Меню

Нормальная скорость распространения пламени таблица



Нормальная скорость распространения пламени таблица

ПРИЛОЖЕНИЕ 7 Рекомендуемое

МЕТОДЫ ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОГО ОПРЕДЕЛЕНИЯ НОРМАЛЬНОЙ СКОРОСТИ РАСПРОСТРАНЕНИЯ ПЛАМЕНИ В ГАЗО- И ПАРОВОЗДУШНЫХ СМЕСЯХ

1. Метод оптимизации, применяемый для определения нормальной скорости в широком диапазоне давлений и температур

Схема установки для определения нормальной скорости распространения пламени приведена на чертеже 23.

1 — реакционный сосуд; 2 — электроды зажигания; 3 — термостат; 4 — линия подачи горючего; 5 — линия подачи окислителя; 6 — линия подачи флегматизатора; 7 — измеритель давления; 8 — клапаны; 9 — ртутный манометр; 10 — вакуумный насос; 11 — газовый смеситель; 12 — усилители тиристорные; 13 — регуляторы температуры; 14 — электронагреватели; 15, 24 — термоэлектрические преобразователи; 16 — датчик давления; 17 — регистратор динамического давления; 18 — пульт управления; 19 — зажигающее устройство; 20 усилитель; 21 — смотровые окна; 22 — скоростная кинокамера; 23 — измеритель температуры

1.1.1. Реакционный сферический сосуд вместимостью 10 дм 3 , имеющий смотровое окно для регистрации процесса распространения пламени. Реакционный сосуд снабжен датчиком давления и соединен через клапаны с манометром, вакуумным насосом, системой подачи и сброса газов и паров. В центре сферической полости сосуда сформирован разрядный промежуток. Для повышения точности регистрации давления на начальной стадии развития процесса рекомендуется использовать второй датчик давления.

Примечание. Допускается применять сферические реакционные сосуды вместимостью от 3 до 25 дм 3 .

1.1.2. Смеситель газовый для приготовления гомогенной газопаровой смеси при повышенном давлении позволяет проводить подряд несколько экспериментов в реакционном сосуде со смесью заданной концентрации.

1.1.3. Датчик давления должен обеспечивать регистрацию быстроизменяющегося давления в частотном диапазоне от 0 до 1500 Гц и иметь верхний предел измерения не менее чем в 10 раз больше начального давления в сосуде.

Примечание. При необходимости систему измерения давления тарируют либо подачей воздуха в реакционный сосуд, либо на специально предназначенном для этого прессе.

1.1.4. В качестве источника зажигания используют электрическую искру с энергией не более 0,1 Дж и длительностью не более 3 мс. Расстояние между конусообразными концами электродов не более 2,5 мм. Диаметр электродов не более 3 мм.

1.1.5. Термошкаф, обеспечивающий нагрев реакционного сосуда, испарителя и связывающих их пневмолиний до необходимой температуры с равномерностью не менее 5 %.

1.1.6. Регистратор динамического давления должен обеспечивать непрерывную или дискретную запись изменения во времени давления внутри сосуда в процессе горения. За начало отсчета времени принимают момент срабатывания источника зажигания.

1.1.7. Манометры для измерения статического давления в сосуде, пневмолиниях, испарителе и газовом смесителе с погрешностью измерения не более 0,133 кПа при давлении до 100 кПа и не более 0,25 % — при давлении более 100 кПа.

1.1.8. Вакуумный насос, обеспечивающий остаточное давление в реакционном сосуде не более 0,266 кПа.

1.1.9. Клапаны и пневмолиний, выдерживающие давление взрыва и обеспечивающие возможность вакуумирования сосуда.

1.1.10. Пульт управления, обеспечивающий синхронизацию момента зажигания смеси с регистрацией процесса распространения пламени с помощью скоростной кинокамеры.

1.2.1. Реакционный сосуд проверяют на герметичность. Герметичность сосуда должна быть такой, чтобы при остаточном давлении не более 1 кПа изменение давления за 10 мин не превысило 0,133 кПа.

1.2.2. Приготавливают в реакционном сосуде горючую смесь. Для чего вакуумируют сосуд до остаточного давления не более 0,266 кПа, затем поочередно подают в него компоненты смеси по парциальным давлениям или газовую смесь из смесителя, где она предварительно подвергается конвективному перемешиванию.

1.2.3 При необходимости сосуд и испаритель нагревают до температуры испытаний, для чего используют термошкаф и устройства автоматического регулирования температуры. Допускается нагревать исходную смесь до температуры, не превышающей 55 % от температуры самовоспламенения.

В реакционном сосуде создают требуемое для испытаний давление горючей смеси.

1.2.4. Закрывают все клапаны установки и с пульта управления инициируют зажигание смеси в сосуде. Момент срабатывания зажигающего устройства и изменение давления в сосуде записываются регистратором динамического давления. При необходимости используют скоростную кинокамеру для регистрации процесса распространения пламени.

1.2.5. Испытание при заданных значениях начального давления, температуры и концентрации смеси повторяют не менее трех раз.

Каждую экспериментальную зависимость изменения давления во времени обрабатывают в соответствии с п. 1.3.

1.2.6. После каждого испытания реакционный сосуд вакуумируют и продувают воздухом не менее трех раз. При наличии конденсата сосуд промывают.

