Диссертация (1172877), страница 7
Текст из файла (страница 7)
Она составила около 0,25 I0.На рисунке 2.7 представлены графики времени достижения максимальнойтемпературысмеси0,35CH4+0,65Cl2приразличнойинтенсивностиУФ-излучения. Из анализа графиков отчѐтливо видно, что с уменьшение интенсивности УФ-излучения растѐт период достижения максимальной температурысмеси. Это связано с тем, что при уменьшении интенсивности УФ-излученияуменьшается скорость диссоциации молекул хлора, а следовательно и скоростьхимической реакции.Рисунок 2.7 – Период индукции реакции смеси 0,35CH4 + 0,65Cl2 в зависимостиот интенсивности УФ-излучения: а) I = I0; б) I = 0,5I0; в) I = 0,25I0; г) I = 0,17I0522.4 Апробация математической модели фототеплового воспламененияПроверку расчѐтов модели сравнивали с экспериментальными данными,полученными для смесей метана, хлорметана и дихлорметана с хлором [50, 64].На рисунке 2.8 представлены температурные поля, показывающие процессразвития воспламенения смеси в цилиндрическом сосуде радиусом 1,8∙10-2 м идлиной 4,0∙10-2 м.а)б)в)Рисунок 2.8 – Температурное поле в смеси 0,35CH4 + 0,65Cl2на различные моменты времени от начала облучения УФ-излучениеммаксимальной интенсивности: а) 0,209 с; б) 0,293 с; в) 0,460 сСмесь начинает разогреваться вблизи кварцевого стекла, а затем с увеличением температуры смеси происходит еѐ воспламенение и распространение пламени в глубину сосуда.
Это говорит о правильном расчѐте моделью процесса вос-53пламенения смеси метана с хлором при воздействии на неѐ ультрафиолетовым излучением.На рисунке 2.9 представлены расчѐтные кривые, показывающие изменениетемпературы в смеси метана и хлора в центре реакционного сосуда при действииУФ-излучения различной интенсивности. Снижение интенсивности облученияприводит к уменьшению скорости тепловыделения и температуры максимальногоразогрева.
При интенсивности I = 0,10I0 (линия 4) разогрев резко уменьшается, исмесь перестаѐт воспламеняться.Рисунок 2.9 – Изменение температуры в смеси (0,20СН4 + 0,80Сl2)при интенсивности УФ-излучения:1 – I = I0; 2 – I = 0,3∙I0; 3 – I = 0,15∙I0; 4 – I = 0,1∙I0По аналогии с описанным в разделе 2.3 настоящей главы расчетом определили параметры изменения температуры от времени Т(τ), полученные в смесях метана с хлором. По этим кривым устанавливали максимальную температуру разогрева смеси (Tmax) и строили зависимость Tmax от концентрации горючего в смеси(рисунок 2.10). На рисунке 2.10 приведены расчѐтные зависимости максимальнойтемпературы разогрева смеси (CH4 + Cl2) от концентрации горючего при действииУФ-излучения различной интенсивности.54Рисунок 2.10 – Результат расчѐта зависимости максимальной температурыразогрева смеси от начального содержания метана φгпри различных интенсивностях УФ-излучения:1 – I = I0; 2 – I = 0,25∙I0; 3 – I = 0,15∙I0; 4 – I = 0,1∙I0В смесях метана с хлором максимальная расчѐтная температура разогревасмеси составила 1532 К, когда экспериментальная 1627 К.
С уменьшением интенсивности УФ-излучения проявляется критичность пределов, это особенно хорошозаметно со стороны нижнего концентрационного предела (линия 3, рисунок 2.10).При интенсивности УФ-излучения I = 0,10 I0 смеси метана с хлором не способныгореть.Для определения концентрационной области воспламенения принималиминимальную температуру горения подобных смесей Tг = 800 К. На рисунке 2.11приведены расчѐтные и экспериментальные результаты. Расчѐтная концентрационная область воспламенения составила 6–69 %(об.), а значение критической интенсивности УФ-излучения I = 0,11 I0.
Экспериментальные значения для концентрационной области воспламенения 7,5–62 %(об.), а критическая интенсивностьУФ-излучения I = 0,25 I0.55Рисунок 2.11 – Зависимость концентрационных пределов фототепловоговоспламенения смеси СН4 + Сl2 от интенсивности УФ-излучения:1 – экспериментальная; 2 –расчѐтнаяАналогичные расчѐты были выполнены для смесей хлорметана, дихлорметана с хлором и сравнены с ранее выполненными экспериментальными работами[65–68].
