Диссертация (1172924), страница 20
Текст из файла (страница 20)
Наблюдаемая зависимость ΔPmax от содержанияфлегматизатора вызвана, на наш взгляд, конкуренцией двух процессов. С однойстороны, это участие фторированных углеводородов в реакциях с исходнымгорючим. Соответствующие брутто-реакции приведены выше в разделе 4.1(реакции (IV) – (VI)) [34].120Рисунок 4.9 – Зависимость максимального давления взрываоколостехиометрических водородсодержащих смесей (ΔPmax)от содержания флегматизатора (Cd) при концентрациикислорода в окислительной среде 25 %(об.)Рисунок 4.10 – Зависимость максимального давления взрываоколостехиометрических водородсодержащих смесей (ΔPmax)от относительного содержания флегматизатора (Crel)при концентрации кислорода в окислительной среде 25 %(об.)121Рисунок 4.11 – Зависимость максимального давления взрываоколостехиометрических водородсодержащих смесей (ΔPmax)от содержания флегматизатора (Cd) при концентрациикислорода в окислительной среде 15 %(об.)Рисунок 4.12 – Зависимость максимального давления взрываоколостехиометрических водородсодержащих смесей (ΔPmax)от относительного содержания флегматизатора (Crel)при концентрации кислорода в окислительной среде 15 % (об.)122С другой стороны, имеют место реакции обрыва реакционных цепейпри взаимодействии радикалов H, OH и O с фторированными углеводородамии продуктами их превращения во фронте пламени.
Один из возможныхмеханизмов этого процесса для CHF3 приведен выше в разделе 4.1 [156].Для C2HF5 и C4F10 этот механизм, безусловно, гораздо сложнее, однакоможно сделать вывод о том, что чем больше молекула фторированного углеводорода, тем сильнее его химическое воздействие на пламя, как это было упомянутов предыдущем разделе работы для случая горения в воздухе. Это отмечено ранеев работе [157], в которой выявлен ряд важных особенностей ингибированиягорения фторированными углеводородами, которые приведен выше в разделе 4.1.Указанными особенностями и определяется заметно более высокаяингибирующая эффективность C2HF5 и C4F10 по сравнению с CHF3, для котороговплоть до концентрации флегматизатора Crel ≈ 0,4 преобладает промотирование.При этом существенных отличий от поведения ΔPmax в зависимости от Cdдля концентраций кислорода 15 и 25 %(об.) не наблюдается.На рисунках 4.13, 4.14 приведены зависимости максимальной скоростинарастания давления взрыва (dP/dt)max от содержания фторированных углеводородов Cd.
Как и в случае горения метансодержащих смесей, происходитмонотонное снижение (dP/dt)max с ростом Cd. Качественно аналогичная картинанаблюдается для зависимости нормальной скорости горения Su от концентрациифлегматизатора Cd (см. рисунки 4.15, 4.16). При этом наиболее эффективнымфлегматизатором, как и в случае горения метансодержащих смесей, является C4F10,что обусловлено отмеченными выше особенностями ингибирования горенияпосредством фторированных углеводородов. Ингибирование реализуется в процессах, аналогичных приведенным выше для флегматизации посредством CHF3.Таким образом, в настоящем разделе работы проведено экспериментальноеисследование влияния фторированных углеводородов (трифторметан (CHF3),пентафторэтан (C2HF5), перфторбутан (C4F10)) на характеристики горения околостехиометрических смесей водорода в окислительных средах, представляющихсобой смеси азота и кислорода с содержанием O2 15 и 25 %(об.).123Рисунок 4.13 – Зависимость максимальной скорости нарастания давления взрыва((dP/dt)max) околостехиометрических водородсодержащих смесейот содержания флегматизатора (Cd) при концентрациикислорода в окислительной среде 25 %(об.)Рисунок 4.14 – Зависимость максимальной скорости нарастания давления взрыва((dP/dt)max) околостехиометрических водородсодержащих смесейот содержания флегматизатора (Cd) при концентрациикислорода в окислительной среде 15 %(об.)124Рисунок 4.15 – Зависимость нормальной скорости горенияоколостехиометрических водородсодержащих смесей (Su)от содержания флегматизатора (Cd) при концентрациикислорода в окислительной среде 25 %(об.)Рисунок 4.16 – Зависимость нормальной скорости горенияоколостехиометрических водородсодержащих смесей (Su)от содержания флегматизатора (Cd) при концентрациикислорода в окислительной среде 15 %(об.)125Определены зависимости максимального давления взрыва, максимальнойскорости нарастания давления взрыва и нормальной скорости горенияотсодержания фторированных флегматизаторов Cd.