1.2.7. С целью определения максимального значения нормальной скорости распространения пламени для исследуемого вещества при заданных значениях начального давления и температуры проводят испытания со смесями различного состава, близкого к стехиометрическому.

1.2.8. Для определения значений нормальной скорости распространения пламени по смеси заданного состава в широком диапазоне давлений и температур проводят серии испытаний, отличающиеся начальным давлением и/или температурой.

1.3. Оценка результатов

1.3.1. Расчетную зависимость изменения давления в сосуде во времени получают интегрированием дифференциального уравнения математической модели процесса

где p =р/р i относительное давление;

р — текущее расчетное давление в сосуде, кПа;

pi — начальное давление в сосуде, кПа;

а — радиус реакционного сосуда, м;

g и , g b — соответственно показатели адиабат горючей смеси и продуктов горения;

— относительная масса горючей смеси в сосуде;

тu — текущее значение массы горючей смеси, кг;

mi — начальное значение массы горючей смеси, кг;

p еe /pi — относительное максимальное давление взрыва в сосуде;

ре — максимальное давление взрыва в сосуде при начальном давлении pi, кПа;

su — текущее значение нормальной скорости распространения пламени, м· с -1 .

Радиус пламени (rb) вычисляют по формуле

Сравнение экспериментальной и расчетной зависимостей изменения радиуса пламени от времени может быть использовано для контроля правильности определения нормальной скорости.

Зависимость нормальной скорости от давления и температуры смеси принимают в виде

где sui — начальная скорость распространения пламени (при начальных давлении и температуре), м· с -1 ;

Тu — текущее значение температуры смеси, К;

Ti — начальная температура смеси в сосуде, К;

п — барический показатель;

т — температурный показатель.

В приближении адиабатического сжатия смеси изменение нормальной скорости с ростом относительного давления описывается выражением

где e = (m + n — )— термокинетичeский показатель.

Входящие в расчетные формулы параметры g и , g b, p е определяют термодинамическим расчетом. При отсутствии расчетных значений удил.. вычисления могут проводиться в приближении g и = g b, а значение p е может быть заимствовано из экспериментальных данных.

Расчетная зависимость p (t) определяется двумя неизвестными параметрами — Sui и e .

1.3.2. Из экспериментальной записи изменения давления во времени выбирают не менее пяти значений рk (tk ), удовлетворяющих условию

где рп — давление, соответствующее точке перегиба кривой изменения давления взрыва от времени, кПа.

Примечание. Для оценки соответствия энергии искры условиям испытания используют экспериментальную точку рi(0), соответствующую моменту срабатывания зажигающего устройства. При этом считают, что энергия искры соответствует условиям испытания, если расчетная зависимость изменения давления, полученная в результате оптимизации, совпадает с экспериментальной, включая точку pi(0).

1.3.3. Оптимизируют расчетную зависимость изменения давления внутри сосуда по экспериментальной путем минимизации функционала

где — вектор-столбец неизвестных параметров;

экспериментальное относительное давление в момент времени tk;

— расчетное относительное давление в момент времени tk , получаемое численным интегрированием уравнения (65);

N — число точек эксперимента, по которым производят оптимизацию.

1.3.3.1. Метод нелинейных оценок

В данном методе минимизацию функционала (72) производят итеративное причем

где L — номер итерации. Значение поправки определяют при каждой итерации из выражения

— матрица размерностью 2хN;

— транспонированная матрица ;

— вектор-столбец размерностью N;

матрица, обратная матрице .

Транспонирование, перемножение и обращение матриц осуществляют по стандартным процедурам, имеющимся в библиотеках подпрограмм ЭВМ. Итерационный процесс прекращается при выполнении условия

Элементы матрицы определяются численным интегрированием уравнения

с начальными условиями . В уравнении (76) символ f использован для обозначения правой части уравнения (65).

В процессе вычислений для нахождения доверительных интервалов (см. формулу (81)) найденных параметров получают информационную матрицу Фишера

I =S 2 , (77)

где S 2 — дисперсия экспериментальных данных, вычисляемая по формуле

в которой N — число экспериментальных точек, используемых при оптимизации;

К=2 — число параметров, по которым проводят оптимизацию.

1.3.3.2. По методу Давидона—Флетчера—Пауэла итерационный процесс минимизации функционала (72) проводят по формуле (73), в которой определяют по формуле

где — длина шага поиска, определяемая одномерным поиском в направлении минус ;

HL — симметричная матрица, вычисляемая по уравнению

стремится в конце итерационного процесса к обратной матрице частных производных второго порядка в точке минимума;

— градиент функционала в точке ; значение

находится аналогично элементам матрицы метода нелинейных оценок.

Прекращение итерационного процесса происходит при выполнении условия , где — заданная точность вычисления. Целесообразно задавать несколько больше, чем 10 -D , где D—число значащих цифр в представлении с плавающей запятой в ЭВМ.

В ходе построения итерационного процесса аналогично предыдущему методу нелинейных оценок получают информационную матрицу Фишера .

