Диссертация (1172924), страница 14
Текст из файла (страница 14)
В этом исследовании в целях получениявозможно более точного результата учтены эффекты толщины фронта пламени,неоднородности плотности газа за волной горения и движения продуктов73сгорания. Как показал анализ, экспериментальная ошибка в диапазоне давлений1,1 <p< 6,0 составляет не более 5 % , вне этого диапазона – не более 9 %.piМетод бомбы постоянного объема: определение нормальной скоростипо записи давления [123, 124]Метод определения нормальной скорости распространения пламени по экспериментальным записям p(t) для любого момента времени в процессе горениягазовой смеси внутри бомбы постоянного объема впервые был предложенФламмом и Махе [123]. Регистрация давления датчиком является более простыми точным приемом в сравнении, например, с покадровой съемкой пламени, особенно если собственное свечение пламени слишком сильное или слабое.
Поэтомупредставляется целесообразным использовать уравнения для определениянормальнойскорости,содержащиепроизводнуютолькодавления.Экспериментальную же зависимость rb(t) целесообразно использовать как контрольную и сравнивать ее с расчетной зависимостью для получения надежныхрезультатов и проверки применимости используемой модели.Для расчета скорости горения в опытах при высоких давлениях, когдавозникают трудности в применении оптических окон для фотографированияпламени, а также в измерениях радиуса пламени из-за слабого или сильного свечения продуктов сгорания, в работе [124] выведено уравнение с одной производной, производной давления по времени. Нормальная скорость определяласьдля каждого момента дефлаграционного сгорания по экспериментальнымзначениям давления и скорости нарастания давления.Метод бомбы постоянного объема: метод оптимизации [33, 121, 122,126–128].Настоящий метод стандартизован в России для определения нормальнойскорости распространения пламени [33].
Одно из основных отличий данногометода от «поточечного» определения нормальной скорости по записи давленияв последнем из описанных выше методов заключается в следующем. Расчетнаязависимость«давление-время»оптимизируетсяметодомобратнойзадачи74по полной экспериментальной зависимости «давление-время» одновременнопо всем точкам с использованием двух параметров − начального значениянормальной скорости распространения пламени Sui и термокинетическогопоказателя (ε).
Впервые этот подход, обладающий высокой информативностью иэкономичностью, был использован в работе 1981 г. [125]. Данный методпредставляется наименее трудоемким в экспериментальном плане и в тоже времядостаточно точным (погрешность порядка 5 %) для определения нормальнойскорости горения в широком диапазоне давлений и температур.Определить зависимости нормальной скорости пламени и от давления,и от температуры горючей смеси методом бомбы постоянного объема можнопри проведении серии экспериментов различающихся, в частности, начальнымдавлением [126, 127].
Такой подход применялся Роллисом и др. [121] для определения температурной и барической зависимости скорости распространенияацетилено-воздушного пламени, а также Гарфортом и Роллисом [122] для стехиометрического метано-воздушного пламени.Вышепредставленобзорэкспериментальныхметодовопределениянормальных скоростей распространения пламени в горючих однородныхгомогенных газовых смесях. Показано, что данное направление науки о горениипостоянно совершенствуется.
Особое внимание уделяется точности определенияскорости горения различными методами. Развиваются и совершенствуютсямодели процесса горения. Можно выделить проявившуюся в последнее время«теоретизацию» экспериментальных методов, измерение скоростей горенияпо которым предполагает использование достаточно сложных математическихмоделей, требующих знания ряда термодинамических параметров. Особенноэто относится к методу бомбы постоянного объема с использованием экспериментальных данных в течение всего процесса развития горения в бомбе.По совокупности возможностей и объему использования в последние годыразличными группами исследователей из разных мира, по нашему мнению,преимущество следует отдать методу бомбы постоянного объема, на перспективность которого указывает и многообразие его модификаций. В частности,75он очень экономичен и достаточно точен при исследовании зависимости скоростигорения от давления, температуры и содержания горючего в смеси.Несомненно,экспериментальныеметодыопределениянормальныхскоростей будут развиваться и далее.
В качестве одного из направлений развитияможно указать использование более сложной, но более точной методики расчетадинамики дефлаграционного сгорания газа в сферическом сосуде, изложеннойв [128].Важно отметить, что стандартом [33] также регламентирован метод экспериментального определения максимального давления взрыва и максимальной скорости нарастания давления взрыва газо- и паровоздушных смесей. При этомиспытанияпроводятнаустановкеивсоответствиисметодикой,регламентированной стандартом [33] для определения нормальной скоростираспространения пламени в части экспериментального определения зависимости«давление-время» при сгорании газо- и паровоздушной смеси в замкнутом сосуде.За максимальное давление взрыва исследуемой газо- и паровоздушной смесипри известных значениях начального давления и температуры принимают наибольшее давление взрыва, полученное в процессе испытаний при различныхконцентрациях горючего в смеси.
