Теория горения и взрывов. Кинетическая реакция горения. Лекция 5

Учебные вопросы
Пределы воспламенения горючей смеси
Методы расчета температурных пределов воспламенения
Распределение энергии при взрыве
Тема: Кинетическая реакция горения

Учебная литература:
Зинченко А.В. Теория горения и взрыва, 2016. URL:
http:// elib.spbstu.ru/dl/2/s16-138.pdf

Пределы воспламенения горючей смеси

Взрывоопасность горючей смеси возникает тогда, когда количество газов или паров в воздухе составляет определенные величины (не больше и не меньше). Эти величины определяют концентрационные пределы воспламенения.
Пределы воспламенения - это предельные концентрации горючего вещества в воздухе или другой окислительной среде, при которых еще возможно распространение пламени по всей горючей смеси от источника зажигания.

Концентрационные пределы воспламенения обозначаются КПВ.
Концентрационные пределы воспламенения называют также пределами взрываемости.
Различают нижний (НКПВ) и верхний (ВКПВ) пределы, характеризуемые соотношением минимального и максимального содержания горючего вещества в смеси.

Верхний концентрационный предел воспламенения (ВКПВ) - это наибольшая концентрация горючих паров, газов или пыли в смеси с воздухом, при которой смесь еще способна воспламеняться от источника зажигания с распространением пламени на весь ее объем.
Верхний концентрационный предел воспламенения характеризуется избытком горючего и малым количеством воздуха. При воспламенении такой газовоздушной смеси часть тепла химической реакции расходуется на нагрев не участвующего в реакции горючего, поэтому продукты горения нагреваются не до максимальной температуры, при этом давление может составлять 3-4 кг/см2, что грозит опасностью взрыва.
Смесь воздуха с горючим газом, паром или пылью на нижнем концентрационном пределе воспламенения содержит избыток воздуха, а при верхнем концентрационном пределе - недостаток воздуха.

Интервал концентраций газов или паров в воздухе между нижним и верхним концентрационными пределами воспламенения называется областью воспламенения.
Область воспламенения газов (паров) в воздухе определяется при атмосферном давлении 760 мм рт. ст. (0, 1 М Па) и характеризуется тем, что внутри нее все смеси горючего с воздухом способны воспламеняться от внешнего источника зажигания с последующим распространением горения на весь объем смеси.
Область воспламенения обозначается Φ. Для области воспламенения справедливо выражение:
НКПВ ≤Φ≤ВКПВ.

Концентрационные пределы воспламенения зависят от следующих факторов:
• температуры смеси (повышение температуры расширяет диапазон взрываемости за счёт увеличения энергии активации);
• давления смеси (обычно повышение давления не сказывается на НКПР, но ВКПР может сильно возрастать);
• объема и диаметра сосуда, негорючие добавки — флегматизаторы.
Значения НКПР и ВКПР по горючим газам и парам приведены в ГОСТ 51330.19-99 (МЭК 60079-20-96).

Начальная температура горючей смеси влияет на пределы воспламенения. С повышением температуры увеличивается скорость химической реакции, и область воспламенения расширяется. Наиболее сильное влияние оказывает температура на верхний концентрационный предел воспламенения (ВКПВ).
С повышением начальной температуры горючей смеси увеличивается скорость горения при предельных концентрациях этих смесей.
Смеси, сильно разбавленные горючим или воздухом и неспособные гореть при низких температурах, напротив, становятся горючими при высоких температурах.
Концентрационные пределы воспламенения , %
Температура смеси

2.Методы расчета температурных пределов воспламенения

Темnературные nределы могут быть рассчитаны. Расчетный метод заключается в следующем . Первоначально вычисляют давление Р н

Методы определения горючести

3. Распределение энергии при взрыве

Распределение энергии при взрыве
Энергия волны
Остаточная энергия в атмосфере («потерянная энергия»)
Кинетическая и тепловая энергии осколков оболочки
Кинетическая энергия источника
Тепловая (потенциальная) энергия источника
Излучение
It 2 — тепловая и кинетическая энергии источника; 3—4 — тепловая и кинетическая энергии осколков оболочки; 5 — остаточная энергия среды; 6 и 7 — тепловая и кинетическая энергии собственно волны; 8 — энергия излучения; 9 — энергия волны в зоне слабого взрыва.