Диссертация (1172857), страница 28

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

Текст из файла (страница 28)

Смеси в точках флегматизации имеют стехиометрический составотносительно сгорания до CO и H2O [188, 131, 205].2. Адиабатические температуры горения при сгорании смесей, отвечающихпо составу точкам флегматизации, до CO и H2O TадCO одинаковы для различныхфлегматизаторов и органических горючих [188, 131, 205].3. Теплопотери из фронта пламени пренебрежимо малы.2214. Эффект избирательной диффузии не существен.5. Флегматизаторы не обладают ингибирующим действием и термическиустойчивы при температуре TадCO.6.

Горючее состоит из атомов С, H, O, N.Рассмотрим энергетический баланс реакции горения при сгорании до CO иH2O при наличии составного флегматизатора:0H Г'  ν В H В'  ν Ф H Ф'  nC H COnnH 0H H O  N H N0  β CO H O0  ν В H В0  ν Ф H Ф0 ,22222(8.22)где ν Ф – число молей составного флегматизатора на 1 моль горючего висследуемой смеси;H Ф – абсолютная мольная энтальпия составного флегматизатора;βCO – стехиометрический коэффициент кислорода в реакции сгорания до CO иH2O. В данном разделе индекс «◦» относится к TадCO.Учитывая, что величина νВ описывается выражением:ν В  (100 / CO )β CO  4,84β CO ,(8.23)2где CO – концентрация кислорода в окислительной среде, % (об.), для2воздуха 20,6 % (об.), получаем соотношение для νФ:νФH'Г0 4,84β CO ( H В0  H В' )  nC H CO (nH / 2) H H0 O  (nN / 2) H N0  β CO H O022H Ф0  H Ф'2,F 0 Г ' ,HФ  HФ(8.24)где Fг – функция, не зависящая от параметров флегматизаторов,0FГ  H Г'  4,84βCO ( H В0  H В' )  nC H CO (nH / 2) H H0 O  (nN / 2) H N0  βCO H O0 .222222С помощью ν Ф величина минимальной флегматизирующей концентрацииCф описывается очевидным выражением:CФ  100 ν Ф /(1  4,84β CO  ν Ф ) .Такимобразом,задачарасчета(8.25)минимальнойфлегматизирующейконцентрации Cф сводится к задаче определения величины νФ.Учтем, что величина H Ф0  H Ф' описывается соотношением:nH Ф0  H Ф'   μ Фi ( H Ф0 i  H Ф' i ) ,(8.26)i 1nгде μ Фi – мольная доля i-го агента в составном флегматизаторе (   Фi  1).i 1Отметим далее, что для функции FГ, которая определяется толькосвойствами горючего и не зависит от вида флегматизатора, имеет местосоотношение,следующееизформулы(8.24),записаннойдляточкифлегматизации рассматриваемого горючего i-м агентом:H Ф0 i  H Ф' i  FГ / ν Фi ,гдевеличинаν Фiсвязанас(8.27)минимальнойфлегматизирующейконцентрацией i-го агента формулой (8.25).Подставив (8.26) и (8.27) в (8.24), получаем выражение для  Ф :nμ Фi,i 1 ν Фin Ф  FГ /  μ Фi ( FГ / ν Фi ) =1/ i 1(8.28)которое по своей форме аналогично известной формуле (8.17), выражающейправило Ле- Шателье для НКПР.

Подставив ν Ф в формулу (8.25), можно получить223формулу для определения минимальной флегматизирующей концентрациисоставного агента.На рисунке 8.11 представлены результаты модельного расчета длятипичных флегматизаторов (N2 и CO2) и органического горючего (пропана) поформулам (8.28) и (8.25), полученным в настоящей работе, и по формуле (8.4), вкоторую вместо значений огнетушащих концентраций подставим значенияминимальных флегматизирующих концентраций.Рисунок 8.11 – Результаты модельного расчета минимальных флегматизирующихконцентраций смеси N2 + CO2 при горении пропановоздушной смеси:1 – расчет по формуле (8.3); 2 – расчет по формулам (8.28) и (8.25)Значения минимальных флегматизирующих концентраций азота и диоксидауглеродапоотношениюкпропановоздушнымсмесям,составляющиесоответственно 43 и 28 % (об.), взяты из работы [20].

Видно, что результатырасчетов по эмпирическому правилу Ле- Шателье для химически инертныхфлегматизаторовудовлетворительнополученными по уточненной формуле.совпадаютсрасчетнымиданными,2248.2.3 Правило Ле- Шателье для минимальных огнетушащих концентрацийСуть задачи состоит в следующем. Имеется органическое газовое горючее иn огнетушащих агентов, для каждого из которых известны минимальныеогнетушащие концентрации Cогн i по отношению к данному горючему. Требуетсянайти минимальную огнетушащую концентрацию Согн смеси указанных агентовпо отношению к данному горючему. При этом подразумевается, что подачаогнетушащих компонентов осуществляется в окислитель (воздух).В основу анализа положены следующие предположения.1.

Смеси во фронте пламени имеют стехиометрический состав [121].2. Гашение диффузионного пламени происходит при таком содержаниисоставного огнетушащего агента во фронте пламени, при котором достигаетсяпредельное значение адиабатической температуры горения Tад, не зависящее отвида горючего, флегматизатора и способа его подачи.3. Концентрации компонентов в подаваемых смесях однородны попространству.4. Эффект избирательной диффузии не существен.5. Теплопотери из фронта пламени пренебрежимо малы.6. Реакция протекает только во фронте пламени, т.е. в стехиометрическойсмеси.7. Компоненты огнетушащего состава не обладают ингибирующимдействием и термически устойчивы при температуре горения предельной смеси.8.