Для обоих изложенных выше методов доверительный интервал значений, определяемых в процессе оптимизации параметров, вычисляют при заданной доверительной вероятности a в соответствии с условием

где m=l, 2 (индекс 1 соответствует параметру sui , индекс 2 — параметру e );

bтт — m-й диагональный элемент информационной матрицы Фишера;

F a (К, N—K) — табулированные значения критерия Фишера. ., Для эксперимента с порядковым номером l получают

Читайте также:  Таблица продуктов с низким содержанием йода

—вектор-столбец неизвестных параметров;

— среднее значение для l-го эксперимента;

Примечание. Метод применим в условиях пренебрежения конвекцией. Контроль правильности определения нормальной скорости распространения пламени методом оптимизации осуществляют по условию Fr і 0,11, в котором число Фруда

где ss — видимая скорость пламени, м· с -1 ;

g — ускорение силы тяжести, м· с -2 ;

d — диаметр сосуда, м.

1.3.4. Обрабатывают в соответствии с п. 1.3.3 серию экспериментальных зависимостей изменения давления, которые получены при одних и тех же условиях. Оценивают экспериментальное ( s э ) и расчетное ( s р) среднее квадратическое отклонение и получают для конкретных условий эксперимента искомое значение неизвестных параметров ( ) по серии экспериментов

где — среднее значение по серии L экспериментов, определяемое по формуле

Контроль правильности использования данного метода осуществляют по условию равенства нормальной скорости распространения пламени в стехиометрической изопропаноло-воздушной смеси в стандартных условиях значении (0,29±0,02) м· с -1 .

Сходимость метода при доверительной вероятности 95 % не должна превышать 10 %. Воспроизводимость метода при доверительной вероятности 95 % не должна превышать 20 %.

1.3.5. Для каждой серии испытаний, отличающейся начальным давлением и/или температурой, определяют значения в соответствии с пп. 1.3.2—1.3.4 и изменение нормальной скорости в процессе горения по формуле (70) Температура горючей смеси в процессе горения изменяется по закону

Используя формулы (70) и (88), на графике su (р) строят серию изотерм. Например, первую изотерму (Tu =Ti), при условии равенства начальной температуры смеси во всех сериях испытаний, строят по точкам s ° ui (pi), где различные начальные давления рi — заданы, a sui — определены методом оптимизации. Для построения следующих изотерм и =const) по формуле (88) определяют относительное давление p и давление p= p pi, при котором температура горючей смеси равна выбранному значению Тu в серии испытаний с различными начальными давлениями. Определив из формулы (88) значение p , находят по формуле (70) соответствующее значение нормальной скорости su для каждой серии испытаний, т. е. при одинаковой температуре Tu и различных давлениях р.

1.3.6. Условия и результаты испытании регистрируют в протоколе, форма которого приведена в приложении 1.

1.4. Требования безопасности

Реакционный сосуд следует устанавливать в отдельном специальном помещении с вытяжной вентиляцией. Подготовку и проведение эксперимента при давлении больше атмосферного осуществляют дистанционно. Рабочее место оператора должно удовлетворять требованиям электробезопасности по ГОСТ 12.1.019 и санитарно-гигиеническим требованиям по ГОСТ 12.1.005.

2. Метод начального участка, применяемым для определения одиночных значений нормальной скорости распространения пламени

Описание установки приведено в п. 1.1.

2.2. Проведение испытании

Испытания проводят согласно п. 1.2. Для регистрации процесса распространения пламени применяют скоростную кинокамеру. В отличие от требования п. 1.2.5 экспериментальная зависимость изменения давления внутри сосуда во времени не подлежит обработке по п. 1.3.

2.3. Оценка результатов

2.3.1. По кинограмме распространения пламени на начальном участке (до радиуса сосуда), по углу наклона прямой, выражающей зависимость радиуса пламени от времени, определяют значение видимой скорости распространения пламени ss.

2.3.2. Значение коэффициента расширения продуктов горения (Ei) определяют либо расчетным путем по формуле

либо по экспериментальным данным из соотношения

где Tbi, Ti и Мbi, Mi — соответственно температура и молекулярная масса продуктов горения сразу после зажигания и начальной горючей смеси.

2.3.3. Нормальную скорость распространения пламени при начальных значениях давления и температуры в сосуде вычисляют по формуле

2.3.4. Сходимость метода при доверительной вероятности 95 % не должна превышать 10 %.

ОТДЕЛ 1.4 ФГУ ВНИИПО МЧС РОССИИ
мкр. ВНИИПО, д. 12, г. Балашиха, Московская обл., 143903
Тел. (495) 524-82-21, 521-83-70 тел./факс (495) 529-75-19
E-mail: nsis@pojtest.ru

Материалы сборника могут быть использованы только с разрешения ФГУ ВНИИПО МЧС РОССИИ
© ФГУ ВНИИПО МЧС РОССИИ, 2000-2010 Все права защищены

Источник

Нормальная скорость распространения пламени таблица

Распространение пламени. Типы распространения пламени. Нормальная скорость горения. Закономерности нормального распространения пламени. Методы измерения нормальной скорости распространения пламени: метод горелки метод бомбы постоянного давления, метод трубки, метод плоского пламени.

1. Введение. Роль тепловыделения.

&nbsp&nbsp&nbsp&nbsp&nbsp&nbspСуществует два механизма распространения пламени: тепловой и цепной

На практике — работают оба одновременно.

Тепловой механизм распространения пламени:

В основе теплового механизма лежит явление — теплопроводности.

Цепной механизм распространения пламени:

В основе цепного механизма лежит — диффузия активных центров.

2. Типы и виды распространения пламени .

Существует два типа распространения пламени:

  • с дозвуковой скоростью
  • со сверхзвуковой скоростью

1). Стационарное “ нормальное ” распространение пламени .

