Диссертация (1172857), страница 15

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

Текст из файла (страница 15)

В этом случае изменение нормальной скорости горения с ростомотносительного давления описывается выражением:Su  Sui πε ,где ε  ( m  n (3.11)m) − обобщенный термокинетический показатель.γuВ расчете принимается допущение о равенстве показателей адиабатпродуктов горения и свежей смеси: γu = γb, а значение πe берется изэкспериментальных данных.Из экспериментальных значений давления выбиралось не менее семи pk(tk),удовлетворяющих условию:1,1pi ≤ pk(tk) ≤ 0,9pп,(3.12)где pп – давление, соответствующее точке перегиба кривой изменениядавления взрыва от времени, кПа.В результате расчета определяются параметры Sui и ε, которые описываютзависимость нормальной скорости горения от давления и температуры.

Этипараметры определяются таким образом, чтобы среднеквадратичное отклонениерасчетной кривой давление – время от выбранных экспериментальных точек быломинимальным.100Втаблицевышеизложенной3.3представленыметодикойзначенияопределенныевеличинSuiвсоответствиииεдлясбогатыхоколопредельных смесей вида водород – окислительная среда – флегматизатор.Анализ изменения Sui в зависимости от флегматизатора, его содержания иконцентрации кислорода в окислительной среде представлен ниже.Таблица 3.3 – Зависимость параметров Sui и ε от состава смеси для смесей видаводород – окислительная среда – флегматизаторСодержаниеКонцентрация,Макси-Значения% (об.)мальноепараметровкислорода вокислитель-водо-флегма-ной среде, % (об.)родатизаторадавлениевзрыва (изб.),Sui, м/сεδМПаПерфторбутан C4F101520,6255500,270,51–0,9914030,280,16–0,904,32560,040,22–0,942,42090,050,24–0,94,810120,040,26–0,9816,99,512,50,050,19–0,908,572,500,270,51–0,970,742,540,360,23–0,81,33080,150,18–0,984,122,5120,180,23–0,882,69,5160,090,22–1,045,38,516,250,030,26–1,0620,172,500,270,59–1,100,747,560,420,13–0,297,932,5120,070,35–0,908,325180,120,14–0,804,615220,160,20–0,874,7101Продолжение таблицы 3.3251322,50,180,17–0,604,6Ингибитор АКМ1520,6255500,270,51–0,991,028,2530,140,10–0,651,7640,290,14–1,906,404,50,420,13–0,965,572,500,270,51–0,970,73530,490,47–0,883,31560,370,15–1,463,57,580,090,35–2,598,2090,110,23–0,763,872,500,270,59–1,100,74530,30,18–0,772,337,560,280,09–1,203,522,590,030,1–1,084,87,5120,020,11–0,537,2014,50,020,09–0,933,2Трифторметан CF3H1520,65500,270,51–0,991,04530,30,33–0,642,23060,350,27–0,654,722,590,310,17–0,931,215120,310,11–1,683,312140,070,18–1,407,172,500,270,51–0,970,75530,290,33–0,582,04560,270,31–0,831,63590,30,27–0,721,230120,330,26–0,880,927,5150,350,15–0,911,217,5180,410,14–0,862,9102Продолжение таблицы 3.320,62512210,330,06–0,724,310,521,50,070,12–0,8014,072,500,270,59–1,100,757,530,260,3–0,801,94090,320,28–0,781,930150,380,28–0,821,022,5210,310,20–0,942,817,5240,390,16–0,951,61325,50,370,05–0,947,5Пентафторэтан C2F5H1520,6255500,270,51–0,991,04530,30,22–0,559,23560,270,13–0,886,627,590,310,14–0,835,215120,370,11–0,931,314140,070,13–0,812,872,500,270,51–0,970,752,530,511,26–0,120,64560,530,97–0,470,94090,540,58–0,380,832,5120,50,30–0,393,525180,360,07–0,951,717,5240,240,370,556,314270,20,380,412,71227,50,180,310,463,072,500,270,59–1,100,763,7530,280,29–0,552,751,2560,340,36–0,571,238,75120,430,26–0,563,335150,510,20–0,663,535180,250,07–0,882,5103Продолжение таблицы 3.32527,5240,20,12–0,73,415300,060,21–0,455,115360,090,38–0,275,413,5390,130,44–0,065,912420,110,45–0,33,3В отношении параметра ε можно сказать, что он находится, как правило, вотносительно узком интервале от минус 1,0 до 0,7 (исключение составляют смесибез флегматизаторов).

Так как нормальная скорость горения всегда растет сповышением температуры горения и, следовательно, с ростом начальнойтемпературы смеси [121, 129], то можно утверждать, что величина барическогопоказателя m нормальной скорости горения отрицательна.В последней графе таблицы 3.3 приведено значение относительнойсреднеквадратической погрешности δ отклонения экспериментально измереннойзависимости «давление – время» от расчетной. Расчетная зависимость получена спомощью изложенной выше методики. Погрешность определяли по величинедавления для заданных моментов времени, число которых варьировали от 7 до 10.Видно, что величины δ относительно невелики – они, как правило, не превышают10 %, т.е.

