Институт механики и энергетики кафедра теплоэнергетических систем теория горения и взрыва




Скачать 122.56 Kb.
НазваниеИнститут механики и энергетики кафедра теплоэнергетических систем теория горения и взрыва
Дата12.12.2012
Размер122.56 Kb.
ТипЛабораторная работа
ГОСУДАРСТВЕННОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ

ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ

« МОРДОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ им. Н. П. ОГАРЕВА»

(ГОУВПО «МГУ им. Н. П. Огарева»)


ИНСТИТУТ МЕХАНИКИ И ЭНЕРГЕТИКИ

КАФЕДРА ТЕПЛОЭНЕРГЕТИЧЕСКИХ СИСТЕМ


Теория горения и взрыва


Специальность – 330600 «Защита в чрезвычайных ситуациях – 65»

Направление подготовки специалиста – 656500 «Безопасность жизнедеятельности»


ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 7


ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЕ ОПРЕДЕЛЕНИЕ КОНЦЕНТРАЦИОННЫХ ПРЕДЕЛОВ ВЗРЫВА


Определение концентрационных пределов взрыва

Расчет температуры и давления взрыва





Саранск 2011


Лабораторная работа № 7

ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЕ ОПРЕДЕЛЕНИЕ КОНЦЕНТРАЦИОННЫХ ПРЕДЕЛОВ ВЗРЫВА


Цель работы:

  • Научиться определять расчетным путем теоретические температуры взрыва – при постоянном давлении Тp и постоянном объеме ТV, и давление взрыва.

  • Научиться определять концентрационные пределы взрыва


Общие сведения


    1. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЕ ОПРЕДЕЛЕНИЕ КОНЦЕНТРАЦИОННЫХ

ПРЕДЕЛОВ ВЗРЫВА


Концентрационные пределы взрыва выражаются в процентной концентрации горючего газа или пара горючей жидкости в смеси с воздухом. Однако на практике использование концентрации затруднительно, так как ее трудно измерить.

При обследовании предприятий обычно чаще всего приходится сталкиваться с легковоспламеняющимися жидкостями. В этом случае более удобно пользоваться пределами взрыва, выраженными через температуру жидкости. Температура жидкости обычно известна и может быть легко измерена, а концентрация насыщенных паров прямо связана с температурой.

Нижний температурный предел взрываемости обозначают температурой жидкости, при которой образуется концентрация паров, соответствующая нижнему пределу взрыва. Аналогично – верхний температурный предел обозначают значением температуры, при котором концентрация паров соответствует верхнему пределу взрыва. Например, для метилового спирта нижний температурный предел взрываемости + 8 0С, а верхний + 32 0С. При всех температурах в диапазоне (8÷32)С концентрации метилового спирта являются взрывчатыми.

Схема прибора для измерения пределов взрыва приведена на рис. 7.2. Он состоит из взрывного сосуда 1, в который наливается горючая жидкость 2. Сосуд помещается в термостат 3 с нагревателем 4. Температура термостата и, соответственно, горючей жидкости измеряется датчиком 5. Через электроды 6 в сосуд подается электрическая искра. Изменяя температуру в термостате, подают искру на электроды и находят, таким образом, нижний и верхний пределы взрыва для данной жидкости. Если смесь взрывчатая, то появляется пламя, распространяющееся от контактов; если же она не взрывчатая, то пламя не появляется.

В табл. 7.1. приведены температуры некоторых жидкостей, при которых они образуют концентрации паров, равные нижнему и верхнему пределам взрыва.


Таблица 7.1. - Нижний и верхний пределы взрыва для некоторых жидкостей


Жидкость

Нижний предел взрыва, 0С

Верхний предел взрыва, 0С

Бутиловый спирт

+ 34.6

+ 62

Метиловый спирт

+ 8

+ 32

Скипидар

+ 36

+62

Бензол

- 13

+12





Рис. 7.2. Схема прибора для измерения концентрационных пределов взрыва:

1 – взрывной сосуд; 2 – горючая жидкость; 3–термостат; 4– нагреватель;
5 – датчик температуры; 6 –электроды



    1. РАСЧЕТНОЕ ОПРЕДЕЛЕНИЕ КОНЦЕНТРАЦИОННЫХ ПРЕДЕЛОВ ВЗРЫВА

Для определения пределов взрыва применяются эмпирические формулы, полученные обработкой экспериментальных данных для различных горючих веществ.