Показано, что в диапазонеотносительной концентрации трифторметана Crel от 0 до 0,4 максимальноедавление взрыва относительно слабо зависит от содержания флегматизатора.В тоже время максимальное давление взрыва в случае C2HF5 и C4F10 падаетс ростом Crel. Максимальная скорость нарастания давления взрыва (dP/dt)maxи нормальная скорость горения Suмонотонно уменьшаются с увеличениемсодержания каждого из изученных флегматизаторов.
При этом наибольшейэффективностью обладает перфторбутан (C4F10).4.3 Определение характеристик горения околостехиометрических смесейвида CH4 – (O2 + N2) – фторированный углеводород в замкнутом сосудеДля достижения цели широкого использования фторированных углеводородов, безопасных с точки зрения разрушения озонового слоя земной атмосферы,для пожаротушения и взрывопредупреждения выполнен ряд исследований,посвященных как определению характеристик горения, так и кинетике процессовгорения с участием фторированных углеводородов [14, 25, 26, 28, 31, 34, 35, 43,44, 143, 150, 151, 153, 154, 158-160].
Концентрационные пределы распространенияпламени в смесях горючий газ – окислительная среда – фторированный ингибиторопределены в работах [14, 25, 26, 34, 35], причем исследования [25, 26, 34, 35]проводились не только для окислительной среды, представляющей собой воздух,но и для смесей азота и кислорода с повышенным и пониженным содержаниемкислорода. В работах [43, 44, 161] в качестве окислительной среды использовализакись азота (N2O). Другие параметры горения газовых смесей с наличиемфторированных углеводородов в замкнутом сосуде (максимальное давлениевзрыва, максимальная скорость нарастания давления взрыва, нормальная скоростьгорения) определялись в работах [25, 28, 31, 34, 35]. Однако все указанные работы126касались газовых смесей около предельного состава.
Что касается околостехиометрических смесей, то в этой области публикаций значительно меньше. Так,в работах [153, 154] изучено влияние фторированных углеводородов на быстроедефлаграционное горение газовых смесей в трубах. Отмечено, что, как и в работах[14, 25, 26, 28, 31, 34, 35, 43, 44, 143, 150, 151, 153, 154, 158], фторированныеуглеводороды могут как промотировать, так и ингибировать горение газовыхсмесей. В разделе 4.1 настоящей работы экспериментально изучено влияниефторированных углеводородов на характеристики горения околостехиометрическихводородовоздушных и метановоздушных смесей в замкнутом сосуде, и такжебыла отмечена двойственная роль фторированных агентов как промотерови ингибиторов горения.Из указанного выше следует вывод, что влияние фторированных углеводородов на горение околостехиометрических смесей метана, в которых окислительная среда имеет отличное от воздуха (повышенное или пониженное) содержание кислорода, в литературе не описано.
