Диссертация (1172924), страница 12
Текст из файла (страница 12)
Время разряда должносоставлять 0,2 с. Если искра со временем разряда 0,2 с не приводит к воспламенению исследуемой смеси, зажигание следует повторить с увеличением времени разряда до 0,5 с. Мощность, выделяемая при искрообразовании в воздухе,должна составлять приблизительно 10 Вт.В случае использования в качестве источника зажигания пережигаемойпроволочки энергия, выделяемая в процессе пережигания, должна находитьсяв пределах от 10 до 20 Дж. Предпочтительным материалом для электродов зажигания являются нержавеющая сталь и латунь. Электроды должны располагатьсяпараллельно друг другу на расстоянии 5 ± 1 мм.
Пережигаемая проволочкадолжна быть выполнена из нихрома, иметь диаметр в диапазоне от 0,05 до 0,2 мми быть припаяна к электродам зажигания. При этом электроды зажигания должныбыть размещены в реакционном сосуде таким образом, чтобы пережигаемаяпроволочка находилась в центре сосуда.Система регистрации давлении при сгорании исходной смеси в реакционном сосуде состоит из следующих основных частей: а) датчика давления, которыйдолжен быть размещен непосредственно в реакционном сосуде таким образом,чтобы его чувствительный элемент и стенка сосуда находились в одной плоскости(датчик давления должен быть способен измерять давление до 2 Мпа); б) усилителя; в) системы регистрации сигнала с датчика давления, которая должна иметьразрядность не менее 12 бит, либо частоту дискретизации 20 кГц, или скоростькадрирования 500/t, где t – время процесса горения (система регистрациидавления должна иметь полосу пропускания не менее 10 кГц).
При этом системарегистрации давления должна иметь такую точность измерения, чтобы определять начальное и максимальное давление взрыва с точностью не менее 5 кПа.63Исследуемая газовая смесь может быть приготовлена по парциальнымдавлениям непосредственно в самом реакционном сосуде или в результатесмешения потоков компонентов за пределами сосуда.В случае задания исходной смеси по парциальным давлениям, реакционныйсосуд и подводящие к нему газовые магистрали должны быть отвакуумированыдо остаточного давления не более 0,5 кПа. Воздух, который остается в сосудепосле завершения процесса вакуумирования, должен быть принят во вниманиепри задании компонентов исходной смеси.
Система измерения давления в процессе подачи компонентов смеси в реакционный сосуд должна иметь погрешностьопределения давления не более 0,5 кПа. Даже в том случае, если объемподводящих к реакционному сосуду газовых магистралей с компонентами горючей смеси пренебрежимо мал по сравнению с объемом сосуда, необходимоих последовательно ваккуумировать в процессе задания исходной смеси. Исследуемая смесь должна находиться не менее двух минут в реакционном сосудепосле завершения процесса напуска компонентов с целью достижения ее неподвижности.В течение серии экспериментов рост температуры стенок сосуда из-зараспространения пламени не должен превышать 15 К. Остаточные пары водыв исследуемой смеси могут влиять на максимальную скорость нарастаниядавления взрыва, так что необходимо убедиться, что перед началом испытанийреакционный сосуд и подводящие магистрали очищены от водяного конденсата.В случае образования значительного количества сажи в процессе горениянеобходима очистка реакционного сосуда и электродов зажигания.Вся процедура определения максимального давления взрыва и максимальной скорости нарастания давления взрыва для каждого состава смеси должнавыполняться не менее пяти раз.
При определении максимального давления взрываколичество испытаний может быть уменьшено до трех при разнице полученныхзначений в трех испытаниях не более 50 кПа. Для максимальной скоростинарастания давления взрыва количество испытаний может быть уменьшенодо трех при величине относительного стандартного отклонения не более 10 %.64Максимальное давление по каждой из кривых «давление-время» длязаданного состава смеси может быть определено графическим или расчетнымметодом. Графическим методом максимальное давление взрыва может быть получено путем обработки графического изображения зависимости давления от времени.
Расчетным методом максимальное давление взрыва может быть полученопутем математической обработки массива данных, полученного с регистрирующей аппаратуры, с помощью специального программного обеспечения.Максимальная скорость нарастания давления взрыва определяется путемдифференцирования(перваяпроизводная)зависимости«давление-время»,полученной в результате проведения испытаний. При этом во многих случаяхнеобходимо провести математическое «сглаживание» полученной зависимостис целью исключения возможных выбросов при последующем ее дифференцировании.В общем случае последовательность определения определяемых параметровможет быть описана следующим образом:− выбирается на основе известных данных некоторое референсное значениеконцентрации горючего газа (пара), при котором ожидается максимальное дляданной смеси давление взрыва или скорость нарастания давления взрыва(необязательно оба этих параметра достигаются при одной и той же концентрациигорючего);− для четырех смесей, концентрация горючего в которых составляет отреференсного 0,8, 1,0, 1,2 и 1,4, проводится экспериментальное определениеискомых параметров;− для каждой из указанных смесей для трех или пяти экспериментовопределяются средние значения искомых параметров;− если максимальное значение одного из определяемых параметровсоответствует границе выбранного диапазона концентраций (например, максимальное значение максимального давления взрыва получено для концентрациигорючего 1,4 от референсного), то диапазон концентраций увеличивают в большую и меньшую сторону с шагом 0,2 от референсного;65− если максимальные значения определяемых параметров соответствуютвыбранному диапазону концентраций горючего (значения параметров на краяхдиапазона меньше значений для концентраций горючего в середине диапазона),то каждый из интервалов (например, от 1,0 до 1,2 от референсного) делитсяпополам, и определение искомых параметров осуществляется для промежуточныхточек (1,1 от референсного);− описанная выше процедура осуществляется до тех пор, пока не будутдостигнуты требуемые погрешности определения искомых параметров (длямаксимального давления взрыва – достижение погрешности измерения давлениярегистрирующей системой, для максимальной скорости нарастания давлениявзрыва – относительное стандартное отклонение менее 10 %), либо шаг изменения концентрации горючего газа будет менее погрешности задания исходнойсмеси.Следует отметить, что аналогичный метод определения максимальногодавления взрыва и максимальной скорости нарастания давления взрыварегламентирован ГОСТ 12.1.044-89* «Пожаровзрывоопасность веществ и материалов.