Нижний предел взрыва (НПВ) рассчитывается по формуле

объем. %. (7.1)


Верхний предел взрыва (ВПВ) рассчитывается по формуле


объем.% . (7.2)


Здесь N – количество атомов кислорода, необходимое для полного сгорания одной молекулы горючего компонента смеси.

В качестве примера определим пределы взрыва смеси воздуха и пентана.

  • Запишем уравнение реакции горения пентана С5Н12:


С5Н12 + 8 О2 = 5СО2 + 6Н2О.



  • Найдем количество атомов кислорода, необходимое для полного сгорания одной молекулы пентана:






  • Найдем нижний предел взрыва рассматриваемой смеси по формуле (7.1):



объем.%.



  • Найдем верхний предел взрыва рассматриваемой смеси по формуле (7.2):



объем.%.


Таким образом, для пентано-воздушной смеси нижний предел взрыва достигается при содержании 1,4 объем.% пентана, а верхний предел взрыва – при 5,0 объем.% пентана.

Часто при решении вопросов безопасности вентиляционных установок, сушилок, мешалок и других аппаратов требуется определить пределы взрыва смеси, состоящей из нескольких горючих компонентов. Для нахождения нижнего и верхнего предела взрыва таких смесей используются следующие формулы:


объем.%; (7.3)

объем.%. (7.4)


Здесь V1, V2, … Vn – концентрации горючих компонентов, объем.%;

Н1, Н2, … Нn – нижние пределы взрыва входящих в смесь компонентов, объем.%;

В1, В2, … Вn – верхние пределы взрыва, входящих в смесь компонентов, объем.%.


При этом

V1+ V2 ++Vn = 100%.


При расчете пределов взрыва смеси, выраженных в массовых долях горючих компонентов (масс.%), значения V1, V2, … Vn в формулах (7.3), (7.4) заменяются на значения их массовых долей z1, z2, …, zn. При этом


z1 + z2 + … zn = 100%.


В качестве примера определим пределы взрыва смеси паров ацетона и этилового спирта с воздухом, если в 1 м3 смеси находится 32 г ацетона и 25 г этилового спирта.

  • Найдем процентное содержание горючих компонентов, выраженное в массовых долях.

Содержание ацетона:


z1 = масс.%


Содержание этилового спирта:


z2 = масс.%


  • Найдем из таблиц нижние пределы взрыва компонентов.

Для ацетона НПВ = Н1 = 1.6 объем.%;

Для спирта НПВ = Н2 = 2.6 объем.%

  • Найдем нижний предел взрыва рассматриваемой смеси по формуле (7.3):


объем.%.

  • Найдем из таблиц нижние пределы взрыва компонентов.

Для ацетона ВПВ = В1 = 13 объем.%;

Для спирта ВПВ = В2 = 19 объем.%

  • Найдем верхний предел взрыва рассматриваемой смеси по формуле (7.4):


объем.%.


Таким образом, для смеси паров ацетона и этилового спирта с воздухом нижний предел взрыва достигается при содержании 1.9 объем.% горючих паров, а верхний предел взрыва – при 15.1 объем.%.

Значения пределов взрыва смесей нескольких горючих компонентов с воздухом находятся между значениями пределов взрыва отдельных горючих компонентов, входящих в смесь.


7.3. РАСЧЕТ ТЕМПЕРАТУРЫ И ДАВЛЕНИЯ ВЗРЫВА

Для каждой горючей смеси газов существуют две теоретические температуры взрыва – при постоянном давлении Тp и постоянном объеме ТV, причем всегда Тp < ТV. Это связано с тем, что удельная теплоемкость при постоянном давлении больше удельной теплоемкости при постоянном объеме (cp > cV). Температура Тp соответствует взрыву на открытом воздухе, а ТV – взрыву в замкнутом объеме или помещении. Расчет температур взрыва Тp и ТV базируется на уравнениях теплового баланса:


; (7.5)


(7.6)


Здесь Q – теплота горения вещества;

, , Vi – удельные теплоемкости и объемные доли компонентов, входящих в продукты взрыва.