В связи с этим настоящий разделработы посвящен экспериментальному исследованию влияния фторированныхуглеводородов на горение метана в окислительных средах, представляющихсобой смесь азота и кислорода содержащих 15 и 25 %(об.) O2. Поскольку метанявляется типичным предельным углеводородом, результаты настоящего исследования могут быть в той или иной степени перенесены и на другие предельныеуглеводороды.Опыты также проводили на установке «Вариант» при комнатной температуреи атмосферном давлении. Определяли максимальное давление взрыва, максимальнуюскорость нарастания давления взрыва и нормальную скорость горения. Нарисунках 4.17 – 4.20 представлены зависимости максимального давления взрыва(ΔPmax) от содержания флегматизатора для околостехиометрических метановоздушных смесей. Для удобства анализа данные приведены как для случая, когдапо оси абсцисс отложена абсолютная концентрация флегматизатора (Cd) (см.рисунки 4.17, 4.19), так и для случая, когда по оси абсцисс отложена величина Crel,представляющая собой отношение величины Cd к содержанию фторированногоуглеводорода в точке флегматизации, которое ранее было определено в работе [34].127Рисунок 4.17 –Зависимость максимального давления взрываоколостехиометрических смесей СН4 – воздух (ΔPmax) от содержанияфлегматизатора (Cd) для различных фторированных углеводородовпри концентрации кислорода в окислительной среде 25 %(об.)Рисунок 4.18 – Зависимость максимального давления взрываоколостехиометрических смесей СН4 – воздух (ΔPmax) от относительногосодержания флегматизатора (Crel) для различных фторированных углеводородовпри концентрации кислорода в окислительной среде 25 %(об.)128Рисунок 4.19 – Зависимость максимального давления взрываоколостехиометрических смесей СН4 – воздух (ΔPmax) от относительногосодержания флегматизатора (Cd) для различных фторированных углеводородовпри концентрации кислорода в окислительной среде 15 %(об.)Рисунок 4.20 – Зависимость максимального давления взрываоколостехиометрических смесей СН4 – воздух (ΔPmax) от относительногосодержания флегматизатора (Crel) для различных фторированных углеводородовпри концентрации кислорода в окислительной среде 15 %(об.)129Из зависимостей, представленных на рисунках 4.17, 4.18 видно, что дляконцентрации O2 в окислительной среде, равной 25 %(об.), и при относительнонебольших содержаниях фторированных углеводородов (Crel в пределахот 0 до 0,2 – 0,4 в зависимости от вида флегматизатора) происходит небольшоеповышение ΔPmax с дальнейшим его снижением при приближении к флегматизирующим концентрациям.
При содержании кислорода в окислительной среде15 %(об.) максимумы в зависимости ΔPmax от содержания флегматизаторане наблюдаются.На рисунках 4.21, 4.22 приведены зависимости максимальной скоростинарастаниядавлениявзрыва((dP/dt)max)отсодержанияфторированныхуглеводородов.Рисунок 4.21 – Зависимость максимальной скорости нарастания давления взрываоколостехиометрических смесей СН4 – воздух ((dP/dt)max) от содержанияфлегматизатора (Cd) для различных фторированных углеводородовпри концентрации кислорода в окислительной среде 25 %(об.)В отличие от случая с максимальным давлением взрыва максимумыв зависимостях (dP/dt)max от Cd не наблюдаются, и происходит монотонноепадение максимальной скорости нарастания давления взрыва с ростомконцентрации флегматизатора.130Рисунок 4.22 – Зависимость максимальной скорости нарастания давления взрываоколостехиометрических смесей СН4 – воздух ((dP/dt)max) от содержанияфлегматизатора Cd для различных фторированных углеводородовпри концентрации кислорода в окислительной среде 15 %(об.)Качественно аналогичная картина наблюдается и для зависимостинормальной скорости горения Su от содержания фторированного углеводорода Cd(см.
рисунки 4.23, 4.24).Рисунок 4.23 – Зависимость нормальной скорости горенияоколостехиометрических смесей СН4 – воздух (Su) от содержанияфлегматизатора (Cd) для различных фторированных углеводородовпри концентрации кислорода в окислительной среде 25 %(об.)131Рисунок 4.24 – Зависимость нормальной скорости горенияоколостехиометрических смесей СН4 – воздух (Su) от содержанияфлегматизатора (Cd) для различных фторированных углеводородовпри концентрации кислорода в окислительной среде 15 %(об.)При этом наиболее эффективным флегматизатором является C4F10.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
