Notă Volumul aerului este normal.
Tabelul 1.2 prezintă valorile cantităților teoretice necesare de aer pentru arderea completă a diferitelor substanțe la 0 ° C și 101,3 kPa. Valorile date pentru lemn, torp, benzină, kerosen, gaz și ulei de apă sunt medii, deoarece compoziția acestor materiale combustibile nu este constantă.
Forma formulei pentru calcularea cantității teoretice de aer depinde de compoziția substanței combustibile. O substanță combustibilă este un compus chimic individual. Pentru astfel de substanțe combustibile, indiferent de starea lor agregată, cantitatea de aer cerută teoretic este determinată din ecuațiile reacției de combustie. Există mkmol de oxigen și 3,76 mkmol azot per m substanță kmolorubică. Denumirea masei (în kg) a substanței combustibile, egală numeric cu greutatea sa moleculară, prin M, reprezintă proporția:
m × M (kg) - (n +3,76 n) × 22,4 (m 3)
unde 22,4 m3 reprezintă volumul de 1 kmol de gaze la 0 ° C și 101,3 kPa.
Teoretic, cantitatea necesară de aer pentru arderea a 1 kg de material este (din proporție):
În mod similar, se obține o ecuație pentru a determina cantitatea teoretică necesară de aer pentru arderea a 1 m3 de gaze combustibile:
Dacă volumele de aer obținute prin formulele (1.2) și (1.3) trebuie reduse la alte condiții de temperatură și presiune, utilizați formula:
unde este temperatura țintă a gazului, K;
- presiune presetată, Pa.
Pentru a obține ecuația de calcul, notăm ecuația pentru reacția de combustie a carbonului, hidrogenului și sulfului și raportul de greutate dintre reactanți:
12 + 32 = 44; 4 + 32 = 36; 32 + 32 = 64;
Dacă arderea carbonului necesită 12 kg 32 kgkisloroda, apoi 0,01 kg de carbon (1 procente în greutate) de oxigen necesară 0,01 · 32/12 = 0,01 · 8/3 (kg) pentru in-portly necesare respectiv 0 , 01 · 32/4 = 0,01 · 8 (kg) de oxigen și sulf 0,01 · 32/32 = 0,01 · 1 (kg) de oxigen.
Pentru arderea completă de 1 kg de materii combustibile, este necesar oxigen (în kg):
Cantitatea calculată de oxigen din aer reprezintă 77/23 ori conținutul de azot. Suma azotului și oxigenului este cantitatea de aer (în kg). Cantitatea de aer. necesare pentru arderea a 1 kg de substanță:
Realizând transformarea, obținem:
Pentru a exprima cantitatea de aer într-un nitsah vrac-SED nevoie de expresie (1.6) este împărțită la masa de 1 m 3 de aer la temperatura de 0 ° C și o presiune de 101,3 kPa, adică 1.293 kg / m 3 Rezultatul ..:
Luați în considerare o substanță combustibilă ca un amestec de gaze. La acest grup de substanțe se găsesc gaze combustibile, de exemplu, gaze naturale, furnal, cocs, etc. Toate acestea într-o altă cantitate conțin CO, CH4. H2. H2S, C2H4 și alte componente. Compoziția gazelor combustibile este de obicei exprimată în procente volumetrice.
Pentru a obŃine formula de calcul, scrieŃi ecuaŃia pentru reacŃia de combustie a celor mai comune gaze:
Dacă arderea de 1 m3 de metan necesită 2 m 3 tip acru, așa cum se vede din ecuația pentru arderea metanului de 0,01 m 3, adică. E. 1 procente în volum, au nevoie de 0,01 m 3 · 2 genus acru . Pentru monoxid de carbon, 0,01 / 2 m 3 pentru aceeași cantitate, 0,01 / 2 m 3 pentru hidrogen și 0,01 / 1,5 m 3 pentru hidrogen sulfurat.