2). Стационарное ламинарное распространение пламени.

3). Вибрационное распространение пламени ( 1 тип) – при постоянстве формы пламени.

Значение скорости пламени колеблется около среднего значения .

4). Вибрационное распространение пламени (2 тип) – с волнообразованием на поверхности .

Образуется при совпадении частоты колебаний пламени и собственной частоты колебаний трубы (при резонансе ).

5). Турбулентное распространение пламени .

Это явление связано с возникновением хаотически движущихся горящих микромолей горючей смеси .

6). Детонационное распространение пламени . .

3. Нормальная скорость распространения пламени .

&nbsp&nbsp&nbsp&nbsp&nbsp&nbspНормальная скорость — распространения пламени обозначается как Un . Это скорость перемещения элемента области воспламенения относительно реакционной (свежей ) смеси по нормали к поверхности области воспламенения (в данном месте ).

Um – массовая скорость пламени . Это количество смеси , сгоревшее в единицу времени на единицу площади пламени .

Uv – объемная скорость пламени .

&nbsp&nbsp&nbsp&nbsp&nbsp&nbspНормальную скорость Un нужно отличать от скорости распространения пламени V, т.к. скорость распространения пламени V зависит от кинетики , гидродинамики , акустики , тепломассопереноса , а нормальная скорость распространения пламени Un зависит от кинетики , тепломассопереноса , состава смеси .

Отсюда следует, нормальная скорость распространения пламени является — фундаментальной величиной.

Источник

Нормальная скорость распространения пламени

date image2017-12-14
views image4497

facebook icon vkontakte icon twitter icon odnoklasniki icon

Нормальная скорость распространения пламени — скорость перемещения фронта пламени относительно несгоревшего газа в направлении, перпендикулярном к его поверхности.

Значение нормальной скорости распространения пламени следует применять в расчетах скорости нарастания давления взрыва газо- и паровоздушных смесей в закрытом, негерметичном оборудовании и помещениях, критического (гасящего) диаметра при разработке и создании огнепреградителей, площади легко сбрасываемых конструкций, предохранительных мембран и других разгерметизирующих устройств; при разработке мероприятий по обеспечению пожаровзрывобезопасности технологических процессов в соответствии с требованиями ГОСТ 12.1.004 и ГОСТ 12.1.010.

Сущность метода определения нормальной скорости .распространения пламени заключается в приготовлении горючей смеси известного состава внутри реакционного сосуда, зажигании смеси в центре точечным источником, регистрации изменения во времени давления в сосуде и обработке экспериментальной зависимости “давление-время” с использованием математической модели процесса горения газа в замкнутом сосуде и процедуры оптимизации. Математическая модель позволяет получить расчетную зависимость “давление-время”, оптимизация которой по аналогичной экспериментальной зависимости дает в результате изменение нормальной скорости в процессе развития взрыва для конкретного испытания.

Нормальной скоростью горения называют скорость распространения фронта пламени по отношению к несгоревшим реагентам. Скорость горения зависит от ряда физико-химических свойств реагентов, в частности теплопроводности и скорости химической реакции, и имеет вполне определенное значение для каждого горючего (при постоянных условиях горения). В табл. 1 приведены скорости горения (и пределы воспламенения) некоторых газообразных смесей. Концентрации горючего в смесях определены при 25°С и нормальном атмосферном давлении. Пределы воспламенения за отмеченными исключениями получены при распространении пламени в трубе диаметром 0,05 м, закрытой с обеих сторон. Коэффициенты избытка горючего определены как отношение объемных содержаний горючего в реальной смеси к стехиометрической смеси (j1) и к смеси при максимальной скорости горения (j2).

Скорости горения конденсированных смесей (неорганический окислитель + магний)

Изм.
Лист
№ докум.
Подпись
Дата
Лист
ТГиВ 20.05.01.070000.000 ПЗ

41,6

Как видно, при горении воздушных газовых смесей при атмоферном давлении umах лежит в пределах 0,40-0,55 м/с, а – в пределах 0,3-0,6 кг/(м2-с). Лишь для некоторых низкомолкулярных непредельных соединений и водорода umах лежит в пределах 0,8-3,0 м/с, а достигает 1–2 кг/ (м2с). По увеличению иmах исследованные горючие в смесях с воздухом можно

расположить в следующий ряд: бензин и жидкие ракетные топлива – парафины и ароматические соединения – оксид углерода – циклогексан и циклопропан – этилен – оксид пропилена – оксид этилена – ацетилен – водород.

Изм.
Лист
№ докум.
Подпись
Дата
Лист
ТГиВ 20.05.01.070000.000 ПЗ

Влияние структуры молекулы горючего на скорость горения удалось проследить для низкомолекулярных углеводородов с прямой цепью. Скорость горения растет с увеличением степени непредельности в молекуле: алканы – алкены – алкадиены – алкины. С ростом длины цепи этот эффект уменьшается, но все же скорость горения воздушных смесей для н-гексена примерно на 25% выше, чем для н-гексана.

Линейная скорость горения кислородных смесей значительно выше, чем воздушных (для водорода и оксида углерода – в 2-3 раза, а для метана – больше чем на порядок). Массовая скорость горения изученных кислородных смесей (кроме смеси СО + O2) лежит в пределах 3,7-11,6 кг/(м2•с).

