravu látok a materiálov.