Диссертация (1172857), страница 14

Просмтор этого файла доступен только зарегистрированным пользователям. Но у нас супер быстрая регистрация: достаточно только электронной почты!

Текст из файла (страница 14)

Тем самым можно сделать вывод о более легкойингибируемости околопредельных водородсодержащих смесей по сравнению сосмесями, далекими от предельных по своему составу. Именно этим и обусловленоотсутствие в большинстве случаев максимумов в зависимостях (dP/dt)max от Crel.Для большинства кривых, характеризующих зависимость ΔPmax и (dP/dt)maxот Crel для случая горючего в виде водорода, типично быстрое спаданиемаксимального давления взрыва при увеличении относительной концентрациифлегматизатора в смеси (например, кривые 3 на рисунках 3.8–3.10, кривая 1 нарисунке 3.11, кривые 2 на рисунках 3.12, 3.13 – наиболее характерные случаи).Указанные экспериментальные данные подтверждают существование двухкинетическихрежимовразветвленногоцепногогорения,различающихсяхарактером зависимостей скорости тепловыделения q+ и ее производной потемпературе dq+/dT от температуры, которое было предсказано теоретически иподтверждено множеством экспериментальных данных (см.

[41, 42, 120] ицитированные там работы).Представляетинтереспроанализировать,какойизизученныхфлегматизаторов наиболее эффективен для снижения пожаровзрывоопасностибогатых околопредельных водородсодержащих смесей. Исходя из данных,представленных на рисунках 3.8 – 3.13, следует, что наибольшей эффективностьюобладает перфторбутан C4F10 (кривые 3) и AKM (кривые 4).

Действительно, дляC4F10 в большинстве случаев отсутствуют максимумы в зависимостях ΔPmax и(dP/dt)max от Crel, при этом спад указанных характеристик горения с ростомотносительной концентрации флегматизатора происходит достаточно быстро.Аналогичными свойствами обладает агент АКМ. В то же время наихудшейэффективностьюпоотношениюкпламениводородасредиизученныхфлегматизаторов обладает пентафторэтан C2HF5 (кривые 2).

В первую очередь этоследует из наличия максимумов в зависимостях (dP/dt)max от Crel, что, вероятно,обусловлено слабым влиянием этого агента на нормальную скорость горения.Рассмотрим влияние фторированных ингибиторов на максимальное давлениевзрыва ΔPmax и скорость нарастания давления взрыва (dP/dt)max околопредельных89метановоздушных смесей, соответствующих как нижней, так и верхней ветвямкривых флегматизации (рисунки 3.14–3.19).а)б)Рисунок 3.14 – Зависимость максимального давления взрыва ΔPmax ототносительной концентрации флегматизатора Crel при горении околопредельныхсмесей метан – окислительная среда – C2HF5 для содержания кислорода вокислительной среде 15 (1), 20,6 (2) и 25 (3) % (об.):а) – нижняя ветвь; б) – верхняя ветвь.90а)б)Рисунок 3.15 – Зависимость максимальной скорости нарастания давления взрыва(dP/dt)max от относительной концентрации флегматизатора Crel при горенииоколопредельных смесей метан – окислительная среда – C2HF5 для содержаниякислорода в окислительной среде 15 (1), 20,6 (2) и 25 (3) % (об.):а) – нижняя ветвь; б) – верхняя ветвь.91а)б)Рисунок 3.16 – Зависимость максимального давления взрыва ΔPmax ототносительной концентрации флегматизатора Crel при горении околопредельныхсмесей метан – окислительная среда – CHF3 для содержания кислорода вокислительной среде 15 (1), 20,6 (2) и 25 (3) % (об.):а) – нижняя ветвь; б) – верхняя ветвь.92а)б)Рисунок 3.17 – Зависимость максимальной скорости нарастания давления взрыва(dP/dt)max от относительной концентрации флегматизатора Crel при горенииоколопредельных смесей метан – окислительная среда – CHF3 для содержаниякислорода в окислительной среде 15 (1), 20,6 (2) и 25 (3) % (об.):а) – нижняя ветвь; б) – верхняя ветвь.93а)б)Рисунок 3.18 – Зависимость максимального давления взрыва ΔPmax ототносительной концентрации флегматизатора Crel при горении околопредельныхсмесей метан – окислительная среда – C4F10 для содержания кислорода вокислительной среде 15 (1), 20,6 (2) и 25 (3) % (об.):а) – нижняя ветвь; б) – верхняя ветвь.94а)б)Рисунок 3.19 – Зависимость максимальной скорости нарастания давления взрыва(dP/dt)max от относительной концентрации флегматизатора Crel при горенииоколопредельных смесей метан – окислительная среда – C4F10 для содержаниякислорода в окислительной среде 15 (1), 20,6 (2) и 25 (3) % (об.):а) – нижняя ветвь; б) – верхняя ветвь.95На примере пентафторэтана C2HF5 (рисунки 3.14, 3.15) видно, что величиныΔPmax и (dP/dt)max как функции содержания флегматизатора в случае воздуха какокислительной среды имеют для нижних ветвей ярко выраженные максимумы приCrel ≈ 0,5, в то время как для случая O = 0,15 такого максимума наблюдается.