В табл. 1 приведены (по данным Η. А. Силина и Д. И. Постовского) скорости горения уплотненных смесей нитратов и перхлоратов с магнием. Для приготовления смесей использовали порошкообразные компоненты с размерами частиц нитратов 150-250 мкм, перхлоратов 200-250 мкм и магния 75-105 мкм. Смесью заполняли картонные оболочки диаметром 24-46 мм до коэффициента уплотнения 0,86. Образцы сгорали на воздухе при нормальных давлении и начальной температуре.

Из сопоставления данных табл. 1 и 1.25 следует, что конденсированные смеси превосходят газовые смеси по массовой и уступают им по линейной скорости горения [1] . Скорость горения смесей с перхлоратами меньше скорости горения смесей с нитратами, а смеси с нитратами щелочных металлов горят с более высокой скоростью, чем смеси с нитратами щелочноземельных металлов.

Пределы воспламенения и скорости горения смесей с воздухом (I) и кислородом (II) при нормальном давлении и комнатной температуре

Изм.
Лист
№ докум.
Подпись
Дата
Лист
ТГиВ 20.05.01.070000.000 ПЗ

1,06

d — характерный размер зеркала горящей жидкости, м. Определяется как корень квадратный из площади поверхности горения; если площадь горения имеет форму окружности, то характерный размер равен ее диаметру. При расчете скорости турбулентного горения можно принять d = 10 м;

Тк — температура кипения жидкости, К.

Порядок расчета следующий.

Определяют режим горения по величине критерия Галилея Ga, вычисляемого по формуле

где g — ускорение свободного падения, м·с -2 .

В зависимости от режима горения вычисляют безразмерную скорость выгорания М. Для ламинарного режима горения:

Для переходного режима горения:

Для турбулентного режима горения:

M — молекулярная масса кислорода, кг·моль -1 ;

n — стехиометрический коэффициент кислорода в реакции горения;

nF — стехиометрический коэффициент жидкости в реакции горения.

B — безразмерный параметр, характеризующий интенсивность массопереноса, вычисляемый по формуле

где Q — низшая теплота сгорания жидкости, кДж·кг -1 ;

Изм.
Лист
№ докум.
Подпись
Дата
Лист
ТГиВ 20.05.01.070000.000 ПЗ

— безразмерное значение массы кислорода, необходимого для сгорания 1 кг жидкости;

c — изобарная теплоемкость продуктов горения ( принимается равной теплоемкости воздуха c = 1), кДж·кг -1 ·К -1 ;

T — температура окружающей среды, принимаемая равной 293 К;

H — теплота парообразования жидкости при температуре кипения, кДж·кг -1 ;

ce — средняя изобарная теплоемкость жидкости в интервале от T до Tк.

Если известны кинематическая вязкость пара или молекулярная масса и температура кипения исследуемой жидкости, то скорость турбулентного горения вычисляют с использованием экспериментальных данных по формуле

где mi — экспериментальное значение скорости выгорания в переходном режиме горения, кг·м —2 ·с -1 ;

di — диаметр горелки, в которой получено значение mi, м. Рекомендуется использовать горелку диаметром 30 мм. Если в горелке диаметром 30 мм наблюдается ламинарный режим горения, следует применять горелку большего диаметра.

Относительная погрешность расчета по формулам (16) и (24) не превышает 21 %.

Если не известны кинематическая вязкость паров или молекулярная масса и температура кипения исследуемой жидкости, то оценку скорости выгорания проводят в следующем порядке.

Находят скорость выгорания жидкости в горелках диаметром 10, 15, 18, 20. 25 и 30 мм Полученные результаты заносят в табл. 3.

Вычисляют среднее арифметическое значение (md), л, для всех испытаний в которых наблюдалось ламинарное горение.

Диаметр горелки, di, м Скорость выгорания , кг·м -2 ·с -1 Режим горения (визуальное наблюдение) , м·с -2 , кг·м -1 ·с -1

Результаты испытаний, относящиеся к переходному режиму горения, заносят в табл. 4 в виде функций , , , с точностью до четвертого знака после запятой.

Количество экспериментальных точек должно быть не менее трех, в

противном случае проводят дополнительные эксперименты в горелках диаметром более 30 мм.

№ п/п (i)
Изм.
Лист
№ докум.
Подпись
Дата
Лист
ТГиВ 20.05.01.070000.000 ПЗ

Вычисляют по столбцам табл. 15 , , , , и средние значения , ,

где n — число экспериментальных точек, относящихся к переходному режиму горения.

Вычисляют параметры а и b по формулам:

Определяют кинематическую вязкость паров исследуемой жидкости () по формуле

Скорость выгорания вычисляют по формуле (24).

Изм.
Лист
№ докум.
Подпись
Дата
Лист
ТГиВ 20.05.01.070000.000 ПЗ

Расчетная часть

1.Расчет объема воздуха, необходимого для полного сгорания 1 кг горючего вещества:

а) Уравнение реакции горения

б) Определение массы 1 Кмоля горючего вещества

кг

в) Определение объема воздуха для горения 1 м 3 ДТ при нормальных условиях:

м 3

г) Определяем реальный расход воздуха с учетом заданных условий и избытка воздуха

м 3

Источник

ГОСТ Р 12.3.047-98 => Т.5 определение нормальной скорости распространения пламени и термодинамических параметров. Т.6 формулы для расчета.