За максимальную скорость нарастания давленияпринимают наибольшее значение тангенса угла наклона касательной к экспериментальной зависимости «давление-время», полученное в процессе испытанийпри различных концентрациях горючего в смеси.Таким образом, по результатам представленного выше анализа, в части выбора экспериментальной методики определения максимального давления взрыва,максимальной скорости нарастания давления взрыва и нормальной скоростираспространения пламени газо- и паровоздушных смесей, по всей видимости,в целях максимальной гармонизации с международными стандартами, а такжепринимая во внимание представленные в научной печати методы определенияуказанных показателей, следует остановиться на методе бомбы постоянногообъема, который регламентирован российским стандартом [33].
Указанный методв части определения максимального давления взрыва и максимальной скорости76нарастания давления взрыва регламентирован европейским стандартом [75].Особо отметим то обстоятельство, что в рамках предложенного подхода однаустановка, основой которой является замкнутый сосуд сферической формы,позволит определять все указанные выше показатели пожаровзрывоопасностигазо- и паровоздушных смесей, а именно: максимальную скорость нарастаниядавления взрыва, максимальное давление взрыва и нормальную скорость горения.2.2 Методика определения характеристик горениягорючих газовых смесей сложного составаНа основе проведенного анализа выбрана методика экспериментальногоопределения характеристик горения горючих газовых смесей сложного состава,реализующая стандарт [33], основные положения которого изложены ниже.Экспериментальные исследования по определению указанных характеристик были проведены на экспериментальной установке «Вариант», схема которойприведена на рисунке 2.1.
Установка позволяет определять максимальное давление взрыва, а также максимальную скорость нарастания давления взрыва и нормальную скорость распространения пламени путем математической обработкиэкспериментально полученной в процессе регистрации давления при горенииис-следуемой газовой смеси в замкнутом сосуде кривой «давление-время».Эксперименты на установке «Вариант» проводят при общем начальномдавлении газовой смеси до 4 МПа и начальной температуре до 473 К. Реакционный сосуд (4) имеет объем 4,2 дм3, сделан из нержавеющей стали, близокпо форме к сфере, с внутренним диаметром 0,2 м.
Установка включает в себятакже систему приготовления парогазовых смесей (11), обеспечивающуювакуумирование реакционного сосуда, и подачу в него отдельных компонентовгазовой смеси. Глубина откачки определяется вакуумметром (12) класса точности0,25. Реактор и газовые коммуникации перед каждым опытом вакуумируют доостаточного давления не более 0,5 кПа вакуумным насосом 2НВР-5ДМ (10).77Рисунок 2.1 – Схема экспериментальной установки «Вариант»:1 – газовый кран; 2 − парогенератор; 3 − датчик давления; 4 – реакционный сосуд;5 − термостат; 6 − система зажигания; 7 − пульт управления; 8 − АЦП;9 − термопара; 10 − вакуумный насос; 11 − система приготовленияпарогазовой смеси; 12 − вакуумметрПосле вакуумирования реактора задавалась исследуемая смесь по парциальным давлениям.
Вначале подавали требуемое количество горючего газа и ингибитора. При изучении горения в воздухе далее подавали воздух до атмосферногодавления. При горении в азотокислородных окислительных средах с концентрацией O2 15 и 25 %(об.) вначале подавали требуемое количество добавочного азотаили кислорода соответственно, а, затем, воздух до атмосферного давления. Требуемые количества добавочного азота и кислорода и соответствующие количествавоздуха рассчитывали по формулам:− для случая сред с повышенным содержанием кислородаCВОЗД (100-СГ -СФ )(1-μ О2 )(1-μ О2ВОЗД )СО2 =100-СГ -СФ -СВОЗД ,,(2.3)(2.4)78− для случая сред с пониженным содержанием кислородаСN2 =(100-СГ -СФ )(1-μ O2μ O2ВОЗД),CВОЗД =100-CГ -СФ -СN2ДОБ .где(2.5)(2.6)CВОЗД – количество добавляемого в реакционный сосуд воздуха, %(об.);СО2 , СN2 – количества добавочного кислорода и азота соответственно, % (об.);C Г , С Ф – количества горючего и флегматизатора в смеси, %(об.); μ О2 , μО2ВОЗД –мольные доли кислорода в исследуемой азотокислородной окислительной среде(0,15; 0,206 или 0,25 соответственно) и в воздухе (0,206).Состав смесей, для которых определяли характеристики горения, находилиследующим образом (рисунок 2.2).
При заданной концентрации флегматизатораCd соответствующую величину содержания горючего (водорода или метана) Cfнаходили по формуле:Cf 100 Cd,1001CO(2.7)2где CO – концентрация кислорода в воздухе, равная 20,6 %(об); β – стехиомет2рический коэффициент кислорода в реакции сгорания горючего компонентадо СO2 и H2O, считая флегматизатор инертным веществом (β = nC + nH/4).Установлено, что для формирования равномерной газовой среды достаточно подать компоненты в реакционный сосуд и выдержать приготовленную смесьв течение не менее 5 мин.Для формирования сферического фронта пламени источник зажиганияустановлен в центре сосуда.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