Pentru arderea completă de 1 m3 de gaze combustibile necesită oxigen (în m 3):
În aer, acest volum de oxigen reprezintă 79/21 ori cantitatea de azot. Suma azotului și a oxigenului este volumul (m 3) de aer necesar pentru arderea a 1 m3 de gaz:
Realizând transformarea, obținem:
În practică, în timpul arderii în timpul unui incendiu, aerul este consumat mult mai mult decât este necesar teoretic. Diferența dintre cantitatea de aer consumată efectiv pentru combustie și necesarul teoretic se numește aer în exces. Raportul dintre cantitatea de aer efectiv consumată pentru combustie () și cea necesară teoretic se numește coeficientul de aer în exces, este notat cu:
Pentru calculele brute, cantitatea necesară de aer pentru arderea a 1 kg de materii combustibile poate fi calculată prin formula:
unde este capacitatea termică a substanței combustibile, kJ / kg.
Capacitatea termică a unei substanțe combustibile se calculează prin formula:
unde - căldură de ardere, kJ;
- masa moleculară a combustibilului, kg.
Potrivit calculelor, este necesar să se ardă 5,04 m 3 de aer pentru arderea lemnului și 11,6 m 3 pentru produsele petroliere.
În condițiile unui incendiu, când arderea are un flux natural de aer, coeficientul de aer în exces este în majoritatea cazurilor mai mare decât unul și variază foarte mult.
Căldura eliberată în zona de combustie este percepută de produsele de ardere, astfel încât acestea să se încălzească până la o temperatură ridicată. Temperatura la care produsele de ardere sunt încălzite în timpul arderii se numește temperatura de combustie. Există temperaturi de ardere calorimetrice, teoretice și reale. Temperatura reală de combustie pentru condițiile de incendiu se numește temperatura focului.
Sub temperatura de ardere calorimetrică, se înțelege temperatura la care sunt încălzite produsele de ardere în următoarele condiții:
1) toată căldura care este disipată în timpul arderii este folosită pentru încălzirea produselor de ardere (pierderea de căldură este zero);
2) temperatura inițială a aerului și a combustibilului este de 0 ° C;
3) cantitatea de aer este teoretic necesară (= 1);
4) apare o ardere completă.
Temperatura de ardere calorimetrică depinde numai de compoziția substanței combustibile și nu depinde de cantitatea sa.
Temperatura teoretică, spre deosebire de temperatura calorimetrică, caracterizează arderea cu ajutorul pentru procesul endotermic de disociere a produselor de combustie la temperaturi ridicate:
2CO3 → 2CO + O2 - 570,2 kJ
Practic, disocierea produselor de combustie trebuie luată în considerare numai la temperaturi de peste 1700 ° C. În cazul arderii difuze a substanțelor aflate în condiții de incendiu, temperaturile reale de ardere nu ajung la aceste valori, prin urmare doar temperatura de combustie calorimetrică și temperatura focului sunt utilizate pentru estimarea condițiilor de incendiu. Distingeți între temperatura focului intern și extern.
Temperatura focului intern este temperatura medie a fumului din camera în care se produce focul. Temperatura focului în exterior este temperatura flacării.
În realitate, nu toată căldura eliberată în timpul arderii într-un incendiu este folosită pentru încălzirea produselor de combustie. Cele mai multe dintre acestea sunt cheltuite pe structurile de încălzire, preparând substanțe combustibile pentru ardere, încălzind excesul de aer etc. În legătură cu aceasta, temperatura focului intern este mult mai scăzută decât temperatura calorimetrică. Deci, la 10 minute după
dezvoltarea focului intern, temperatura focului este de aproximativ 0,1 până la 0,2 părți din temperatura calorimetrică, după 20 de minute de la 0,2 la 0,3, după 30 de minute de la 0,3 la 0,35, până la 40 de minute de la 0,35 la 0,4. Folosind aceste date, este posibil să găsim temperatura focului intern de la temperatura calorimetrică.
Figura 1.2 - Regimul temperaturii unui incendiu în arderea diferitelor substanțe
Figura 1.2 prezintă modificarea temperaturii focului intern (modul de temperatură a focului) în timpul arderii diferitelor materiale solide. După cum arată curbele, temperatura focului în arderea tuturor substanțelor crește inițial, atingând un maxim și apoi scade treptat, pe măsură ce materialul se arde.
