Автореферат (1172856), страница 3
Текст из файла (страница 3)
Концентрация кислорода в окислительной среде:15 (1), 20,6 (2) и 25 (3) % (об.)При этом в силу особенностей горения бедных околопредельныхводородсодержащих смесей (пузырьковый режим распространения пламени)величины ΔPmax и (dP/dt)max для нижних ветвей кривых флегматизации водород– окислительная среда – флегматизатор не определялись.Как следует из рисунков 4, 5, величины ΔPmax как функции Crel имеютярко выраженные максимумы, положение и величина которых зависят отсодержания кислорода в окислительной среде (под Crel здесь и далееподразумевается отношение текущей концентрации флегматизатора к еевеличине в точке флегматизации).
Разница между данными для H2 и CH4заключается в том, что указанные максимумы для водорода наблюдаются дляверхних ветвей кривых флегматизации, для метана – только для нижних ветвей.Качественно аналогичная картина наблюдается для зависимостей (dP/dt)maxот относительной концентрации флегматизатора.
Указанные результаты могутбыть объяснены активным участием фторированных углеводородов в процессегорения, которое может проявляться как в виде ингибирующего, так ипромотирующего действия. При этом в случае водорода (верхние ветви кривыхфлегматизации, то есть богатые смеси – рисунок 4) пентафторэтан можетиграть роль дополнительного окислителя, а в случае метана (нижние ветвикривых флегматизации, то есть бедные смеси) – роль дополнительногогорючего – рисунок 5а), так как в указанных случаях происходит рост ΔPmaxс увеличением содержания фторированного углеводорода.Для качественного объяснения возможного промотирующего действияфторированных углеводородов на горение водорода и метана были оцененытепловые эффекты их химических превращений во фронте пламени.
Какследует из проведенного анализа, превращение изученных в настоящей работефторированных углеводородов во фронте пламени в качестве горючих иокислителей сопровождается значительным тепловым эффектом, что можеткачественно объяснить отмеченное выше явление промотирования.15Типичные результаты определения нормальной скорости горения Suоколопредельных смесей водород – окислительная среда – флегматизаторпредставлены на рисунке 8.а)б)в)Рисунок 8 – Зависимость нормальной скорости горения Sui горения богатыхоколопредельных смесей водород – окислительная среда – флегматизаторпри концентрации кислорода в окислительной среде: а) 15; б) 20,6 и в) 25 % (об.);1 – CHF3; 2– C2HF5; 3 – C4F10; 4 – AKMЗависимость Su от Crel характеризуется немонотонной зависимостью(наличие ярко выраженного максимума для пентафторэтана C2HF5), тем самымнаблюдается нарушение известного эмпирического правила приблизительногопостоянства нормальной скорости горения околопредельных смесей.Четвертаяглавапосвященарезультатамэкспериментальныхи теоретических исследований характеристик горения газов в окислительныхсредах на основе закиси азота.Проведено экспериментальное определение влияния трифторметанаCHF3, пентафторэтана C2HF5 и перфторбутуна C4F10 на концентрационныепределы распространения пламени смесей CH4 – N2O и H2 – N2O, а такжена ΔPmax, (dP/dt)max и Su для околопредельных смесей метан – закись азотаи водород – закись азота.
Наиболее характерные полученные результатырассмотрены на примере трифторметана.На рисунке 9 представлены результаты определения концентрационныхпределов распространения пламени в смесях горючее (метан, водород) – закисьазота – фторированный углеводород.
Видно, что флегматизатор слабо влияетна нижний концентрационный предел, верхний же концентрационный пределсущественно снижается с увеличением его концентрации. При этомфлегматизирующие концентрации довольно велики и превышаютсоответствующие содержания фторированных агентов в точках флегматизациисмесей CH4 – (N2 – O2) – флегматизатор (см. рисунок 3).Видно также, что смесям вблизи точки флегматизации отвечают бедныесоставы. Одним из возможных факторов, объясняющих данное явление,может быть экзотермический мономолекулярный распад закиси азота:N2O = N2 + 0,5O2 + 81,5 кДж/моль, за счет которого в бедных смесях можетвыделяться дополнительная энергия.16а)б)Рисунок 9 – Концентрационные пределы распространения пламени в смесях:а) метан; б) водород – закись азота – фторированный углеводород:1 – C4F10, 2 – C2HF5, 3 – CHF3 (Cф – концентрация флегматизатора)На рисунке 10 представлены типичные зависимости нормальной скоростигорения Sui околопредельных смесей CH4 – N2O – фторированный углеводородот содержания флегматизатора (на примере CHF3).Рисунок 10 – Зависимость нормальной скорости горения Su для околопредельных смесей,соответствующих нижней (1) и верхней (2) ветвям кривой флегматизации,от содержания трифторметана в смеси CH4 – N2O – CHF3Видно, что как для нижнепредельных, так и для верхнепредельныхсмесей наблюдается рост Su с увеличением концентрации трифторметанадо некоторого максимума, причем для верхнепредельных смесей этотмаксимум выражен заметно сильнее.На рисунках 11, 12 представлены типичные зависимости ΔPmax и (dP/dt)maxоколопредельных смесей CH4 – N2O – CHF3 от содержания трифторметана.17Рисунок 11 – Зависимость максимальногодавления взрыва ΔPmax для околопредельныхсмесей, соответствующих нижней (1)и верхней (2) ветвям кривой флегматизации,от содержания трифторметана в смесиCH4 – N2O – CHF3Рисунок 12 – Зависимость максимальнойскорости нарастания давления взрыва(dP/dt)max для околопредельных смесей,соответствующих нижней (1) и верхней (2)ветвям кривой флегматизации,от содержания трифторметана в смесиCH4 – N2O – CHF3Наблюдается рост как ΔPmax, так и (dP/dt)max с увеличением концентрацииCHF3, причем рост ΔPmax до определенных значений концентрации CHF3 носитхарактер, близкий к линейному, а рост (dP/dt)max качественно подобенувеличению Su с возрастанием содержания трифторметана.