Молекулы горючего газа состоят из атомов C, H, O, N.Рассмотрим энергетический баланс реакции горения во фронте пламени:0H Г'  ν В H В'  ν Ф H Ф'  nC H CO2nnH 0H H O  N H N0  βH O0  ν В H В0  ν Ф H Ф0 ,22222(8.29)225где величины νф и Hф относятся к составному огнетушащему агенту.Смеси во фронте пламени стехиометричны, поэтому величина νвописывается соотношением:ν В  (100 / CO )β  4,84β .(8.30)2Из соотношения (8.29) с учетом (8.30) получим νф:νФH'Г0 4,84β( H В0  H В' )  nC H CO (nH / 2) H H0 2 O  (nN / 2) H N0 2  βH O0 22H H0Ф'ФФГ,H  H Ф'(8.31)0Фгде Фг – функция, не зависящая от характеристик огнетушащего состава,0Ф Г  H Г'  4,84β( H В0  H В' )  nC H CO (nH / 2) H H0 O  (nN / 2) H N0  βH O0 .2222С помощью νф величина минимальной огнетушащей концентрации Согнописывается очевидной формулой:CОГН  100 ν Ф /(4,84β  ν Ф ) .(8.32)Таким образом, задача расчета минимальной огнетушащей концентрацииСогн сводится к определению νф.Учтем, что величина H Ф0  H Ф' описывается соотношением:nH  H   μ Фi ( H Ф0 i  H Ф' i ) .0Ф'Ф(8.33)i 1Для функции Фг, которая определяется только свойствами горючего и независит от вида флегматизатора, имеет место соотношение, следующее из226формулы (8.31), записанной для условий гашения диффузионного пламени i-могнетушащим агентом:H Ф0 i  H Ф' i  Ф Г / ν Фi ,(8.34)где νфi связано с минимальной огнетушащей концентрацией i-го компонентаогнетушащей смеси формулой (8.32).Подставив (8.34) и (8.34) в (8.31), получаем формулу Ф  ФГ /nμi 1μ Фi,i 1 ν Фin(Ф Г / ν Фi ) =1/ Фi(8.35)которая по своей форме аналогична известной формуле (8.17), выражающейправило Ле- Шателье для НКПР, а также формуле (8.28) для минимальныхфлегматизирующих концентраций.

Подставив νф в соотношение (8.32), находимминимальную огнетушащую концентрацию составного огнетушащего агента (изза громоздкости получаемой формулы здесь она не приводится).На рисунке 8.12 представлены результаты модельного расчета длятипичных огнетушащих газов (Ar и N2) и органического горючего (н-гептана) поформулам (8.35) и (8.32), полученным в настоящей работе, и по формуле (8.4).Значения минимальных огнетушащих концентраций аргона и азота поотношению к диффузионному горению н-гептана, составляющие 39,0 и 34,6% (об.), взяты из нормативного документа по пожарной безопасности [105].Видно, что результаты расчета по эмпирическому правилу Ле- Шателье дляхимически инертных флегматизаторов хорошо совпадают с расчетными данными,полученными по уточненной формуле.227Рисунок 8.12 – Результаты модельного расчета минимальных огнетушащихконцентраций смеси Ar + N2 при диффузионном горении н-гептана в воздухе:1 – расчет по формуле (8.4); 2 – расчет по формулам (8.35) и (8.32)8.2.4 Правило Ле- Шателье для диффузионного горения при подачеогнетушащего газа одновременно в горючее и окислительРешаетсязадачавследующейпостановке.Имеетсяламинарноедиффузионное пламя газообразного горючего, стабилизированное на круглойгорелке в спутном ламинарном потоке окислителя (воздуха).

Часть огнетушащегогаза подается с потоком горючего, а часть – с потоком окислителя. Задача состоитв поиске аналитической взаимосвязи между концентрациями огнетушащего газа вгорючем и окислителе, при которых происходит гашение пламени (аналогичнаязадача рассматривалась на эмпирической основе в работе [170]).228В основу анализа положены те же предположения, что и в случаерассмотрения гашения диффузионного пламени смесью огнетушащих газов (см.раздел 8.2.3).Рассмотрим энергетический баланс реакции горения:0H Г'  ν В H В'  ν Ф H Ф'  nC H CO2nnH 0H H O  N H N0  βH O0  ν В H В0  ν Ф H Ф0 .22222(8.36)При этом имеем:ν В  (100 / CO )β  4,84β ;(8.37)ν Ф  ν ФГ  ν ФВ ,(8.38)2где νфг, νфв – число молей флегматизатора (огнетушащего газа) на 1 мольгорючего во фронте пламени, подаваемого соответственно вместе с горючим ивоздухом.Пусть C В , C Г – концентрации флегматизатора в потоках соответственно сВГвоздухом и горючим газом, % (об.); C ОГН, C ОГН– гасящие концентрациифлегматизатора в потоках только с воздухом или только с горючим газом, % (об.).ВГТогда величины C В , C Г , C ОГН, C ОГНи ν ФВ , ν ФГ , ν 0ФВ , ν 0ФГ связанысоотношениями:4,84βC В;100  С В(8.39)ν ФГCГ;100  С Г(8.40)ν0ФВВ4,84βСОГН;В100  СОГН(8.41)ν0ФГГСОГН;Г100  СОГН(8.42)ν ФВ 229где ν 0ФВ , ν 0ФГ – число молей флегматизатора на 1 моль горючего,ВГсоответствующие концентрациям C ОГНи C ОГН.Покажем это, например, для соотношения (8.39) (остальные формулыполучаются аналогичным образом).

Характеристики

Список файлов диссертации