Spațiul în care se ard fumul și gazele se numește flăcări sau torțe. Flacăra poate fi cinetică sau difuzie în funcție de faptul dacă un amestec de vapori sau gaze cu arsuri de aer preparat sau un astfel de amestec este format direct în flacără în timpul arderii. În condiții de incendiu, gazele, lichidele și substanțele solide ard cu o flacără de difuzie.
Structura flacării de difuzie depinde în mod substanțial de secțiunea transversală a fluxului de vapori și gaze combustibile și de viteza sa. Prin natura debitului, se disting o flacără de difuzie laminară și turbulentă. O flacără laminară are loc la secțiuni transversale mici ale unui curent de vapori sau gaze care se deplasează la o viteză mică (flacără a unei lumanari, potrivire, gaz într-un arzător cu diametru mic etc.). La incendii, când ard toate substanțele, se formează o flacără turbulentă. Este mai puțin studiat, iar pentru a explica acest fenomen folosiți teoria flacarii laminare. Figura 1.3 prezintă structura flăcării cu difuzie laminară prin exemplul unei arderi de flacără lichidă într-un vas cu diametru mic. Flacăra constă dintr-o zonă de combustie și o zonă de vapori, aceasta din urmă ocupând aproape întregul volum al flacării.
Figura 1.4 - Temperatura zonelor de flacără în timpul arderii kerosenului
Temperatura din zona de vapori este mult mai scăzută decât în zona de combustie. Astfel, în flacăra de kerosen (Figura 1.4), temperatura fluxului de vapori în apropierea suprafeței lichidului este egală cu punctul de fierbere al acestuia. Pe măsură ce fluxul către zona de ardere se mișcă, temperatura vaporilor (în figura 1.4 - punctele de pe linia verticală) crește mai întâi datorită emisiei zonei de combustie și apoi difuzarea produselor încălzite de combustie. Ca urmare a încălzirii, disocierea termică a vaporilor are loc în apropierea zonei de ardere, iar atomii și radicalii liberi se formează împreună cu produsele de combustie.
Atomii de carbon care intră în zona de combustie sunt excitați și, în timp ce se află într-o stare liberă, stralucesc. Dacă în loc să se introducă carbon în particulele de flacără ale altor solide, flacăra dobândește o culoare diferită față de cea a cărbunelui. Astfel, dacă o sare de stronțiu este introdusă în flacără non-luminoasă de alcool metilic, flacăra va deveni roșie, când sarea de cupru este adăugată la sarea albastră sau verde.
Temperatura zonei de combustie a flăcării variază în înălțime. Acest lucru se explică prin modificarea compoziției amestecului stoichiometric în zona de combustie și a costului căldurii pentru încălzirea aerului care intră în acesta. Partea de jos a flăcării, deși au format un amestec stoechiometric-NAI mai mare căldura de combustie, cu toate acestea, temperatura de ardere nu este aici mac maximă SARCINI deoarece cantitate considerabilă de încălzire este cheltuită pentru încălzirea aerului lodnogo ho. In partea de mijloc a căldurii de ardere a amestecului stoichiometric flacăra este mai mică decât în partea de jos, datorită difuziunii produselor de combustie în aceasta, cu toate acestea, se pășirea în zona de ardere încălzită pierdere de căldură ruet și temperatura de ardere în această parte a flăcării compensate aer este un maxim. In partea de sus-Dif difuziv flacără amestec stoichiometric are o căldură și mai mic de ardere, iar aerul încălzit, post-Payuschie pentru formarea sa nu poate compensa toate pierderile de căldură, prin urmare, temperatura de ardere este mai mică aici. În acest sens, partea superioară a flacarii formează adesea funingine.
