Диссертация (1172924), страница 4
Текст из файла (страница 4)
Наблюдаемый эффект объяснен участием CF3I в горении с дополнительным тепловыделением.Определена концентрационная область распространения пламени в смесяхвида CH4 – CF3I – воздух. В зависимости верхнего концентрационного пределараспространения пламени (ВКПР) от содержания CF3I в смеси наблюдаетсямаксимум при концентрации [CF3I] = 18% (об.), при этом концентрация CH4на пределе составляет [CH4] = 33 %(об.). Получено, что CF3I горит в воздухе,причем его нижний и верхний концентрационные пределы распространенияпламени составляют соответственно: СНКПР = 33,5 %(об.), СВКПР = 61,5 %(об.).Максимальное давление взрыва (ΔPmax) и максимальную скорость нарастания давления взрыва ((dP/dt)max)для смесей CF3I – CH4 – воздух определяли всосуде объемом 0,325 л (диаметр d = 48 мм).
Зажигание производили нарасстоянии 30-35 мм от нижнего торца.Получено, что при концентрациях CF3I менее 2 %(об.) (dP/dt)max резкопадает, а при концентрациях CF3I более 2 %(об.) (dP/dt)max растет, достигаямаксимума при [CF3I] = 17 %(об.). Рост (dP/dt)max вызван, по-видимому,выгоранием CF3I в избыточном по сравнению с метаном кислороде. При 17 %(об.)CF3I происходит, вероятно, достижение стехиометрического соотношения междуCH4, CF3I и O2.Предложено объяснение полученных эффектов на основе участия CF3I в дополнительном тепловыделении.
Представлен ряд реакций, из которого следует,19что CF3I может выступать в качестве горючего при избытке кислорода, а такжев качестве окислителя при недостатке кислорода. Для точки флегматизации пригорении CH4 в воздухе c помощью состава N2 – CF3I ([CH4] = 4,1 %(об.)) теплотасгорания с учетом предложенных реакций оказывается в 2 раза выше по сравнению со случаем рассмотрения CF3I в качестве химически инертного компонента.В работе [17] рассмотрено влияние размеров и формы реакционных сосудовна концентрационные пределы распространения пламени (КПР) в метановоздушной и пропановоздушной смеси. Тем самым решается вопрос о том, какой формыи размеров должен быть реакционный сосуд, чтобы моделировать распространение пламени по парогазовой смеси в свободном пространстве.
КПР зачастуюзависят от размеров и формы реакционного сосуда и мощности источниказажигания. Ранее, в ряде работ установлено, что электрическая искра и пережигаемая проволочка дают надежное зажигание околопредельных смесей.Были проведены опыты с сосудами различных диаметров и форм.Цилиндрические сосуды перед зажиганием соединялись с атмосферой в нижнейчасти.
Сферический сосуд имеет в верхней части пластиковый фланец, которыйпри горении в сосуде удаляется под действием продуктов горения. Все сосудыимелиуднищвольфрамовыеэлектродыдляинициированиягоренияэлектрической искрой.Смеси задавали непосредственно в реакционных сосудах по парциальнымдавлениям с перемешиванием вентилятором в течение 10 мин. Распространениепламени регистрировали видеокамерой и датчиками давления. В качествегорючих газов использовались метан и пропан.Оказалось, что максимальная концентрационная область распространенияпламени для цилиндрических сосудов реализуется при d = 5 см и высоте hдо 40 см как для CH4, так и для C3H8.
Причем чем больше диаметр, тем ужеконцентрационная область распространения пламени. Максимальная разницабыла зафиксирована для ВКПР метана и составила 2 %(об.). Для цилиндрас d = 5 см и h = 150 см была получена наименьшая концентрационная областьраспространения пламени.20Авторы [17] сделали вывод, что размеры сосуда (d = 45 см и h = 100 см)являются оптимальными для моделирования распространения пламени в большомобъеме, так как ни стенки, ни потолок не оказывает существенного влиянияна концентрационные пределы распространения пламени.
За пределами концентраций (CH4) 5,0 и 15,8 %(об.) очаг пламени, образующийся при зажигании, неспособен распространяться до верха и гаснет. Перед гашением размер пламенисоставляет порядка 10 см, а высота его подъема над точкой зажигания 20 см. Приэтом повышение давления в реакционном сосуде ΔP ≈ 0,01P0.
Если концентрацияCH4 и C3H8 слегка ниже верхнего концентрационного предела или выше нижнегоконцентрационного предела (примерно на 0,1 %(об.)), то в этом случае ΔP> 0,7 P0.В сферическом сосуде объемом V = 12 л КПР получили практически те же,что и в сосуде с d = 45 см и h = 100 см.Практическаярекомендациядляразмеровцилиндрическогососудадля определения КПР: d > 30 см и h > 60 см.В работе [18] экспериментально и аналитически изучены химическое и теплофизическое действия ингибиторов на горение газовоздушных смесей.Дляопределениянормальнойскоростигорения(Su)использовалисферическую камеру объемом 10 л с центральным зажиганием электрическойискрой. После составления смеси в предварительно отвакуумированномреакционном сосуде смесь зажигали искрой с энергией 0,1 Дж и регистрировалиизменение давление датчиком ДД-10.