Значения теоретической температуры взрыва рассчитываются с помощью уравнений теплового баланса (7.5), (7.6):


; .


Разность между теоретической и действительной температурой взрыва значительно меньше, чем соответствующая разность между температурами горения. Это связано с тем, что при взрыве процесс протекает при условиях, близких к адиабатическим. При этом, ввиду того, что процесс взрыва протекает чрезвычайно быстро, потери теплоты в окружающую среду малы.

Давление при взрыве смеси горючих газов с воздухом в замкнутом объеме зависит от температуры взрыва и отношения числа молекул продуктов горения к числу молекул во взрывчатой смеси. При взрыве газовых смесей избыточное давление обычно не превышает 1 МПа. При замене воздуха во взрывчатой смеси на кислород, давление при взрыве резко увеличивается за счет увеличения температуры горения. Это связано с тем, что значительное количество теплоты затрачивается на нагрев инертного газа – азота, входящего в состав воздуха. При замене воздуха на кислород, давление взрыва для большинства горючих веществ увеличивается от 1 МПа до (1.5 ÷ 2) МПа.

Для расчета давления взрыва используется формула


, (7.7)


где Т0 – начальная температура смеси, K;

Тв – температура взрыва, К (в зависимости от условий взрыва в качестве температуры взрыва используются либо Tp либо TV);

р0 и рв – начальное давление среды и давление при взрыве, МПа;

m – число молекул в химической формуле исходной взрывчатой смеси;

n – число молекул в химической формуле продуктов взрыва.


В качестве примера определим давление при взрыве окиси углерода на открытом воздухом при следующих условиях:

р0 = 0.1 МПа;       Т0 = 293 К (или +20С);      Тв = Тp = 2416 К.


  • Найдем значения m и n в соответствии с протекающей реакцией:


2СО + О2 = 2 СО2.


При этом m=3, n=2, так как взрывчатая смесь содержит две молекулы СО и одну молекулу кислорода, а продукты взрыва содержат две молекулы СО2.

  • Определим давление взрыва по формуле (7.7):


.


Таким образом, при взрыве смеси воздуха с угарным газом на открытом воздухе развивается давление .


Содержание отчета

1. Теоретические сведения о сущности вопроса и ходе выполнения работы (опыта).

2. Краткое описание лабораторной установки, технические и метрологические характеристики средств измерений, краткие пояснения проводимых опытов

3. Данные эксперимента, занесенные в таблицу, расчеты, рисунки.

4. Анализ результатов эксперимента, выводы по работе и анализ результатов.


Библиографический список


  1. Безуглов П.Т. Справочные таблицы огнеопасных веществ. – М.-Л.: Гостоптехиздат, 1950. – 108 с.

  2. Вильямс Ф.А. Теория горения. – М.: Наука, 1971. – 615 с.

  3. Гришин А.М. Моделирование и прогноз катастроф. Томск: ТГУ, 2004. – 524 с.

  4. Гришин А.М, Фильков А.И. Прогноз возникновения и распространения лесных пожаров. Кемерово: Практика, 2005. – 201 с.

  5. Демидов П.Г. Основы горения веществ. – М.: МКХ РСФСР, 1951. – 296 с.

  6. Зельдович Я.Б., Баренблатт Г.Н., Либрович В.Б., Махвиладзе Г.М. Математическая теория горения и взрыва. – М.: Наука, 1980. – 478 с.

  7. Злобинский Б.М., Иоффе В.Г., Злобинский В.Б. Воспламеняемость и токсичность металлов и сплавов. – М.: Металлургия, 1972. – 264 с.

  8. Конев Э.В. Физические основы горения растительных материалов. – Новосибирск: Наука, 1977. – 101 с.

  9. Коробейничев О.П. Химическая физика горения: Учебное пособие. Новосибирск: НГУ, 2003. – 164 с.

  10. Красноперов Л.Н. Химическая кинетика. – Новосибирск: НГУ, 1988. – 92 с.

  11. Монахов В.Т. Методы исследования пожарной опасности веществ. – М.: Химия, 1972. – 416 с.