Т.5 Определение нормальной скорости распространения пламени и термодинамических параметров

Т.5.1 Нормальная скорость характеризует реакционную способность горючих газовых смесей при фронтальных режимах горения. Наиболее перспективным является экспериментально-расчетный метод оптимизации, позволяющий определять нормальную скорость в бомбе постоянного объема в широком диапазоне температур и давлений. Метод изложен в ГОСТ 12.1.044.

Входящая в критериальные соотношения (Т.1) и (Т.2) в составе комплекса W нормальная скорость распространения пламени при давлении и температуре, соответствующих началу развития процесса горения, может быть определена экспериментально или взята из научно-технической литературы, прошедшей оценку достоверности приведенных в ней данных. Если данные по нормальной скорости при характерных для технологического процесса давления р и температуре Т отсутствуют, то в ограниченном диапазоне экстраполяции можно воспользоваться для оценки формулой

где — известное значение нормальной скорости при давлении р и температуре Т;

п и т — соответственно барический и температурный показатели.

В диапазоне давлений от 0,04 до 1,00 МПа и температур от 293 до 500 К для стехиометрических смесей метана, пропана, гексана, гептана, ацетона, изопропанола и бензола с воздухом барический показатель с ростом давления и температуры свежей смеси увеличивается и находится в диапазоне от 3,1 до 0,6. При значениях давления и температуры, близких к атмосферным, барический и температурный показатели для горючих паровоздушных смесей могут быть приняты в первом приближении соответственно равными п = -0,5 и т = 2,0.

Т.5.2 Термодинамические параметры Еi, pe, gb определяют термодинамическим расчетом, например на компьютерах по известным методикам.

Коэффициент расширения Еi равен по определению

где и — соответственно температура и молекулярная масса продуктов сгорания горючей смеси.

Молекулярную массу смеси идеальных газов М, кг/моль, определяют по формуле

где Мj и nj — соответственно молекулярная масса и мольная доля j-го компонента смеси.

Коэффициент расширения может быть также определен из приближенного уравнения

Таблица Т.2 — Результаты расчета значений pe, gb, Еi, и Su для некоторых стехиометрических газопаровых смесей при начальном давлении 0,1 МПа и температуре 298,15 К

В таблице Т.2 приведены рассчитанные на компьютере значения термодинамических параметров для некоторых стехиометрических газопаровых смесей в предположении, что продукты сгорания состоят из следующих 19 компонентов в газовой фазе: Н2, Н2О, СО2, N2, Ar, С, Н, О, N, CO, CH4, HCN, О2, О3, ОН, NO, NO2, NН3, HNO3. Стехиометрическая концентрация горючего jст в воздухе средней влажности определялась по известной формуле

где b — стехиометрический коэффициент, равный количеству молекул кислорода, необходимых для сгорания одной молекулы горючего.

Для многокомпонентных смесей и смесей, проведение расчетов по которым по тем или иным причинам вызывает трудности, определение максимального относительного давления pe, а следовательно, и коэффициента расширения Еi по формуле (Т.8) проводят по соответствующей методике ГОСТ 12.1.044.

Т.6 Формулы для расчета безопасной площади разгерметизации оборудования и помещений, в которых обращается горючая пыль

Т.6.1 Расчет безопасной площади разгерметизации низкопрочных замкнутых оболочек, не выдерживающих избыточное давление свыше 10 кПа, производится по формуле

где F — безопасная площадь разгерметизации (суммарная площадь легкосбрасываемых покрытий), м 2 ;

С — константа, определяемая по таблице Т.3;

Fs — площадь внутренней поверхности замкнутой оболочки, м 2 ;

Рmax и — максимально допустимое избыточное давление взрыва пыли в защищаемом объеме при наличии истечения через сбросные отверстия, кПа.

Уровень взрывопожароопасности пыли зависит от индекса взрывопожароопасности Kst и определяется по таблице Т.4.

Таблица Т.3

Уровень взрывопожароопасности пыли

Таблица Т.4

Диапазон значений индекса взрывопожароопасности пыли, МПа · м/с

Уровень взрывопожароопасности пыли

Т.6.2 Расчет безопасной площади разгерметизации высокопрочных замкнутых оболочек, находящихся под давлением, близким к атмосферному, выдерживающих избыточное давление свыше 10 кПа, производится по формуле

где a = 0,000571 exp (0,0197 Ps,u);

b = 0,978 exp (-0,001037 Ps,u);

с = -0,687 exp (0,00223 Ps,u);

Кst — индекс взрывопожароопасности пыли, МПа · м/с;

Ps,u — избыточное давление вскрытия сбросного сечения, кПа;

V — объем защищаемой емкости, м 3 .

Область применения расчета по формуле (Т.11)

L / D 5;

Рmax иPs,u > 5

При необходимости установки сбросных каналов их диаметр должен быть не менее диаметра сбросного отверстия при минимальной длине и количестве изгибов. Установка сбросного канала приводит к существенному росту требуемой величины Рmax и.

Т.7 Формулы для расчета безопасной площади разгерметизации оборудования и помещений, в которых обращаются гибридные смеси

Для гибридной взрывоопасной смеси (горючего газа с горючей пылью) расчет ведут по более опасной компоненте (обычно газу).