качество аппроксимации достаточно высокое.Это свидетельствует о достоверности рассчитанных значений Sui и ε.Относительная погрешность определения Sui при этом составляет не более 15 %.Что касается погрешности определения параметра ε, то величина δ оказываетсяотносительно малочувствительной к изменению ε в случаях, когда ΔPmax невелико(не выше 0,1 МПа), при этом погрешность его определения может превышать 25%.На рисунке 3.20 приведены зависимости нормальной скорости горения Suiоколопредельных богатых смесей водорода от относительной концентрациифлегматизаторов Crel для различных ингибиторов при концентрациях кислорода[O2] в азотокислородной окислительной среде 15, 20,6 (воздух) и 25 % (об.) (на104рисунке 3.20 для каждого из изученных флегматизаторов продемонстрировановлияние [O2] на величину Sui при различных Crel).а)б)в)г)Рисунок 3.20 – Зависимость нормальной скорости распространения пламениводородсодержащих смесей Su от относительной концентрации флегматизатораCrel для С4F10 (а), ингибитора АКМ (б), CHF3 (в), C2HF5 (г) при содержаниикислорода в окислительной среде:1 – 15 % (об.); 2 – 20,6 % (об.); 3 – 25 % (об.)Особый интерес представляют данные, представленные на рисунке 3.20 г) ихарактеризующие влияние содержания кислорода в окислительной среде наингибирующую эффективность пентафторэтана C2HF5.

Горение водорода сдобавками C2HF5 в воздухе характеризуется ярко выраженным максимумом приCrel ≈ 0,2, в то же время при [O2] = 15 и 25 % (об.) в указанном диапазоне Crel105происходит монотонное снижение Sui с ростом относительной концентрацииингибитора. Для повышенного содержания кислорода ([O2] = 25 % (об.)) Suiдостигает максимального значения вблизи точки флегматизации. Указанныеособенности обусловлены, вероятно, активным участием C2HF5 в процессахгорения, которое, в зависимости от содержания кислорода в окислительной средеи концентрации флегматизатора, может быть как ингибирующим, так ипромотирующим.На рисунке 3.21 представлены зависимости Sui от Crel для различныхконцентрацийкислородавокислительнойсреде,позволяющиеоценитьсравнительную эффективность различных ингибиторов.Из рисунка 3.21 видно, что при введении в водородсодержащую смесьфторированных агентов зависимости Sui от Crel для различных концентрацийкислорода в окислительной среде, как правило, достаточно близки друг к другу.При этом с добавкой небольших количеств ингибитора (до значений Crel порядка0,2–0,3) величина Sui быстро уменьшается и с дальнейшим увеличением Crelизменяется сравнительно слабо.

Исключение составляет C2F5H, для которого вслучае горения в воздухе имеется ярко выраженный максимум. В случаефлегматизации горючих газовых смесей посредством АКМ качественный характеризменения Sui c Crel приблизительно тот же. Отличия от фторированных агентовсостоят, во- первых, в значительно большем разбросе данных для различныхконцентраций кислорода и, во-вторых, в том, что «выполаживание» кривых Sui −Crel происходит при заметно более высоких величинах Crel (≈ 0,4–0,6).Следует отметить, что положение о приблизительном постоянственормальной скорости горения, отмеченное в [121, 129], выполняется далеко невсегда (см., например, рисунок 3.21 б) кривая 2).Данные рисунка 3.21 позволяют оценить относительную эффективностьразличных ингибиторов по отношению к пламенам, распространяющимся вгазовых смесях вида H2 – (O2 + N2) – ингибитор, при различных концентрацияхкислорода в окислительной среде. Видно, что при [O2] = 15 % (об.) пентафторэтанC2HF5 является агентом, в наибольшей степени снижающим нормальную скорость106горения при добавлении в горючую смесь.

В то же время при содержаниикислорода в окислительной среде 20,6 % (об.) (горение в воздухе) картинасущественно иная: нормальная скорость горения как функция концентрацииингибитора имеет ярко выраженный максимум при Crel ≈ 0,2.а)б)в)Рисунок 3.21 – Зависимость нормальной скорости распространения пламениводородсодержащих смесей Su от относительной концентрации флегматизатораCrel при содержании кислорода в окислительной среде:а) – 15 % (об.); б) – 20,6 % (об.); в) – 25 % (об.);1 – CHF3; 2 – С2HF5; 3 – C4F10; 4 – АКМТаким образом, эффективность C2HF5 как ингибитора горения водородаявляется самой низкой среди изученных флегматизаторов при горении в воздухе.107Тем самым концентрация кислорода в окислительной среде является одним изважнейших параметров, определяющих эффективность ингибитора.

Ранеекачественно аналогичная закономерность была отмечена в работе [83], где былонайдено, что 1,2 – дибромтетрафторэтан C2F4Br2, являющийся одним изсильнейших ингибиторов процессов горения в воздухе, способен образовыватьгорючие смеси с кислородом.Представляет интерес сравнить полученные в настоящей работе значениянормальной скорости горения околопредельных водородсодержащих смесей сданными, представленными в публикациях [123, 127, 137–139].В статьях [123, 127] анализируется изменение нормальной скорости горенияSui околопредельных смесей H2 – O2 – N2 в зависимости от содержания азота приатмосферном давлении. Показано, что величина Sui относительно слабо меняется сконцентрацией N2 и составляет 10 – 20 см/c.

Характеристики

Список файлов диссертации