1598005881-4f87b42cfc9e80ed51b9133d1cb84af4 (811238), страница 6
Текст из файла (страница 6)
Отклонение вправо вызовет прогрессивный рост температуры. Однако без воздействия внешних Факторов (подвода тепла) смесь, имевшая вначале температуру Тш , не может цостигнуть точки И , так как зты состояния разделяют область с дефицитом тепла: прихоц тепла з ней меньше теплоотвоца. Следовательно, с точки зрения анализа пнчсзосолеменен<п< точка В интереса не представляет.
Прьмая Ъ нс имеет ' чек,обших с кривой теплоприхода, и расположена шые ес. Следовательно, если сыесь имела начальную тоьч:ературу Тю , она воспламенится, так как подвод тепла за счет химических реакциИ нри этих условиях всегда больше потерь тепла в стенку. Наибольший интерес представляет начальная температура Тм, ибо она является границей области, где воспламьнеыие происходит. Прямая 2 соприкасается с кривой теплоподвоца в одной точке, что и делает температуру Тль граничной. Ничтожное падение температуры ниже Тлэ — и самовосплзмене~пн не возникает.
При Т, з Тм самовоспламенение наблюдается. Следовательно, Тль может быть названа температурой самовоспламенения, т.е. той температурой системы, начиная с которой происходит самовоспламенение. Условия воспламенения при постоянной начальной температуре зависят и от давления. Концентрация реагируацих веществ, пропорциональная давлению, определяет скорость химических реакций. Слебэ довательно, кривые под- Т вода тепла за счет хими- (Ц ческих реакций располагаются по-разному в зависимости от Р, (фиг.1!.2).
Прн больших давлениях кривая подвода тепла ирой. дет выше линии теплопотерь через стенки,что га- Т, Т Т рантирует самовоспламенение. Прк малых цавлеФиг.Н.2. Условия теплового самовоспламенения при рвали~а!ых виях, наоборот, кривая давлениях теплоприхоца оказывается ниже прямой отвода тепла, и самовоспламенение становится невозможнымгйромежуточной области соответствует давление, являюлееся граничным для самовоспламенения. Следует оговориться; что при изменении давления не остается постоянным и теплоотвод за счет изменения коэр~ициентя теплоотдачи. Однако зависимость скорости химических реакций от давления остается опрелслн>и~ей. Критические условия еоспломснепня заев лт также и от условий теплообмена. Изменение произведения ы Г приводит к изменению отвода тепла в стенки. Так, например, увеличивая поверхность сосупа с реагируоэей смесью прн неизменном ее объеме, можно перевести смесь в область, гпе самовоспламенения нет.
Характерна роль размера системы. При увеличении размеров сосупа смесь, не склонную к самовоспламенению,можно привести к взрыву. Уменьшение размеров, наоборот, подавляет самовоспламенение. Причина этого кроется в различии зависимостей подзола и отвода тепла от размеров. Количество тепла от химических реакций при прочих равных условнпх пропорционально объему Ъ . Отвод тепла происходит по поверхности сосупа и, г слепоеательно, пропорционален поверхности Качественный анализ показывает, что температура самовоспламенения запанной горючей смеси зависит и от давления,п от условий теплоотпачи. Следовательно, она не является Тпзикохимической константой. Эта величина представляет большой интерес как для решения вопросов горения, так и пля техники безопасности.
При использовании этой величины всегда следует иметь в виду ее неоднозначность. Необходимо подчеркнуть также, что при самовоспламенении не происходит какого-то скачкообразного изменения скорости химических реакций.Температура самовоспламенения свппетельствует о таких условиях в системе, когла происходит накопление тепла и тепловой саморазгон химических реакций. 5 2. Предвзрыеной разогрев и границы самовоспламенения Некоторые приближенные количественные соотношения для воспламенения могут быть установлены из условия касания кригой тсплоприхола и прямой отвода тепла ($игЛ.З): ~и, а.
и~ И З ~Фф.) ~ ~ "Ж). Подставив соответствупцие велвчины и выполнив дн~Ференчирование, получки: Ф Н~ ~ 4; Е '" — се ~ Т, - т.1: 4 Н.~КЕ "" — ' — Е . Поделкв первое уравнение ые второе, находим: — -Т, Т, ет,з или Е Е Т вЂ” — Т+ — Т -О е д 1 д 0 Решение етого уравнения: Е Ел Е Т,= — ' — — — Т, Т Т Ей 4йл и.
/ Фиг.П.З. Условия тепло- Знак "+" дает решение,не кмевого воспламенения юнее Еизического смысла, следовательно, соответствующий корень уравнения отпадает , и остается 7- — — — (~ — — 1 > и Е 4д Йй Ед Е Величина — Т, много меньше елиницы, что дозволяет 4д разлолить выраиение в скобках по биному Ньютона и отбросить члеыы, начиная с третьего: Е Е; ДД ЕД Т- — — — (1- — То — — Те + "3 .
Ей йд' Е Ед 40 ПТо' Отсюда ~ .= Те+в П7 =-т, -т'- —,-'- (П. 5) Это к есть предвзрывной разогрев. Для обычных углеводородных горючих величина его приближенно может быть оценена так: Е Е =5ООООло./"., -2,/ )О Д к/- ', К-скал/молеград -8,)тЯж/мольгрпд, 7 =7ООК, Т-То — — —:э 20И . Р.
