Диссертация (Особенности воспламенения и горения горючих газов и паров в различных окислительных средах), страница 3

Экспериментыпроводили в трубе диаметром 5 см. Видимую скорость распространения пламенификсировали фотодатчиками. Посредством обработки фотографий пламениопределяли нормальную скорость горения. Получено, что независимо от концентрации пропана и гидрида брома в смеси на пределе распространения пламени всесмеси имеют одну и ту же видимую и нормальную скорость горения, в то времякак адиабатические температуры горения существенно различны.В работе [8] исследовано влияние малых добавок водорода на нормальнуюскорость горения метановоздушных и пропановоздушных пламен.

Нормальныескорости горения определялись методом горелки. Получены простые эмпири-14ческие выражения для расчета нормальной скорости горения смесей видаCH4 – воздух и C3H8 – воздух.В работе [9] исследовались характеристики горения смесей оксида углерода(CO) с кислородом и углекислым газом. Эксперименты по определению такиххарактеристик горения, как нормальная скорость распространения пламени (Su),максимальное давление взрыва ΔPmax, максимальная скорость нарастаниядавления взрыва (dP/dt)max проводились в сферическом реакционном сосудедиаметром d = 140 мм.

Горючую смесь зажигали пережиганием нихромовойпроволочки диаметром 0,15 мм. При этом выделялась энергия порядка 5-10 Дж.Начальное давление варьировали в диапазоне от 0,1 до 0,7 МПа.В работе [10] определены характеристики горения в замкнутом сосудегазообразных фторированных агентов и их смесей. Получены значения такиххарактеристик горения, как отношение максимального давления взрыва к начальному (Pmax/P0) и максимальная скорость нарастания давления взрыва (dP/dt)max.Опыты проводили в вертикальном цилиндре диаметром d = 48 мм и объемомV = 344 мл при начальных давлениях (P0 )0,6 и 2,0 МПа.

Начальная температурасоставляла T0 = 80 °C. В качестве окислителя использовался воздух. Горючиесмеси готовили непосредственно в реакционном сосуде по парциальнымдавлениям. Смеси зажигались раскаленной тканевой лентой из углеродноговолокна длинной 50-60 мм и шириной 7-9 мм. Распространение пламенирегистрировали по повышению давления датчиком ДД-10. В качестве горючегоиспользовались следующие вещества: тетрафторэтилен (C2F4); этилен (C2H4);дифторэтилен (С2F2H2); перфторпропилен (С3F6); перфторэтилвиниловый эфир(CF3 – O – C2F3). Получено, что наиболее опасны смеси C2F4 − C2H4.

В такихсмесях Pmax/P0 может возрасти вдвое по сравнению со смесью C2F4 – воздух.В работе [11] численно исследована ингибирующая эффективностьнекоторых галогенированных углеводородов. Предложен метод групповыхинкрементов для оценки ингибирующей эффективности. Численными методамимоделировалась динамика распространения пламени стехиометрических смесейс воздухом таких газов, как CH4, C2H4, C2H6, CH3OH при начальном давлении15P0 = 0,1 МПа и начальной температуре T0 = 298 К. Изучено влияние следующихингибиторов: CF3H, C2HF5, C2F6, CF4, CF3Br, CF3I. Учтены процессы диффузии,теплопроводности и детальная химическая кинетика (700 реакций между 80 частицами). Получена эмпирическая корреляция для нормальной скорости горения(Su). Предложен параметр для оценки эффективности ингибитора (Ф), для которого найдена эмпирическая корреляция, учитывающая групповые составляющиеосновных промежуточных ингибирующих продуктов, которые образуются в пламени при наличии в исходной смеси указанных выше флегматизирующих агентов.

Авторы, исходя из результатов расчетов, попытались выделить физическуюи химическую составляющие влияния агента. Получено, что химический факторпадает с ростом концентрации ингибитора. В качестве перспективногоингибитора авторы предлагают смесь эффективного химического агента и газас высокой мольной теплоемкостью. Состав такого ингибитора определяется концентрацией насыщения химического агента (то есть концентрацией, выше котройрост влияния ингибитора становится мал).В работе [12] проведено численное моделирование влияния фторированныхингибиторов и инертных газов на химическую кинетику горения метана в проточном реакторе идеального смешения.

Авторы [18] использовали параметры проточного реактора идеального смешения для оценки эффективности ингибирования. Найдено, что в качестве такого параметра можно использовать отношениеконцентраций CO2 / (CO + CO2) в области гашения на выходе из реактора.В работе [13] экспериментально изучено влияние ингибитора АКАМ на распространение детонационной волны (ДВ) в водородовоздушной смеси в трубедиаметром d = 83 мм и длиной l = 2900 мм. Найдено, что при входе ДВ в ингибированную смесь происходит отрыв ударной волны от фронта химическойреакции,тоестьидетраспаддетонационнойволны.Определенаконцентрационная область устойчивой ДВ при давлении p = 0.1 МПа в смесяхс различным содержанием ингибитора АКАМ.В работе [14] изучалось влияние полностью фторированных углеводородовна концентрационные пределы распространения пламени в смесях метана с воз-16духом, тетрагидрата кремния с азотом, фтора с азотом.