Для2верхних ветвей происходит монотонное снижение величин максимальногодавления взрыва и скорости нарастания давления взрыва. Указанные результатымогут быть объяснены активным участием пентафторэтана в процессах горения,которое сводится как к ингибирующему, так и промотирующему действию. Длябогатых смесей (верхние ветви) преобладает ингибирующее, а для бедных смесей(нижние ветви) промотирующее действие пентафторэтана, причем в последнемслучае C2HF5 участвует в процессах горения в качестве дополнительного горючего.Как отмечено выше, при горении околопредельных смесей H2 – воздух –C2HF5 максимумы в зависимостях от содержания флегматизатора наблюдаются дляверхней ветви кривой флегматизации. Указанная разница для водорода и метанакачественно объясняется, по- видимому, самоингибирующими свойствами метана,которые отсутствуют у водорода (см.

главу 8 настоящей работы).Зависимости ΔPmax и (dP/dt)max для случаев флегматизации посредством CHF3и C4F10 во многом аналогичны рассмотренным выше для C2HF5, хотя в рядеаспектов отличаются от них, в чем проявляется специфика химического строенияисследуемых фторированных ингибиторов.

Наиболее серьезные отличия взависимостях ΔPmax от Crel имеют место для случаев смесей CHF3 – окислительнаясреда – CH4 ( O = 0,25, рисунок 3.16 кривые 3) и C4F10 – окислительная среда –2CH4 ( O = 0,15, 0,206, рисунок 3.18 кривые 1,2).2Так, в случае рисунка 3.16 (кривые 3) максимум в зависимости ΔPmax от Crelимеет место не только для нижней, но и для верхней ветви кривой флегматизации.В случае рисунка 3.18 б) (кривые 1, 2) кривые, отражающие зависимость ΔPmax отCrel для верхних ветвей кривых флегматизации, имеют минимумы (т.е. при малыхCrelпреобладаетингибирование,сменяющеесязатемпромотированием).Необходимо заметить, что качественно аналогичный эффект зависимости96характера влияния химически активной добавки на процессы горения отмечен вработе [16] для смесей CH4 – воздух – CF3I.

Так, в этой работе экспериментальнозарегистрировано существенное снижение величины (dP/dt)max при сгоранииуказанных смесей в замкнутом сосуде при увеличении содержания CF3I от 0 до 2% (об.) с дальнейшим ростом максимальной скорости нарастания давления взрывапри возрастании [CF3I] выше 2 % (об.).Сложный характер зависимости (dP/dt)max от Crel имеет место для изученныхфлегматизаторов (рисунки 3.15, 3.17, 3.19).