7ОО 50 ООО Е е Е Е лТ Я дТ ЙТ Й!Та~дТ) ЙТ /~+ -~— ) ЙТр( Те 1 ЙТ ЙТ /Е Те 41 Даже с учетом некоторогс разброса значеннй энергии активации н температуры самовоспламенения ыредвзрывной разогрев не превышает десятков грзлусов, что составляет малую долю всего подъема температуры. Прн таком незначительном изменении температуры (около одного процента от всего изменения температуры при горении) будет незначнтельным, в соответствии с предыдущим (гл.1), и изменение концентраций исходных вешеств, что пает право пренебречь им.
После повышения температуры на эту величину происходит дальнейший рост температуры эа счет все возрастаицей разности межцу теплоприходом и теплоотводом. Бнешнве признаки воспламенения появятся пры температуре гораздо большей, чем Т, , однако эта те..пература - перевал, после которого лавина реакции нарастает. Ниже буцвт показано, что на предвэрывной разогрев эатрачвваетоя большая часть всего периода реагирования. Оценнм вэмененле скорости химнческих реакций при пред- взрывном разогреве. Для этого преобразуем показатель экспоненты в выражения для скорости реакции: Разумеется, зти преобразования будут спр ее плиев линь при сТ с< Т., т.е. в окрестностях точки Та, збан н начельной температуры.
Тогда Е Е ать ат аъ зт,х е -е .е На границе самовоспламенения повыиение температуры при предвзрзвном разогреве кт,х ат- — ' й 0х. 7) т.е. при повышении температуры реагирующей смеси на аТ скорость реакции возрастет в и раз. Этот температурный интервал называют обычно характеристическим. Воспользуемся полученным значением 7т, чтобы ксклшчить его из уравнения баланса тепла: Е В(Ъ+ ~~™~) Т Е НЕЕ Е - СГ— Я~ей+ ~Е) йт,л Величина — много меньше единицы, и ею мокло пренебречь а та Тогда: Е дт,з Ни ~К, Р ' — ос Г Е ' В козКыциент К, входят концентрации вешеств, пропорциональные давлениям.
В соответствия с этим мозно записать: м~м~Р Ы Здесь 1 - порядок реакции. ЛогариФмируя, получим: Е Еа НичлхЕ 7~4 ат е( щ И!. и) В ~астности, лля бимолекулярной реакции при ~) - 2 Й вЂ” - — т соязЕ. Е те Едге (П.В) Эти соотношения носят название йормул Н.Н.Семенова.бни устанавливают связь между давлением и температурой на границе са мовоспламенения. В соответствии с ними должна существовать линейная связь между Еь — и Р т.
л т> Соотношение Н. Н . Семенова для заданной смеси позволяет рассчитать границы области восплеменения в координатах Р Т (фиг.П.4). В случае постоянного давления соотношение (П.!)) позволяет построить зависимость температуры воспламенения от концентрации смеси (горючего) на границах области самовоспламенения (4иг.й.с). Ойа ель При постоянной заданной тем- самулюмллюфнцл пературе соотношение (П.П) дает область самовоспламенения в зависимости от концентраций горючего и давления (Фиг.й.б).
При заданном давлении к воспламенению способ 'зиг'П'4' Область вес!ппо!~!и' ния йо давлению и темны лишь смеси, которые лежат паратуре в некоторых границах ( Я~ — Лл). носящих название концентрационных прецелов самовоспламенения. Эти пределы являются пункциями давления и,согласно теории теплового взрыва, при неограниченном повышении давления стремятся к 0 и 100",' соот стственно.
Грайаческие даыные свидетельствуют такие о том, что при затып)пых условиях теплоотвода существует такое минимальное давление, прн котором смесь лМого состава не может ссмозоспламепиться. 43 Подобного рода рассчитанные области, как правило, наблюдаются и в действительности, хотя далеко не всегда количестенно результаты эксперимента совпадают с теоретическими.Леле Рем и, йл гй Фиг.И.В. Область воспламенеыия ФигЛ.6.Область воспламенения по коыцентрацням и тем- * по давлениям и кон- пературем центвациям в том, что в изложенной теории был спелан ряд серьезных допущений. Одним иэ них является допущение о постоянстве температуры во всем реагирующем объеме, что, вообще говоря, в принципе противоречит явлению теплопередачи.
учет же лействительной картины значительно усложняет решение, хотя и возможен. Более точные решения с учетом этого обстоятельства были получены Л.АЛранк-йеменецким. Второе препположение — о стационарности условий теплообмена, в соответстзкн с которым левая часть уравнения И.1) опускалась. В следумлем параграфе привопится решение с учетом левой части.
5 Э. Элементарыая теория теплового самовоспламенения уравнение теплового баланса (П.1) позволяет проечелизировать течение процесса самовоспламенения во времени. Подставив в Й.1) виражение для величин прихода тепла, отвода его и затрат на нагрев самой смеси, получим: 44 еьи Е ПТ йй Е лт 'ьР;Т с и Л Е ис Приведем уравнение к безразметв1ому виду, Плл етого ат, масш габ температур $ Безразмерный прирост температур обозначим через 9 7-7, ат,г Е фт Ь пир1еренциазьной Форме И = зтч 6 йя начального участка роста температур евельм 7-7, е 7 .е Повелим исследуемое уравнение на †-'- и произведем замены ь Е соответствии с прещщущим: 6 фй ы„е ~ -й-..
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