Номенклатура показателей и методы их определения» [33].Для полноты анализа следует отметить наличие европейских стандартовдля определения показателей пылевых взрывов [76-79].Ниже рассмотрены методы определения нормальной скорости горения газопаровоздушных смесей. Необходимо отметить, что международные стандартыопределения данного показателя отсутствуют.При анализе будем использовать результаты работы В.В. Молькова [81].На основе изучения отечественных и зарубежных работ, в частностиизвестного обзора G.E. Andrews и D.
Bradley [80], дан анализ и проведеносравнение различных методов определения нормальной скорости распространения пламени. Рассмотрены следующие методы: трубы; горелки (определениескорости горения по площади и углу наклона пламени, с использованиемплоского пламени и по перепаду давления во фронте пламени); бомбыпостоянного давления; бомбы постоянного объема (метод начального участка,66метод анемометрии, метод двух очагов, метод ионизационных датчиков, методотношения плотностей, определение нормальной скорости по записи давления).При этом особое внимание обращено на физическую сущность и обоснованностьметодов. В результате анализа указанных методов сделан вывод о предпочтительности экономичного и точного метода бомбы постоянного объема, в томчисле для определения максимального давления взрыва, максимальной скоростинарастания давления взрыва, а также зависимости нормальной скорости распространения пламени в широком диапазоне давлений, температур и концентрацийгорючего.Метод трубы: общие положения [80-85].Этоодинизпервыхметодовопределениянормальнойскоростираспространения пламени, примененный Малляром и ЛеШателье в 1883 году призажигании у открытого конца.
В настоящее время регистрация процесса распространения пламени в трубе осуществляется, как правило, с помощью скоростнойкиносъемки. Ранее применялись другие методы регистрации (пневматический,электрический) [81].Методы горелки [85-89].Способизмеренияскоростигорениясиспользованиемпламенибунзеновской горелки является достаточно распространенным из-за своей простоты. Стационарное конусообразное пламя получают пропуская предварительносмешанную горючую газовую смесь через круглую трубку и зажигая ее на срезегорелки. Известны также горелки, где вместо обычных прямых трубок используются конусообразные, в виде сопла или щелевые.Метод горелки: определение скорости горения по площади пламени [86-91].На ранних стадиях развития науки о горении газов для получения значенийнормальной скорости пламя аппроксимировали правильным конусом с базой,равной диаметру горелки.
Предпринимались также попытки графическогоинтегрирования поверхности пламени. Ясно, что такие методы являютсядостаточно грубыми. В целях устранения зон верхушки и края пламенииспользуют метод вычисления площади усеченного конуса. Этот метод дает67воспроизводимые результаты для разных скоростей потока в горелке и горелокразличного диаметра [91].Метод горелки: определение скорости горения по углу наклона пламени[93-96].Этот метод, известный как метод Михельсона, основан на использованииуравнения: Su V0 sin 0 и измерении угла α0 для свежей смеси (здесь V0 –скорость истечения смеси; α0 – угол конуса пламени).
Так как угол α0 невизуализируется, то измеряется угол визуализируемого конуса. К сожалению,существует разница в углах шлирен, теневой и светящейся поверхности [92]. Дляпростой горелки, кроме прочего, трудно получить конус с прямой образующей(с одинаковым значением угла).Метод горелки: метод плоского пламени [97-99].При измерении малых скоростей горения вблизи пределов распространенияпламени (до 3-4 см/с) применяют метод Эджертона-Паулинга [97-99]. ГорелкаЭджертона-Паулинга представляет собой трубку диаметром не ме-нее 60 мм,заполненную капиллярами сечением ~1 мм и длиной ~25 мм (для этогоиспользуются гладкие и гофрированные металлические полосы) и стекляннымибусинками.
Расстояние верхних концов капилляров до среза горелки около 8 мм.На горелку надета концентрическая труба с сеткой наверху, в которую подаетсяазот или другой инертный газ. Регулированием высоты внешней трубы можностабилизировать фронт пламени, сделав его практически горизонтальным, а спутный поток инертного газа устраняет тормозящее действие трения о стенки.Подобноеустройствогорелкипозволяетразрушитьпараболическоераспределение скорости и сформировать низкоскоростной газовый потокс однородным распределением скорости. Искомую величину Su определяютпо объемному расходу газа и площади плоского пламени.Метод горелки: метод перепада давления во фронте пламени [101-103].Известный факт превышения давлением в свежей смеси давления в продуктах сгорания разность давлений ∆р может быть использован для определения Su.Для измерений могут применяться микротрубки Пито [101].
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