Результаты приведены на рисунках 2.12–2.15 и таблицах 2.4, 2.5.Рисунок 2.12 – Зависимость максимальной температуры разогрева смесиот начального содержания хлорметана φг при интенсивности УФ-излучения:1 – I = I0; 2 – I = 0,131∙I0; 3 – I = 0,054∙I0;4 – I = 0,036∙I0; 5 – I = 0,025∙I0; 6 – I = 0,019∙I056Рисунок 2.13 – Зависимость концентрационных пределов фототепловоговоспламенения смеси СН3Сl + Сl2 от интенсивности УФ-излучения:1 – экспериментальная; 2 –расчѐтнаяТаблица 2.4 – Предельные параметры воспламенения смеси хлорметана с хлоромПараметрыКонцентрационные пределы, % об.Критическая интенсивность УФ-излучения, IкрРасчётныепо моделиЭкспериментальныепри фотовоспламенении9–739,0–68,00,025 ∙ I00,047 ∙ I0Рисунок 2.14 – Зависимость максимальной температуры разогрева смесиот начального содержания дихлорметана φгпри различных интенсивностяхУФ-излучения:1 – I = I0; 2 – I = 0,75∙I0; 3 – I =0,5∙I0; 4 – I = 0,37∙I0;5 – I = 0,25∙I0; 6 – I = 0,15∙I057Рисунок 2.15 – Зависимость концентрационных пределов фототепловоговоспламенения смеси СН2Сl2 + Сl2 от интенсивности УФ-излучения:1 – экспериментальная; 2 –расчѐтнаяТаблица 2.5 – Предельные параметры воспламенения смеси дихлорметана с хлоромПараметрыКонцентрационные пределы, %(об.)Критическая интенсивность УФ-излучения, IкрРасчётныепо моделиЭкспериментальныепри фотовоспламенении21,0–54,017,0–53,00,33 ∙ I00,25 ∙ I0Сравнение значений предельных параметров, приведенных для смесей метана, хлорметана и дихлорметана с хлором позволяет заключить, что расчѐтныерезультаты в целом находятся в удовлетворительном согласии с экспериментальными значениями.
Наибольшее различие в значениях наблюдается для критической интенсивности УФ-излучения, что может быть связано с завышенным значением I0 измеренной ранее фериксалатной актинометрией.С помощью этой модели можно рассчитать количество флегматизатора(МФК), достаточное для предотвращения воспламенения реакционной смеси, итемпературу самовоспламенения.При исследовании фотовоспламенения смесей хлорметана и хлора экспериментально устанавливались значения МФК хлороформа и четырѐххлористогоуглерода [69, 70]. Для этой же системы провели расчѐты по модели и сравнили еѐ58с ранее установленной экспериментальной зависимостью. Результаты представлены на рисунках 2.16 и 2.17 и в таблице 2.6.Рисунок 2.16 – Зависимость концентрационной области фотовоспламенениясмеси СН3Сl + Сl2 от концентрации хлороформа (СНСl3):1 – экспериментальная; 2 – расчѐтнаяРисунок 2.17 – Зависимость концентрационной области фотовоспламенениясмеси СН3Сl + Сl2 от концентрации четырѐххлористого углерода (ССl4):1 – экспериментальная; 2 – расчѐтная59Из рисунков 2.16 и 2.17 видно, что несмотря на небольшие различия в ходезависимостей концентрационных пределов воспламенения от концентрациифлегматизатора, значения МФК между собой достаточно хорошо согласуются.Таблица 2.6 – Флегматизация смеси хлорметана с хлоромРасчётныепо моделиЭкспериментальныепри фотовоспламененииМФК СНСl3, %(об.)3429МФК ССl4, %(об.)3234ПараметрыВ работах [69, 70] было установлено, что трихлорметан имеет наименьшуюМФК, чем четырѐххлористый углерод.
Это объясняется тем, что трихлорметанвступает в реакцию с атомами хлора и образует малоактивный трихлорметильныйрадикал. В расчѐтах же получилось, что, наоборот, значительно лучшей МФК обладает четырѐххлористый углерод. При добавлении трихлорметана до 22 %(об.) всмесь СН3Сl + Сl2 наблюдалось увеличение области воспламенения со сторонынижнего концентрационного предела с 9 %(об.) до 7 %(об.).Поскольку уравнение для скорости инициирования содержит и термическую составляющую, то с помощью модели можно описать чисто тепловое воспламенение и, следовательно, определить такой важный параметр как температура самовоспламенения.На рисунке 2.18 представлены температурные поля, демонстрирующиепроцесс развития воспламенения смеси 0,20СН4 + 0,80Сl2 при температуре стенокреакционного сосуда 613 К.60а)б)в)Рисунок 2.18 – Поля температур внутри реакционного сосудапри самовоспламенении смеси 0,20СН4 + 0,80Сl2 на момент времени:а) 0,628 с; б) 3,561 с; в) 6,494 сВ модели задавалась температура стенок реакционного сосуда.
Температурасмеси в сосуде составляет 293 К. Начинается прогрев смеси (рисунок 2.18 а) и стечением времени происходит воспламенение в центре реакционного сосуда (рисунок 2.18 в).На рисунке 2.19 представлены расчѐтные температурные зависимости отвремени смеси метана с хлором стехиометрического состава при температурестенок реакционного сосуда 612 и 613 К [50]. В таблице 2.7 приведены экспериментальные и расчѐтные данные.61Рисунок 2.19 – Результаты расчѐта изменения температуры смеси0,20СН4 + 0,80Сl2 при температуре стенок реакционного сосуда:1 – 612 К; 2 – 613 КТаблица 2.7 – Температура самовоспламенения смеси метана с хлоромПараметрТсв, КРасчёт по модели613Эксперимент [71]591При расчѐте температуры самовоспламенения смеси метана с хлором наблюдается чѐткая граница нижнего температурного предела.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