Таким образом,наблюдается промотирование горения околопредельных смесей метан – закисьазота добавками CHF3 подобно тому, как аналогичное промотирование имеетместо при горении в азотокислородных окислительных средах.При этом для богатых смесей фторированные углеводороды могут игратьроль дополнительного окислителя. Для бедных смесей фторированныеуглеводороды могут играть роль дополнительного горючего:CHF3 + N2O = 0,5CF4 + 0,5CO2 + HF + N2 + 322 кДж;C2HF5 + 2N2O = CF4 + CO2 + HF + 2N2 + 641 кДж;C4F10 + 3N2O = 2,5CF4 + 1,5CO2 + 3N2 + 984 кДж.Данные реакции аналогичны соответствующим процессам с участиемкислорода, однако характеризуются более высокой экзотермичностью,обусловленной положительным значением энтальпии образования закиси азота.Как следует из проделанного анализа, превращение фторированныхобъясняет найденные в эксперименте особенности влияния фторированныхуглеводородов на Su, ΔPmax и (dP/dt)max.Пятая глава посвящена изложению результатов экспериментальныхисследований влияния фторированных углеводородов на характеристикигорения околостехиометрических смесей метана и водорода в окислительныхсредах с различным содержанием кислорода.18На рисунках 13, 14 представлены зависимости ΔРмах от содержанияфторированых флегматизаторов Cd для смесей Н2 – воздух и СН4 – воздух.Рисунок 13 – Зависимость ΔРmax водорода в воздухе от CdРисунок 14 – Зависимость максимального давления взрыва метана в воздухе ΔРmaxот содержания флегматизаторов СdВидно, что при относительно малых концентрациях флегматизатороввеличина ΔРmax слабо зависит от Сd, имея небольшие максимумы.
Однакодля (dP/dt)max и Su картина будет совершенно иная (рисунки 15, 16).Качественно близкие результаты получены и при горении в окислительных средах с содержанием кислорода 15 и 25 % (об.).19Рисунок 15 – Зависимость максимальной скорости нарастания давления взрыва (dP/dt)maxдля горения метана в воздухе от содержания флегматизатора CdРисунок 16 – Зависимость нормальной скорости горения водорода в воздухе Suот содержания флегматизатора CdПромотирование горения водородовоздушных и метановоздушныхсмесей в части увеличения ΔРmax может быть объяснено на основе заметноготепловыделения в реакциях фторированных углеводородов с кислородом,а также водородом и метаном.Шестаяглавапосвященаэкспериментальномуопределениюогнетушащих концентраций газовых средств тушения (СHF3, C2HF5, C4F10)по отношению к факелам водорода и метана в воздухе при их одновременнойподаче в горючее и окислитель.На рисунке 17 представлены типичные результаты определения временитушения от концентрации огнетушащего газа (CHF3), подаваемого в потоквоздуха.20Рисунок 17 – Типичная зависимость времени тушения (τтуш) факела водородапри подаче огнетушащего газа в воздух (на примере трифторметана CHF3)Из рисунка 17 видно, что время тушения (τтуш) существенно возрастаетс уменьшением содержания огнетушащего газа в воздухе (Согн).
Зависимостьвеличины τтуш от Согн может быть описана соотношением:туш =АСогн −С0огн,(1)где А − константа; С0огн − величина, характеризующая положение вертикальнойасимптоты в зависимости времени тушения от огнетушащей концентрации.В соответствии с ранее выполненными исследованиями (Николаев В.М.,Голиневич Г.Е., Замышевский Э.Д., Трунев А.В., Навценя В.Ю., Зайцев А.А.)величина С0огн является минимальной огнетушащей концентрацией.Действительно, при меньших содержаниях флегматизатора тушение пламениоказывается невозможным при сколь угодно длительной подаче составафлегматизатор – воздух в объем реакционного цилиндра.Величина С0огн , вычислялась методом наименьших квадратов с помощьюаналитической аппроксимации (1) по экспериментальным данным,характеризующим зависимость τтуш от Согн.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
