ФГБОУ ВПО «Воронежский государственный

технический университет»

Кафедра технологии и обеспечения гражданской обороны

в чрезвычайных ситуациях

Методические указания

по выполнению практических работ по дисциплине

«Теория горения и взрыва» для студентов направления

280700.62 Техносферная безопасность

(профили «Защита в чрезвычайных ситуациях», «Безопасность жизнедеятельности в техносфере»,

«Защита окружающей среды») очной формы обучения

Часть 2

Воронеж 2015

Составители: канд. физ.- мат. наук А.Г. Горшков,

д-р хим. наук А.В. Калач, д-р техн. наук П.С. Куприенко

УДК 662(07)

Методические указания по выполнению практических работ студентов по дисциплине «Теория горения и взрыва» направления 280700.62 Техносферная безопасность (профили «Защита в чрезвычайных ситуациях», «Безопасность жизнедеятельности в техносфере», «Защита окружающей среды») очной формы обучения / ФГБОУ ВПО «Воронежский государственный технический университет»; сост. А.Г. Горшков, А.В. Калач, П.С. Куприенко. Воронеж, 2015. Ч. 2. 39 с.

Методические указания предназначены для подготовки к семинарским занятиям по решению задач курса «Теория горения и взрыва» и для самостоятельной работы студентов третьего курса.

Методические указания подготовлены в электронном виде в текстовом редакторе MS Word 2007 и содержатся в файле МУ_ТГВ_Ч.2.doc

Табл. 12. Библиогр.: 7 назв.

Рецензент канд. техн. наук, доц. А.В. Звягинцева

Ответственный за выпуск зав. кафедрой, д-р техн. наук, проф. П.С. Куприенко

Издается по решению редакционно-издательского совета Воронежского государственного технического университета

© ФГБОУ ВПО «Воронежский государственный

технический университет», 2015

Введение

Горение является первым сложным техническим процессом, освоенным человеком.

Знание основных процессов физики горения необходимо для оценки пожароопасности различных веществ и помещений и разработки эффективных мероприятий по предотвращению и тушению различных пожаров.

Изучение дисциплины «Теория горения и взрыва» проводится на кафедре ТОГОЧС и состоит из цикла лекций, практических занятий и дифференцированного зачета.

При решении каждой задачи необходимо внимательно прочитать текст задачи, полностью переписать в тетрадь её условие, указать, что нужно рассчитать и привести ход решения задачи со всеми математическими преобразованиями.

В помощь студентам при самостоятельном выполнении задач в методических указаниях приведены примеры решения типовых задач. Приступая к самостоятельному решению задачи, необходимо обдумать план её решения, сравнивая её с предложенным вариантом типовой задачи. В случае появления неясностей при выборе решения следует обратиться к теоретическому материалу той темы, на которую построена задача. Для удобства студентов при выполнении самостоятельной работы в приложении к методическим указаниям даны некоторые необходимые справочные данные.

1. Расчёт температурных пределов распространения пламени

Температурные пределы распространения пламени служат для характеристики пожарной опасности горючих жидкостей.

Нижний температурный предел распространения пламени (НТПРП) – это наименьшая температура жидкости, при которой над её поверхностью создаётся концентрация насыщенного пара, равная НКПР пламени. При температуре жидкости ниже НТПРП смесь насыщенных паров с воздухом не способна воспламеняться от кратковременного воздействия источника пламени.

Верхний температурный предел распространения пламени (ВТПРП) – это наибольшая температура жидкости, при которой над её поверхностью создаётся концентрация насыщенного пара, равная ВКПР пламени. Выше этой температуры жидкость образует насыщенные пары, которые в смеси с воздухом в закрытом объёме воспламенять не могут, но могут гореть в диффузионной области при выходе из ёмкости в воздух.

Следовательно, если для горючего вещества известны концентрационные пределы распространения пламени, то по зависимости давления насыщенного пара от температуры могут быть найдены его температурные пределы.

Допустим, известен нижний концентрационный предел распространения пламени паров горючей жидкости. Необходимо найти HТПРП, т.е. температуру, при которой концентрация насыщенных паров над поверхностью этой жидкости будет равна НКПРП.

По концентрации паров _н и _в (значение НКПРП и ВКПРП) можно найти парциальное давление насыщенных паров:

(1)

где Р_о - атмосферное давление (общее давление паровоздушной смеси).

По давлению насыщенного пара нетрудно установить соответствующую температуру жидкости, которая и будет значением НТПВ или ВТПВ.

Зависимость давления насыщенного пара от температуры для большинства жидкостей известна и приведена в справочной литературе в виде таблиц (табл. 1 приложения), графиков или задана уравнением lgP == f(T).

Температурные пределы распространения можно определить также по эмпирической формуле, связывающей их с температурой кипения индивидуальных жидкостей и константами К и l, характерными для данного гомологического ряда:

t_н(в) = КТ_кип - l , (2)

где t_в(н) - нижний или верхний температурный предел распространения пламени ^оС;

t_кип - температура кипения, ^оС.

k, l — коэффициенты, постоянные в пределах гомологического ряда, величины которых приведены в табл. 1.

Таблица 1

Значения коэффициентов k и l

Гомологический ряд	Температурный предел	k	l, °С
Углеводороды алифатические	Нижний Верхний	0,69	74
		0,79	51
Спирты алифатические	Нижний Верхний	0,61	38
		0,69	15
Эфиры сложные	Нижний Верхний	0,61	54
		0,75	33
Алкиламины первичные	Нижний	0,50	55

Пример. Рассчитать НТПРП бутилового спирта по нижнему концентрационному пределу распространения пламени.

Решение:

1. По справочнику или расчетом находим, что НКПР этилового спирта равен 1,8 %.

2. Определяем, какому давлению насыщенного пара соответствует значение нижнего концентрационного предела:

.

3. Для нахождения соответствующей температуры можно воспользоваться таблицей 1 приложения. По зависимости давления насыщенного пара от температуры находим, что при Т₁ = 303,2 К Р₁ = 1,33 кПа, а при Т₂ = 314,5 К Р₂ = 2,67 кПа. Следовательно, искомая температура, отвечающая нижнему температурному пределу, находится между 303 и 314 К. Интерполяцией находим НТПРП:

4. Проще и точнее установить значение Т_н по известной величине Р_н, можно, воспользовавшись уравнением Антуана, выражающим зависимость давления насыщенного пара от температуры жидкости:

, (3)

где Р – давление, кПа; Т – температура, К (табл. П. 2).

Решая уравнение относительно Т, получим:

.

Для бутилового спирта А=11,72, В=2665, С=-6,4. Подставляя численные значения, получим:

Ответ: нижний температурный предел бутилового спирта составил 308,6 К.

Пример. Рассчитать температурные пределы распространения пламени ацетона, если его температура кипения равна 329,5 К или 56,5 ^оС.

Решение:

По таблице 1 находим константы К и l для нижнего и верхнего пределов, подставляем в формулы и рассчитываем:

t_н(в) = КТ_кип - l ,

t_н= 0,5940·56,5 – 50,9 = -17,3 ^оС или Т_н = 255,7 К;

t_в== 0,7761·56,5 - 40,8 = 3,05 ^оС или Т_в = 276,05 К.

Экспериментальные значения для нижнего и верхнего пределов составляют 253 К и 279 К cooтвeтственно.