  12. Осипков В.Н., Орионов Ю.Е., Росторгуев А.Н., Шейтельман Г.Ю. Твердотопливные газогенерирующие устройства и перспективы их использования в средствах пожаротушения // Безопасность труда в промышленности. 2003, № 4. – С. 33-37.

  13. Основы практической теории горения: Учебное пособие для вузов / В.В. Померанцев, К.М. Арефьев, Д.Б. Ахмедов и др. – Л.: Энергоатомиздат, 1986.   312 с.

  14. Платунов Е.С., Самолетов В.А., Буравой С.Е. Физика. Словарь-справочник. – М-С. Петербург: Питер, 2005. – 496 с.

  15. Самовозгорание и взрывы пыли натуральных топлив / В.В. Померанцев, С.Л. Шагалова, В.А. Резник и др. – Л.: Энергия, 1978. – 144 с.

  16. Уэйт Н. Химическая кинетика. Элементарный курс. – М.: Мир, 1974.   80 с.

  17. Фарадей М. История свечи. (Библиотечка “Квант”). – М.: Наука, 1980.   128 с.

Похожие:

Институт механики и энергетики кафедра теплоэнергетических систем теория горения и взрыва iconИнститут механики и энергетики кафедра теплоэнергетических систем теория горения и взрыва
Основными факторами воздействия продуктов детонации конденсированных взрывчатых веществ на окружающую среду являются их бризантное...
Институт механики и энергетики кафедра теплоэнергетических систем теория горения и взрыва iconИнститут механики и энергетики кафедра теплоэнергетических систем теория горения и взрыва
Изучение физики процесса и механизма самовоспламенения, овладение методикой определения периода индукции. Работа сводится к решению...
Институт механики и энергетики кафедра теплоэнергетических систем теория горения и взрыва iconИнститут механики и энергетики кафедра теплоэнергетических систем теория горения и взрыва
Детонация, характерные свойства детонации. Исследование распространения детонационной волны. Зависимость скорости детонации от состава...
Институт механики и энергетики кафедра теплоэнергетических систем теория горения и взрыва iconИнститут механики и энергетики кафедра теплоэнергетических систем теория горения и взрыва
Рассмотрим скорость распространения пламени в смесях горючих газов и паров с воздухом. Зная эту скорость, можно определить безопасные...
Институт механики и энергетики кафедра теплоэнергетических систем теория горения и взрыва iconРабочая программа дисциплины «Теория горения и взрыва»
Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования «Дальневосточный государственный университет путей...
Институт механики и энергетики кафедра теплоэнергетических систем теория горения и взрыва iconКурсовая работа по дисциплине: «Теория горения и взрыва»
Определение количества вещества, которое должно испариться в помещении чтобы в нем создалась наиболее взрывоопасная паровоздушная...
Институт механики и энергетики кафедра теплоэнергетических систем теория горения и взрыва iconУчебно-методический комплекс дисциплины «теория горения и взрыва»
Выписка из государственного образовательного стандарта специальности гос с базовыми дидактическими единицами по дисциплине (для специальностей...
Институт механики и энергетики кафедра теплоэнергетических систем теория горения и взрыва iconРабочая программа дисциплины опд. Ф. 09 «Теория горения и взрыва»
Учебный план подготовки дипломированных специалистов направления 280100 «Безопасность жизнедеятельности» специальностей 280102 «Безопасность...
Институт механики и энергетики кафедра теплоэнергетических систем теория горения и взрыва icon1. Цель и задачи дисциплины, ее место в системе подготовки аспиранта, требования к уровню освоения содержания дисциплины
Дисциплина «Газодинамические явления в шахтах» предполагает связь с дисциплинами: «Аэрология горных предприятий», «Теория горения...
Институт механики и энергетики кафедра теплоэнергетических систем теория горения и взрыва iconМетодические указания рассмотрены и одобрены на заседании Методического совета Уральского института гпс мчс россии 19 декабря 2007 года. Протокол № © УрИ гпс мчс россии, 2007 введение изучение дисциплины «Теория горения и взрыва»
Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования
Разместите кнопку на своём сайте:
Библиотека


База данных защищена авторским правом ©lib.znate.ru 2014
обратиться к администрации
Библиотека
Главная страница