Использовался реакционный сосуд в виде цилиндра диаметром d = 100 мм и длиной l = 100 мм.Энергия зажигания составляла около 300 Дж. Найдено, что на смеси метанас воздухом полностью фторированные углеводороды оказывают ингибирующеедействие в случае богатых смесей и промотирующее для случая бедных смесей,за исключением CF4. Выявлено, что полностью фторированные углеводородыявляются окислителем для тетрагидрата кремния, причем флегматизирующаяконцентрация азота для такого рода смесей составляет значительную величину(58 %(об.) в случае C2F6 и около 85 %(об.) для C4F10, C6F14, C8F18). Показано, чтофтор является окислительной средой даже для фторированных углеводородов,причем флегматизирующая концентрация азота для таких смесей являетсязначительной (68 %(об.) в случае C2F6 и порядка90 % (об.) для C4F10, C6F14, C8F18).В отношении кривых флегматизации для смесей CH4 – воздух – CmF2m+2 имеетместо закономерность: чем выше m, тем ниже флегматизирующая концентрация,что обусловлено в определенной степени влиянием мольной теплоемкостифлегматизатора.

Однако С4F10 имеет мольную теплоемкость на 80 % выше, чемC2F6, а его флегматизирующая концентрация меньше лишь на 20 %, то естьсущественен не только тепловой, но и химический фактор.В работе [15] экспериментально определялись концентрационные пределыраспространения пламени смесей метан – воздух – фторированные углеводороды(HFC), а также изучена зависимость максимального давления взрыва (ΔPmax)метановоздушных смесей в замкнутом сосуде от содержания HFC в них.Реакционный сосуд представлял собой вертикальный цилиндр из нержавеющей стали диаметром d = 100 мм и высотой h = 100 мм.

Зажигание смесей производили с помощью электрической искры на расстоянии 50 мм от нижнего днища.Давление регистрировалось датчиком давления с подачей сигнала на цифровойосциллограф. Смеси задавали по парциальным давлениям в предварительноотвакуумированном смесителе. Энергия зажигания составляла приблизительно300 Дж. В качестве горючего использовали CH4, в качестве флегматизаторов:CHF3, C3HF7, C4F10, CF4, C2F6, C3F8, CF3Br.

Окислитель – воздух.17Получено, что нижний концентрационный предел распространения пламени(НКПР) метана снижается при добавке CHF3. Качественно аналогичный эффектнаблюдали для C3F8, C4F10, CH2F2 и C3F7H. На зависимости максимального давления взрыва (ΔPmax) от концентрации флегматизатора наблюдался максимумв случае CF3H и CF3I. Даны кривые флегматизации для C2F6, C3H8, C4F10, длякоторых флегматизирующая концентрация составляла 10-12 %(об.). Показано, чтоCH2F2 является горючим газом, имеющим НКПР около 11 %(об.).В работе [16] был проведен поиск составов вида CO2 (N2) – галоидоуглеводороды (CF3Br, C2F4Br2, CF3I), эффективных с точки зрения флегматизациипредварительно перемешанных метановоздушных пламен. Отмечено, что имеющиеся в литературе данные по МФК галоидоуглеводородов сильно занижены, таккак для их определения использовались маломощные источники зажигания.Эксперименты были проведены в сферической камере объемом 9,8 л.при комнатной температуре и атмосферном давлении.

Инициирование горенияпроводилось в нижней части камеры на расстоянии 30-40 мм от стенкипережиганием медной проволочки диаметром d = 0,1 мм и длиной 6 мм при подаче напряжения U = 270 В от конденсатора емкостью 10400 мкФ (выделяющаясяэнергиясоставлялапримерно100Дж).Распространениепламенирегистрировалось датчиком давления ДД-10. Критерием распространенияпламени являлось повышение давления на 20 кПа.

Изучали составныефлегматизаторы – смеси CO2 (N2) и CF3Br, C2F4Br2 или CF3I – по отношениюк горению метановоздушных смесей.Получено, что МФК составов CO2 – ингибитор по отношению к горениюметановоздушных смесей резко падает при увеличении концентрации ингибиторав составе до 16 %(об.) в случае C2F4Br2 и 18 %(об.) в случае CF3Br, и остаетсядалее остается практически постоянной.Опыты с составом N2 – CF3I проводили при комнатной температуре и атмосферном давлении в стеклянном вертикальном цилиндре диаметром d = 80 ммвысотой h = 240 мм.

Для предотвращения разрушения реакционного сосудаот избыточного давления, развиваемого при горении, дно сосуда оставалось18открытым. Зажигание проводилось с помощью раскаленной спирали из молибденовой проволоки диаметром dпр = 0,2 мм и ее длиной lпр = 142 мм, диаметрспирали dсп = 3 мм, длина шага спирали lсп = 10-80 мм. Разогрев спиралиосуществлялся с помощью подачи напряжения U = 230 В через конденсаторемкостью C = 1400 мкФ. Расчетная температура спирали составляла T = 2400 °C.Распространение пламени регистрировали визуально.Получено, что МФК состава N2 – CF3I по отношению к горениюметановоздушных смесей резко падает от 40 до 15 %(об.) при увеличенииконцентрации ингибитора в составе до 16 %(об.), а затем наблюдается рост МФКдо 50 %(об.).