Turbina flăcării diferă de flacăra laminară prin faptul că nu are contururi clare și o poziție constantă a frontului flacării. Temperatura sa în timpul arderii produselor petroliere este: benzină 1200 ° C, kerosen 1100 ° C, ulei 1100 ° C, ulei combustibil 1000 ° C. Când ardeți lemnul în stive, temperatura flacării turbulente ajunge la 1200 până la 1300 ° C.
Combustia poate fi efectuată în două moduri:
- autoaprinderea are loc, care constă în flacăra de ardere spontană preîncălzit la o anumită temperatură critică a amestecului combustibil (denumit temperatura de autoaprindere) și se manifestă într-un simultan (într-un flash) arderea tuturor amestec combustibil;
- modul de propagare a undei de ardere (propagarea frontală a flăcării) prin amestecul rece cu aprinderea locală (aprindere) de către o sursă externă.
Pentru a obține idei despre propagarea unei valuri de ardere, plasăm un amestec omogen de combustibil într-un tub de sticlă deschis la un capăt și îl aprindem de o sursă externă la capătul deschis.
Inmultire mai întâi sferic, când pereții tubului de flacără este transformată într-un front plat, îngust (cu o grosime mai mică de 10 -6 m) inmultire spre amestecul proaspăt. Produsele de combustie, volumul care, ca urmare a creșterii temperaturii de mai multe ori volumul amestecului de alimentare curge din tub prin capătul deschis. Viteza frontală a flacarii de-a lungul suprafeței normale la suprafața sa se numește viteza normală de propagare a flăcării. Viteza normală de propagare a flăcării este cea mai mică valoare posibilă care nu depinde de condițiile și depinde numai de compoziția chimică a amestecului combustibil de combustibil și raportul oxidant (valoarea maximă a vitezei normale de propagare a flăcării corespunzătoare raportului stoichiometric al componentelor amestecului de combustibil). Acest parametru, strict vorbind, este singurul dintre numeroasele caracteristici ale flacarii, care are caracterul unei constante fizico-chimice.
Dacă închideți capătul liber al tubului, produsele de ardere la cald vor, ca un piston, apăsa pe flacără și vor crește viteza de mișcare. Viteza totală a unei astfel de mișcări a frontului flacării se numește viteza aparentă de flacără. m / s și este definită de expresia:
unde este viteza normală de propagare a flăcării, m / s;
- gradul de extindere a produselor de ardere.
Gradul de extindere a produselor de ardere. se calculează cu formula:
în cazul în care. - temperatura de ardere și temperatura inițială, o C;
- raportul dintre numărul de moli de produse de ardere și numărul de moli din amestecul inițial (valoarea substanțelor combustibile din hidrocarburi este aproape de unitate).
În cazul arderii prin difuzie, flacăra se află în poziție, iar vaporii combustibili curg dintr-o parte și aerul pe cealaltă. Cel mai tipic exemplu de flacără difuză este o lumânare arzătoare.
Propagarea flăcării are loc prin transferarea frontală a flăcării la un amestec combustibil proaspăt de fluxuri de căldură prin conductivitatea termică moleculară și centrele de difuzie activă. Relația dintre aceste fluxuri depinde de natura chimică a amestecului combustibil dezvoltat în fața flamei a temperaturii și de condițiile de propagare ale flăcării. Pentru substanțele și materialele combustibile obișnuite (organice, adică bazate pe hidrocarburi și derivații acestora), limita inferioară a temperaturii flacării este de aproximativ 1030 ° C. temperatura maximă de ardere poate ajunge la 2230 ° C, valoarea dominantă fiind transferul de căldură.
Teoria termică a unei flăcări, dezvoltată de Ya. B. Zel'dovici, se bazează pe similitudinea câmpurilor de concentrare și temperatură din fața flacarii.
Numeroase date experimentale indică faptul că viteza de flacără a amestecurilor de hidrocarburi cu aer cu presiune scade în conformitate cu legea:
unde este presiunea, Pa.
Analizând această expresie, se poate vedea că ordinea reacției în arderea unor astfel de amestecuri are o valoare fracționată. Aceasta indică un mecanism complex non-molecular al transformărilor chimice într-o flacără.
Articole similare
Trimiteți-le prietenilor: