Меню
Главная
Авторизация/Регистрация
 
Главная arrow Техника arrow Авиационная экология. Воздействие авиационных горюче-смазочных материалов на окружающую среду

Концентрационные н температурные пределы распространения пламени

Концентрационными пределами распространения пламени (КПРП) в горючей смеси называют предельные минимальные и максимальные концентрации топлива в смеси, при которых еще возможно распространение пламени (нижний и верхний пределы, соответственно). Они зависят от химической активности топлива, концентрации окислителя и инертных примесей, теплопроводности и теплоемкости смеси, температуры и давления. КПРП для суспензионных топлив, исходя из их фи-зико- химических свойств, определяются дисперсионной средой. Определение КПРП по однородным горючим смесям проводится по ГОСТ 12.1.044-89: по п.4.11 экспериментально и по н.'4.12 - расчетным путем.

По ГОСТ 12.1.044-84, концентрационные пределы распространения пламени определяются как

(1.12)

где Си(в) - нижний (верхний) КПРП, % (об.); /7 - стехиометрический коэффициент (число молей кислорода па моль топлива); а и Ь - универсальные константы, их значения приведены ниже:

Константы

а

Ъ

Для нижнего предела

Для верхнего предела: при р < 7.5

при р > 7.5

  • 8,684
  • 1,550
  • 0,768
  • 4,679
  • 0,560
  • 6,554

Для топлив СпНт

(1.13)

/7 = п + т / 4 .

Погрешность расчета: для нижнего предела 0,12; для верхнего 0,40 при (3 < 7,5 и 0,12 при (3 > 7,5 . Данные по КПРП в зависимости от /? (% об.) приведены в табл. 1.6 (ГОСТ 12.1.044-84).

Таблица 1.6

Концентрационные пределы распространения пламени (нижний и верхний) паров и газов в воздухе

р

0,0

0,25

0,50

0,75

0

-

14,6-100

11,1-75

8,9-58

1

7,5-47

6,4-40

5,6-35

5,0-31

2

4,5-27

4,1-25

3,8-23

3,5-21

3

3,3-19,2

3,0-17,9

2,85-16,7

2,69-15,7

4

2,54-14,8

2,40-14,0

2,29-13,3

2,18-12,6

5

2,08-12,0

1,99-11,5

1,91-11,0

1,83-10,6

6

1,76-10,1

1,70-9,8

1,64-9,4

1,58-9,1

7

1,53-8,8

1,48-8,5

1,43-8,2

1,39-8,0

8

1,35-7,9

1,31-7,8

1,27-7,6

1,24-7,5

9

1,21-7,4

1,18-7,3

1,15-7,2

1,12-7,1

10

1,09-7,0

1,07-6,9

1,04-6,8

1,02-6,8

11

1,00-6,7

0,98-6,6

0,96-6,5

0,94-6,4

12

0,92-6,3

0,90-6,3

0,88-6,2

0,87-6,1

13

0,85-6,0

0,84-6,0

0,82-5,9

0,81-5,8

14

0,79-5,8

0,78-5,7

0,77-5,7

0,75-5,6

15

0,74-5,5

0,73-5,5

0,72-5,4

0,71-5,4

16

0,70-5,3

0,69-5,3

0,68-5,2

0,67-5,1

17

0,66-5,1

0,65-5,0

0,64-5,0

0,63-5,0

18

0,62-4,9

0,61-4,9

0,60-4,8

0,60-4,8

19

0,59-4,7

0,56-4,7

0,57-4,6

0,57-4,6

Известны и другие уравнения для вычисления КПРП, а именно:

И

  • 100
  • 4,76 * (К — 1) и-1 ’
  • (1.14)
  • 400
  • 4,76 N + 4 ’
  • (1.15)

где Сн и Св - в % (об.); N - количество атомов кислорода, необходимого для полного окисления топлива.

Для топлива СпНт

N = 2п + т/2. (1.16)

В [114] рекомендовано нижний КПРП определять как

_ 3,74 10

  • -0,829
  • (1.17)

<2н

где Сн - в % (об.); <2Н - низшая мольная теплота сгорания, кДж/кмоль.

Для углеводородных топлив ОДп при 3 < п < 10 погрешность расчета ±15%.

Если известны КПРП для отдельных компонентов топлива, то его нижний КПРП рекомендуется вычислять по уравнению:

  • 100
  • ?(С/С„),
  • (1.18)

где С и Сн - концентрации ьго компонента в смеси и на нижнем пределе, % (об.).

Для топлив СпНт в первом приближении а, = а, = 1,42. Пересчет С„ и Св в аи и ан производится:

/ т_

)

М о

МтЬй

(1.19)

где Си(ж) - концентрация топлива на нижнем (верхнем)

КПРП, % (об.); Мт и Мо - молекулярная масса топлива и окислителя; То - в кг окислителя/кг топлива; Ц,- мольный стехиометрический коэффициент, моль окислителя/моль топлива.

Пересчет нижнего КПРП для различных температур можно проводить по уравнению [62]:

(1.20)

где Т„ - температура (в К) продуктов сгорания смеси, в которой концентрация топлива при 293 К соответствует нижнему КПРП (в первом приближении Т„ для углеводородовоздушнон смеси равна 1600-1650К); С„ и С „ - концентрации топлива, соответствующие нижнему концентрационному пределу при температурах Т и 293 К, % (об.).

Уравнение (1.20) справедливо в широком диапазоне температур, однако его нельзя использовать при температурах, близких к температуре самовоспламенения.

Температура продуктов сгорания на нижнем КПРП может быть вычислена также по уравнению

а с

т =т

II с

п

(?0+1) С„,„ С

рт

стах

(1.21)

где Т„ в К; Тс -температура смеси до сгорания, К; Сстех - концентрация топлива в смеси стехиометрического состава, % (об.);

Срт - средняя изобарная теплоемкость продуктов сгорания при температуре Т,„ кДж/(кг °С).

КПРП практически не зависят от размеров цилиндрического реакционного сосуда, если его диаметр больше 50 мм, а для сферического - если объем превышает 2000 см3.

Для определения КПРП и оптимального состава углеводородовоздушной смеси могут быть использованы графики, приведенные на рис. 1.26 [114].

С» ,С* ,

10 20 30 40 60 60 70 I*

Рис. 1.26. Концентрационные пределы распространения пламени в углеводородовоздушных смесях (Св и Сн) и концентрация углеводорода в смесях стехиометрического состава (Сстех) в зависимости от мольного стехиометрического коэффициента Ьм при 1=20°С Р=0,101 МПа [114]:

• - парафиновые; * - олефиновые;

+ - нафтеновые; ? - ароматические

а

  • *
  • 2,0 ? 1,6
  • - 1,2

0,В

- 0,4 • 0

Горючие смеси паров топлива с воздухом в надтопливном пространстве могут образоваться только в определенном интервале температур. Минимальная температура, при которой в замкнутом объеме надтопливного пространства еще может образоваться горючая смесь, способная к стационарному горению при воспламенении от внешнего источника, называется нижним температурным пределом; она соответствует нижнему КПРП. Наивысшая температура, при которой смесь паров с воздухом в надтопливном пространстве еще сохраняет способность к стационарному горению, называется верхним температурным пределом; она соответствует верхнему КПРП.Экспериментальное определение температурных пределов образования взрывоопасных смесей производится по ГОСТ 12.1.044-89 (п.4.12), расчетное - по приложению этого же стандарта.

Температуру, при которой достигается нижний температурный предел образования взрывоопасной смеси при атмосферном давлении, принято отождествлять с температурой вспышки. При температуре вспышки сгорает только образовавшаяся паровоздушная смесь, но процесс горения не стабилизируется.

Расчет температурных пределов образования горючих смесей сводится к следующим операциям. Вначале при заданном общем давлении Р и известных значениях коэффициента избытка окислителя (воздуха), соответствующих нижнему и верхнему КПРП ии ав), по уравнению (1.22) определяют парциальные давления паров топлива Рт [62]:

(1.22)

Р

1 | 0,232 • о?0Мт * Го'-^о

где Р - общее давление, Па; Ьо - стехиометрический коэффициент, кг окислителя/кг топлива; а - коэффициент избытка окислителя; Мт - масса моля топлива, кг/кмоль; Мо - масса моля окислителя, для воздуха Мо = 28,966 кг/кмоль; у/0 - концентрация кислорода в окислителе по массе.

Значение Мт для авиационных топлив рекомендуется [119] принимать по графику рис. 1.27.

Зависимость молекулярной массы паров топлива от температуры 10%-го выкипания [119]

Рис. 1.27. Зависимость молекулярной массы паров топлива от температуры 10%-го выкипания [119]

Затем по таблицам или графикам Рн.п =1(0 (где Рн.п. - давление насыщенных паров топлива) находят температуры, соответствующие вычисленным значениям Рт.

Если концентрационные пределы образования горючих смесей неизвестны, то температурные пределы приближенно можно рассчитать по уравнению [120]:

[0,151а(7,5? Рг)-0,239• 5„ -0,43]-273,11?(7,5? Рт) + 786,7 ((

1,151^(7,5 />.)-0,239 -5.,-3,31

где I - в 0 С; 15% - температура выкипания 5% фракции,0 С; Рт -давление паров топлива на КПРП (Р„ или Рв), кПа; Б,,™ - энтропия испарения при температуре 15% и атмосферном давлении (принимается по графику рис. 1.28).

Энтропия испарения углеводородных топлив в зависимости от температуры 5%-го выкипания [120]

Рис. 1.28. Энтропия испарения углеводородных топлив в зависимости от температуры 5%-го выкипания [120]

60 80 100 120 МО 160 180 1,°С

 
Если Вы заметили ошибку в тексте выделите слово и нажмите Shift + Enter
< Пред   СОДЕРЖАНИЕ   След >
 
Популярные страницы