Материал: Методические указания по выполнению практических работ студентов по дисциплине «Теория горения и взрыва». Горшков А.Г., Калач А.В

Таблица 4 Состав продуктов горения (в об. %) смеси газов

Задача 4. Определить, какое количество вещества (табл. 5) может выгореть в закрытом помещении объёмом Vп, если известно, что горение прекращается при содержании кислорода в помещении, равном О2 . Для расчёта ко-

эффициента избытка воздуха рекомендуется воспользоваться формулой (11).

14

Таблица 5 Заданные условия горения некоторых органических

Веществ

2. РАСЧЁТ ТЕМПЕРАТУРЫ ГОРЕНИЯ

Под температурой горения понимают максимальную температуру, до которой нагреваются продукты горения. В технике и пожарном деле различают теоретическую, калориметрическую, адиабатическую и действительную температуры горения.

Теоретическая температура горения – это темпера-

тура, при которой выделившаяся теплота горения смеси стехиометрического состава расходуется на нагрев и диссоциацию продуктов горения. Практически диссоциация продуктов горения начинается при температуре выше 2 000 К.

Калориметрическая температура горения – это тем-

пература, которая достигается при горении стехиометрической горючей смеси, с начальной температурой 273 К и при отсутствии потерь в окружающую среду.

15

Адиабатическая температура горения – это температура полного сгорания смесей любого состава при отсутствии тепловых потерь в окружающую среду.

Действительная температура горения – это температура горения, достигаемая в условиях реального пожара. Она намного ниже теоретической, калориметрической и адиабатической, т.к. в реальных условиях до 40 % теплоты горения обычно теряется на излучение, недожог, нагрев избытка воздуха и т.д.

Экспериментальное определение температуры горения для большинства горючих веществ представляет значительные трудности, особенно для жидкостей с твёрдых материалов. Однако в ряде случаев теория позволяет с достаточной для практики точностью вычислить температуру горения веществ, основываясь только на знании их химической формулы, состава исходной горючей смеси и продуктов горения.

В общем случае для вычислений используется следующая зависимость приближённая, так как Ср f (T):

продуктов горения, м3/кг; Ср - средняя объемная теплоемкость смеси продуктов горения в интервале температур от Т0 до Тг, кДж/(м3 К); Тг - температура горения, К.

Энтальпия продуктов горения определяется из уравнения теплового баланса:

В зависимости от рода учитываемых потерь теплоты в зоне горения (на излучение, недожог, диссоциацию продуктов горения) вычисляется та или иная температура.

При кинетическом горении газопаровоздушных смесей потери теплоты из зоны горения пренебрежимо малы, поэтому для этих смесей действительная температура горе-

16

ния близка к адиабатической, которую и используют в по- жарно-технических расчетах.

Среднюю теплоемкость смеси продуктов горения определить очень сложно. Ориентировочно энтальпия смеси продуктов горения может быть выражена как сумма энтальпий ее компонентов:

где (Vпг)i - количество i-го компонента продуктов горения; Ср - средняя объемная теплоемкость i-го компонента при Тг и постоянном давлении; Тг – температура горения.

При расчётах температуры горения пользуются величиной Qн (низшей теплотой сгорания), так как при температуре горения вода находится в газообразном состоянии. Значения низшей теплоты сгорания вещества (тепловой эффект химической реакции) приводится в справочной литературе, а также может быть рассчитана из следствия закона Гесса:

где Нi - теплота образования i-го вещества, ni – количество молей i-го вещества.

Согласно следствию из закона Гесса, тепловой эффект химической реакции равен разности сумм теплот образования продуктов реакции и теплот образования исходных веществ. Напомним из курса химии, что теплота образования простых веществ (кислорода, азота и др.) равна нулю.

Например, рассчитаем теплоту сгорания (тепловой эффект) этана

С2Н6 + 3,5 (О2 + 3,76N2) = 2 CО2 + 3 Н2О + 3,76 3,5 N2

Низшая теплота сгорания, согласно следствию из закона Гесса равна:

Подставляя значения теплоты образования СО2, Н2О и С2Н6 из справочных данных определяют низшую теплоту сгорания этана.

17

При сгорании смеси индивидуальных веществ сначала определяют теплоту сгорания каждого компонента, а затем их суммируют с учётом процентного содержания каждого горючего вещества в смеси

Если горючее является сложным веществом и его элементный состав задан в массовых процентах, то для расчёта теплоты сгорания используют формулу Менделеева, кДж/кг:

Qн 339,4 С 1257 Н 108,9(О N S) 25(9 Н W), (26)

где С, Н, О, N, S – процентное содержание данного элемента в горючем веществе; W – содержание влаги в масс. %.

Для расчёта температуры горения составим уравнение теплового баланса, считая, что выделившееся в результате сгорания тепло нагревает продукты горения от начальной температуры Т0 до температуры Тг.

где - коэффициент теплопотерь (доля потерь тепла на излучение, а также в результате неполноты сгорания); срПГi -

теплоёмкость i-го продукта горения при постоянном давле-

Из уравнения теплового баланса:

18