Пример

Данные для расчета

Технологический аппарат объемом 12 м 3 рассчитан на максимальное избыточное давление 0,2 МПа (абсолютное давление 0,3 МПа) и предназначен для работы при атмосферном давлении с содержащей ацетон реакционной массой. Аппарат имеет рубашку обогрева (80 °С). Необходимо определить безопасную площадь разгерметизации. Нормальная скорость распространения пламени наиболее опасной стехиометрической ацетоно-воздушной смеси при атмосферном давлении и температуре (298 К) составляет 0,32 м/с. Следовательно, при температуре в аппарате 80 °С (353 К) максимальная нормальная скорость распространения пламени в соответствии с (Т.6)

Su = 0,32 (353/298) 2 м · c — l » 0,45 м/с.

Для стехиометрической ацетоно-воздушной смеси pe = 9,28; Еi = 7,96; Мi = 58 · 0,05 + 28 · 0,95 = 29,5 кг/моль. Так как pm = 0,3/0,1 = 3 превышает значение 2, то для вычисления безопасной площади разгерметизации воспользуемся критериальным соотношением (Т.2). Выражение для комплекса подобия W в соответствии с (Т.3) и определенными значениями и Мi может быть записано в виде

где F — площадь разгерметизации, м 2 .

Следовательно, критериальное соотношение (Т.2) относительно F можно записать в виде

С увеличением степени негерметичности сосуда объемом около 10 м 3 F/V 0,667 от 0,025 до 0,25 значение фактора турбулентности возрастает от 2,5 до 5. Предположим, что c = 2,5 при m = 1. При этом минимальная площадь разгерметизации F = 0,175 м 2 , а значит F/V 0,667 = 0,03. Последнее подтверждает, что значение фактора турбулентности выбрано правильно. Действительно, если бы мы предположили, что c = 5, то получили бы слишком низкое для такой степени турбулентности значение F/V 0,667 = 0,06 (вместо 0,25). Итак, безопасная площадь разгерметизации составляет в данном случае 0,175 м 2 , что равнозначно сбросному отверстию диаметром 0,47 м.

ПРИЛОЖЕНИЕ У

(рекомендуемое)

ТРЕБОВАНИЯ К ПРОТИВОПОЖАРНЫМ ПРЕГРАДАМ

У.1 К противопожарным преградам относят противопожарные стены, перегородки, перекрытия, зоны, тамбуры-шлюзы, двери, окна, люки, клапаны.

Область применения противопожарных преград установлена в СНиП 2.01.02 части 2 [1].

У.2 Типы противопожарных преград и их минимальные пределы огнестойкости следует принимать по таблице У.1. Противопожарные стены, перегородки, перекрытия, конструкции противопожарных зон и тамбуров-шлюзов, а также заполнение световых проемов в противопожарных преградах должны выполняться из негорючих материалов.

Таблица У.1

Тип противопожарных преград или их элементов

Минимальный предел огнестойкости противопожарных преград или их элементов, ч

Противопожарные двери и окна

Противопожарные ворота, люки, клапаны

Противопожарные зоны (см. 3.13)

Элементы противопожарных зон:

противопожарные стены, отделяющие зону от помещений пожарных отсеков

противопожарные перегородки внутри зоны

Допускается в противопожарных дверях и люках первого и второго типов применять древесину, защищенную со всех сторон негорючими материалами толщиной не менее 4 мм или подвергнутую глубокой пропитке антипиренами или другой огнезащитной обработке, обеспечивающей ее соответствие требованиям, предъявляемым к трудногорючим материалам.

Допускается в качестве противопожарных применять перегородки из гипсокартонных листов с каркасом из негорючих материалов, с пределом огнестойкости не менее 1,25 ч для перегородок первого типа и 0,75 ч — для перегородок второго типа. Узлы сопряжения этих перегородок с другими конструкциями должны иметь предел огнестойкости не менее 1,25 и 0,75 ч соответственно.

У.3 Предел огнестойкости противопожарных дверей и ворот следует определять по ГОСТ 30247.2, а противопожарных окон, люков и клапанов по ГОСТ 30247.0 и ГОСТ 30247.1. При этом предельные состояния по огнестойкости для окон характеризуются только обрушением и потерей плотности, а для противопожарных дверей лифтовых шахт — только теплоизолирующей способностью и потерей плотности дверного полотна.

У.4 В противопожарных стенах первого и второго типов следует предусматривать противопожарные двери, ворота, окна и клапаны соответственно первого и второго типов.

В противопожарных перегородках первого типа следует предусматривать противопожарные двери, ворота, окна и клапаны второго типа, а в противопожарных перегородках второго типа — противопожарные двери и окна третьего типа.

В противопожарных перекрытиях первого типа следует применять противопожарные люки и клапаны первого типа, а в противопожарных перекрытиях второго и третьего типов — противопожарные люки и клапаны второго типа.

У.5 Противопожарные стены должны опираться на фундаменты или фундаментные балки, возводиться на всю высоту здания, пересекать все конструкции и этажи.

Противопожарные стены допускается устанавливать непосредственно на конструкции каркаса здания или сооружения, выполненные из негорючих материалов. При этом предел огнестойкости каркаса вместе с его заполнением и узлами креплений должен быть не менее требуемого предела огнестойкости соответствующего типа противопожарной стены.

У.6 Противопожарные стены должны возвышаться над кровлей: не менее чем на 60 см, если хотя бы один из элементов чердачного или бесчердачного покрытия, за исключением кровли, выполнен из горючих материалов; не менее чем на 30 см, если элементы чердачного или бесчердачного покрытия, за исключением кровли, выполнены из трудногорючих материалов.

Противопожарные стены могут не возвышаться над кровлей, если все элементы чердачного или бесчердачного покрытия, за исключением кровли, выполнены из негорючих материалов.

У.7 Противопожарные стены в зданиях с наружными стенами, выполненными с применением горючих или трудногорючих материалов, должны пересекать эти стены и выступать за наружную плоскость стены не менее чем на 30 см.

При устройстве наружных стен из негорючих материалов с ленточным остеклением противопожарные стены должны разделять остекление. При этом допускается, чтобы противопожарная стена не выступала за наружную плоскость стены.

У.8 При разделении здания на пожарные отсеки противопожарной должна быть стена более высокого и более широкого отсека. Допускается в наружной части противопожарной стены размещать окна, двери и ворота с ненормируемыми пределами огнестойкости на расстоянии над кровлей примыкающего отсека не менее 8 м по вертикали и не менее 4 м от стен по горизонтали.

У.9 В противопожарных стенах допускается устраивать вентиляционные и дымовые каналы так, чтобы в местах их размещения предел огнестойкости противопожарной стены с каждой стороны канала был не менее 2,5 ч.

У.10 Противопожарные перегородки в помещениях с подвесными потолками должны разделять пространство над ними.

У.11 При размещении противопожарных стен или противопожарных перегородок в местах примыкания одной части здания к другой под углом необходимо, чтобы расстояние по горизонтали между ближайшими гранями проемов, расположенных в наружных стенах, было не менее 4 м, а участки стен, карнизов и свесов крыш, примыкающие к противопожарной стене или перегородке под углом, на длине не менее 4 м были выполнены из негорючих материалов. При расстоянии между указанными проемами менее 4 м они должны быть заполнены противопожарными дверями или окнами второго типа.

У.12 Противопожарные перекрытия должны примыкать к наружным стенам, выполненным из негорючих материалов, без зазоров. Противопожарные перекрытия в зданиях с наружными стенами, распространяющими огонь, или с остеклением, расположенным в уровне перекрытия, должны пересекать эти стены и остекление.

У.13 Допускается в случаях, предусмотренных в СНиП 2.01.02 части 2 [1], для разделения здания на пожарные отсеки вместо противопожарных стен предусматривать противопожарные зоны первого типа.

Противопожарная зона первого типа выполняется в виде вставки, разделяющей здание по всей ширине (длине) и высоте. Вставка представляет собой часть здания, образованную противопожарными стенами второго типа, которые отделяют вставку от пожарных отсеков. Ширина зоны должна быть не менее 12 м.

У.14 В помещениях, расположенных в пределах противопожарной зоны, не допускается применять или хранить горючие газы, жидкости и материалы, а также предусматривать процессы, связанные с образованием горючих пылей.

Допускается в покрытии противопожарной зоны применять утеплитель из трудногорючих материалов и кровлю из горючих материалов с учетом требований У.6.

В противопожарных стенах зоны допускается устройство проемов при условии их заполнения в соответствии с У.17.

У.15 Конструктивные решения противопожарных зон в сооружениях следует принимать по СНиП 2.09.03 [2].

У.16 Противопожарные стены и зоны должны сохранять свои функции при одностороннем обрушении примыкающих к ним конструкций.

У.17 В противопожарных преградах допускается предусматривать проемы при условии их заполнения противопожарными дверями, окнами, воротами, люками и клапанами или при устройстве в них тамбуров-шлюзов. Общая площадь проемов в противопожарных преградах, за исключением ограждений лифтовых шахт, не должна превышать 25 % их площади. Противопожарные двери и ворота в противопожарных преградах должны иметь уплотнения в притворах и приспособления для самозакрывания. Противопожарные окна должны быть неоткрывающимися.

У.18 Двери тамбуров-шлюзов со стороны помещений, в которых не применяют и не хранят горючие газы, жидкости и материалы, а также отсутствуют процессы, связанные с образованием горючих пылей, допускается выполнять из горючих материалов толщиной не менее 4 см и без пустот. В тамбурах-шлюзах следует предусматривать подпор воздуха в соответствии со СНиП 2.04.05 [3].

У.19 Противопожарные стены, зоны, а также противопожарные перекрытия первого типа не допускается пересекать каналами, шахтами и трубопроводами для транспортирования горючих газо- и пылевоздушных смесей, горючих жидкостей, веществ и материалов.

У.20 В местах пересечения противопожарных стен, противопожарных зон, а также противопожарных перекрытии первого типа каналами, шахтами и трубопроводами (за исключением трубопроводов водоснабжения, канализации, парового и водяного отопления) для транспортирования сред, отличных от указанных в У.19, следует предусматривать автоматические устройства, предотвращающие распространение продуктов горения по каналам, шахтам и трубопроводам при пожаре.

У.21 Ограждающие конструкции лифтовых шахт, помещения машинных отделений лифтов, каналов, шахт и ниш для прокладки коммуникаций должны соответствовать требованиям, предъявляемым к противопожарным перегородкам первого типа и перекрытиям третьего типа.

При невозможности устройства в ограждениях лифтовых шахт противопожарных дверей следует предусматривать тамбуры или холлы с противопожарными перегородками первого типа и перекрытиями третьего типа.

Источник

Adblock
detector