Эксперименты проводили при начальнойтемпературе T = 20 °C и начальном давлении 0,3 МПа. Нормальную скоростьопределяли по начальному участку кривой «давление-время». Изучали влияниедобавок на Su водородовоздушных смесей. Введены переменные безразмерногодавления π = p/pi и времени τ = tSu/a, где a – радиус сферы. Обработка результатовпроводилась для значений π = 1-1,2.
В расчетах нормальная скорость горенияопределялась как Su = Su0πε(здесь: Su0 – нормальная скорость горения при начальной температуре и давлении; ε = m + n − m/γ – обобщенный термокинетическийпоказатель; m, n – температурный и барический показатели нормальной скоростигорения; γ – показатель адиабаты несгоревшей смеси).21Концентрационные пределы распространения пламени определяли такжев сферической камере объемом 2 л. Смеси готовили в отвакуумированной камерепо парциальным давлениям. Инициирование горение производилось в центресосуда электрической искрой с энергией 1 Дж. Распространение пламенирегистрировали датчиком давления. Эксперименты проводили при комнатнойтемпературе и атмосферном давлении.Нормальную скорость горения определяли для смесей H2 – C3H8 – воздух, аКПР – для смесей вида H2 – воздух – добавка (N2, C2H5OH, C2H5Br, диэтиламин,диэтиловый эфир).Получено, что при концентрациях H2 в смеси (H2 – C3H8 – воздух) – 30, 40,50, 60 %(об.), соответственно, и концентрации C3H8 до 3 %(об.), наблюдаетсяпрактически линейный спад безразмерного максимального давления взрыва(Pe/Pi) в зависимости от концентрации C3H8.
При более высоких концентрацияхC3H8 линейность нарушается. Нарушение линейности выражается в быстромпадении Pe/Pi, обусловленном низкими Su и, вследствие этого, высокимитеплопотерями.В связи с нарушением линейности в зависимости Pe/Pi от концентрацииC3H8 данные для нормальной скорости горения представлены для линейныхучастков зависимости Pe/Pi = f ([C3H8]). Получено, что при концентрациях H2 –20, 30, 40, 50, 60 %(об.) наблюдается монотонный спад Su в зависимости от концентрации C3H8. Поведение Su авторы объясняют ингибирующим действиемпропана.Получены зависимости ВКПР от концентрации различных добавок (Синг).Зависимость ВКПР от концентрации N2 имеет линейный характер. Для остальныхдобавок (C2H5OH, C2H5O, (C2H5)2NH) наблюдается резкий спад ВКПР в зависимости от их концентрации.
При концентрации ингибитора менее 1 %(об.) проявляется ингибирующее действие, далее зависимость ВКПР от Синг практическилинейна. Авторы считают, что нелинейная часть кривой связана с химическимвлиянием, а линейная – с теплофизическим. Предложена зависимость ВКПР (π)от концентрации добавки Д: π(Д) = π0[1 + αД − Δ(1 − exp(−Д/Д0))] (здесь: член22π0αД описывает теплофизическое влияние, а член π0Δ(1−exp(−Д/Д0) – химическоевоздействие).
Путем обобщения опубликованных экспериментальных данных поВКПР смесей водород – воздух – ингибитор были получены значения Δ, Д0, π0αдля различных ингибиторов. Найдено, что параметр Δ, который характеризуетхимическое воздействие, максимален для этилена.Авторы предлагают путь создания эффективного флегматизатора в видедвухкомпонентной смеси, где один из компонентов имеет большое Δ и малое Д,а второй имеет высокое значение α.В работе [19] экспериментально определена минимальнаяэнергиязажигания различных галоидуглеводородов (C2F4H2, CF2HCl, C2F5H) в смесис воздухом при повышенных давлениях.
Опыты проводили в сферическом сосудеиз нержавеющей стали объемом 10 л. Зажигание осуществляли с помощьютаблетки из пиротехнического состава с удельной энергией 2,3 ± 0,2 кДж/г. Путемэкстраполяции зависимости полученных результатов по минимальным энергиямзажигания (Emin) смесей фторированных углеводородов с воздухом от давленияна атмосферное давление были получены следующие значения Emin : 6,8 кДждля смеси C2F4H2 – воздух; 1,6 кДж – для смеси CF2ClH – воздух; 60 кДждля смеси C2F5H – воздух.В работе [20] получен ряд интересных экспериментальных данных по горению органических веществ в окислительных средах на основе окислов азота (N2O,NO). Найдено, что НКПР циклопропана (C3H6) в закиси азота (N2O) составляетоколо 1,3 %(об.), в то время как эта же величина для случая горения в воздухенаходится вблизи 2,3 %(об.).
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