Для большинства этих зависимостейнаблюдается в основном монотонное снижение (dP/dt)max с ростом Crel для верхнихветвей кривых флегматизации и возрастание максимальной скорости нарастаниядавления взрыва с увеличением относительной концентрации добавки для нижнихветвей (например, рисунки 3.15 а), 3.17 а) (кривые 1), 3.19 а) (кривые 1,2)). В то жевремя имеет место случай смены ингибирования промотированием для верхнейветви при увеличении концентрации флегматизатора, как это наблюдалось вышедля ΔPmax (рисунок 3.17 б) (кривая 2)).

Имеют место также максимумы взависимостях (dP/dt)max от Crel для верхних ветвей кривых флегматизации (рисунки3.17 б), 3.19 б)). Указанные зависимости свидетельствуют о сложном характеревлияния фторированных углеводородов на горение смесей метан – окислительнаясреда, зависящем как от химической природы добавки, так и от содержаниякислорода в окислительной среде.Выводы к разделу 3.3.1) Выполнено экспериментальное исследование характеристик горенияоколопредельных смесей горючее (водород, метан) – окислительная среда –флегматизатор в замкнутом сосуде при различных содержаниях кислорода вокислительной среде.2) Определены зависимости максимального давления взрыва ΔPmax имаксимальной скорости нарастания давления взрыва (dP/dt)max от концентрациифлегматизатора Crel.3) Найдено, что в при горении богатых водородсодержащих смесей вбольшинстве случаев наблюдается максимум в зависимостях ΔPmax от Crel, в то97время как максимумы в зависимостях (dP/dt)max от Crel имеют место только дляпентафторэтана C2HF5.

Дана качественная интерпретация полученных результатовна основе представлений об активном участии изученных флегматизаторов вхимическом превращении во фронте пламени (в ряде случаев с дополнительнымтепловыделением).4) Показано, что среди изученных флегматизаторов наиболее эффективнымипо отношению к горению богатых околопредельных водородсодержащих смесейявляются C4 F10 и AKM .5) Показано, что рассмотренные фторированные углеводороды в случаегорения бедных околопредельных смесей вида метан – окислительная среда флегматизатор могут проявлять свойства дополнительного горючего.3.4 Результаты определения нормальной скорости горения для смесейоколопредельного составаНормальнуюскоростьгоренияопределялиспомощьюобработкиэкспериментально полученных кривых «давление – время» по методике,соответствующей стандарту [136].Расчетную зависимость изменения давления в сосуде во времени получалиинтегрированиемдифференциальногоуравненияматематическоймоделипроцесса:11γu1γudπ 3π (1  nu π ) 2/3 GSu ,1dtγ  γba (π γu  unu )γu(3.6)98в котором:1γu11γb  1γuπ (1  π )  1γu  1,nu  1 G π  1 γu (γb  1)  γu 1 γb  γu,G  γb 1  eπγγ(γ1)γ1bbuu(3.7)1(3.8)где π=p/pi – относительное давление;p – текущее расчетное давление в сосуде, кПа;pi – начальное давление в сосуде, кПа;t – время, с;a – радиус реакционного сосуда, м;γu, γb – соответственно показатели адиабат горючей смеси и продуктов горения;nu = mu/mi – относительная масса горючей смеси в сосуде;mu – текущее значение массы горючей смеси, кг;mi – начальное значение массы горючей смеси, кг;π = pe/pi – относительное максимальное давление взрыва в сосуде;pe – максимальное давление взрыва в сосуде при начальном давлении pi, кПа;Su – текущее значение скорости распространения пламени, м/c.Радиус пламени (rb) вычисляли по формуле:rb  (1  nu1γu 1/ 3) a.(3.9)Зависимость нормальной скорости от давления и температуры смесипринимали в виде:Su  Sui ( p / pi )n (Tu / Ti )m ,(3.10)99где Sui – начальная скорость распространения пламени (при начальномдавлении и температуре), м/c;Tu – текущее значение температуры смеси, К;Ti – начальная температура смеси в сосуде, К;n – барический показатель;m – температурный показатель;Принимается, что свежая смесь при горении в замкнутом сосуде сжимаетсяадиабатически.

Характеристики

Список файлов диссертации