Запалювання нагрітим тілом та електричним розрядом презентация

Розділ II. ВИНИКНЕННЯ ПРОЦЕСУ ГОРІННЯ Тема 6. ВИМУШЕНЕ ЗАПАЛЮВАННЯ ГОРЮЧИХ СИСТЕМ Лекція 7 ЗАПАЛЮВАННЯ НАГРІТИМ ТІЛОМ ТА ЕЛЕКТРИЧНИМ РОЗРЯДОМ

План лекції 1. Поняття та особливості процесу запалювання. 2. Запалювання нагрітою поверхнею. 3. Запалювання горючих систем електрич-ними розрядами. 4. Запалювання променистим потоком тепла.

1. ПОНЯТТЯ І ОСОБЛИВОСТІ ПРОЦЕСУ ЗАПАЛЮВАННЯ Вимушене запалювання - виникнення горіння внаслідок дії джерела запалювання на невелику частку відносно холодної горючої системи. Джерело запалювання - тіло, що горить, або розжарене тіло, а також електричний розряд, які мають енергію і температуру, достатні для виникнення горіння інших речовин. Залежно від природи теплового впливу розрізняють види (групи) джерел запалювання: - теплові прояви хімічної енергії; - теплові прояви електричної енергії; - теплові прояви механічної енергії; - теплові прояви ядерної енергії, енергія сонячних променів; - відкрите полум'я, розжарені продукти горіння або нагріте ними тіло.

Відмінності запалювання від самоспалахування 1. Горіння виникає не в усій системі, як при СС, а тільки в частині ГС, яка примикає до ДЗ, інша маса ГС залишається відносно холодною. 2. При СС тепловіддача визначається конвек-цією від системи в навколишнє середовище. При ВЗ тепловіддача визначається теплопровідністю всередині самої ГС. q(-) = -  d2T/dх2. 3. При ВЗ інтенсивність тепловіддачі більша, ніж при СС, через те що вихідна ГС залишається холодною. q(-)зап > q(-)сс.

4. Для перевищення q(+) над q(-) необхідно при ВЗ збільшити температуру, до якої нагрівається частка холодної ГС. Отже, при ВЗ відбувається локальний нагрів ГС до критичної температури - температури запалювання tзап, більшої, ніж tсс 4. Для перевищення q(+) над q(-) необхідно при ВЗ збільшити температуру, до якої нагрівається частка холодної ГС. Отже, при ВЗ відбувається локальний нагрів ГС до критичної температури - температури запалювання tзап, більшої, ніж tсс tзап > tсс 5. При СС горіння є гомогенним кінетичним, а при ВЗ може виникати як полум’яне горіння, так і гетерогенне дифузійне (тління) при впливі ДЗ на деякі тверді горючі матеріали. 6. Величина періоду індукції τінд при ВЗ залежить від агрегатного стану горючої речовини і потужності ДЗ.

7. Через високу інтенсивність тепловіддачі при ВЗ температура горіння буде нижчою, ніж при самоспалахуванні. 7. Через високу інтенсивність тепловіддачі при ВЗ температура горіння буде нижчою, ніж при самоспалахуванні. tгор(зап) < tгор(сс) q(+) = q(-) VгсQнωхр = -  d2T/dх2

2. ЗАПАЛЮВАННЯ РОЗЖАРЕНИМ ТІЛОМ 2. ЗАПАЛЮВАННЯ РОЗЖАРЕНИМ ТІЛОМ При температурі стінки Т3 суміш у пристінному шарі реагує з виділенням тепла, так що q(+) = q(-), встановлюється стаціонарний стан. При температурі стінки більшій, ніж Т3, суміш у пристінному шарі реагує з більшою швидкістю, так що q(+) > q(-), внаслідок чого температура суміші підніметься вище за температуру поверхні.

Температура запалювання - найменша температура нагрітого тіла, при якій виділення тепла в пристінному шарі горючої суміші компенсує тепловіддачу від цього шару в вихідну холодну горючу суміш. Температура запалювання - найменша температура нагрітого тіла, при якій виділення тепла в пристінному шарі горючої суміші компенсує тепловіддачу від цього шару в вихідну холодну горючу суміш.

Критичною умовою запалювання є: Критичною умовою запалювання є: (dT/dx)х< = 0 Рівняння теплового балансу в пристінному шарі товщиною  : VгсQнωхр = -  d2T/dх2 Мінімальний розмір нагрітого тіла, при якому відбудеться запалювання:

ЧИННИКИ, ЩО ВПЛИВАЮТЬ НА ПРОЦЕС ЗАПАЛЮВАННЯ: 1) вид горючої речовини, 2) склад горючої суміші, 3) умови, в яких знаходиться горюча суміш, 4) властивості самого джерела запалювання (нагрітого тіла). Вид горючої речовини - теплотворна здатність: Qн  q(+)  Tзап  - агрегатний стан: найменша Tзап у горючих газів, найбільша - у твердих горючих матеріалів.

Склад горючої суміші Склад горючої суміші - концентрація кисню в окислювальному середовищі φО2  ωхр q(+)  Tзап  - концентрація негорючих газів φнг  ω хр  q(+)  Tзап  - концентрація горючої речовини φгр = φстм Tзап = min

Умови, в яких знаходиться горюча суміш - початкова температура горючого середовища Т0 T0  q(-)  Tзап  - тиск, під яким знаходиться горюча суміш Р  Wхр q(+)  Tзап  - час контакту ДЗ з горючою сумішшю конт Tзап  - швидкість руху газової суміші vруху   q(-)  Tзап 

Властивості джерела запалювання Властивості джерела запалювання - теплоємність матеріалу ср ср  Tзап  - розміри нагрітого тіла dДЗ  Tзап  - загальна площа поверхні розжарених тіл S Tзап 

Фрикційні іскри - шматочки металу, відірвані і нагріті при механічному впливі, частково окислені. Фрикційні іскри - шматочки металу, відірвані і нагріті при механічному впливі, частково окислені. Кількість тепла, що віддається розжареною іскрою: Q = mіск cp іск (Tіск - Tсс гр.) де cp іск - питома теплоємність матеріалу іскри; mіск – маса іскри; Tсс - температура самоспалахування горючої речовини, Tіск - кінцева температура іскри. Якщо енергія іскри буде перевищувати мінімальну енергію запалювання даної горючої речовини, іскра є джерелом запалювання.

Вихідні параметри іскор різного походження

Розподіл температури іскри з часом

3. ЗАПАЛЮВАННЯ ГОРЮЧИХ СИСТЕМ ЕЛЕКТРИЧНИМИ РОЗРЯДАМИ Теплові прояви електричної енергії: електричний розряд статичної електрики; електричний розряд атмосферної електрики (прямий та опосередкований вплив блискавки); електричні іскри, що виникають внаслідок короткого замикання, (дуга та краплі металу); нагрів поверхні ламп накалювання та електричних дротів і контактів при виникненні перевантажень.

Розподіл температури при електричному розряді в інертному середовищі в ГС q(+) > q(-) q(+)=VгсQнωхр

Emin - мінімальна енергія електричного розряду, яка забезпечує нагрівання від То до Тгор об'єму газу, радіус якого рівний rmin. Emin - мінімальна енергія електричного розряду, яка забезпечує нагрівання від То до Тгор об'єму газу, радіус якого рівний rmin. Мінімальна енергія запалювання газу, пари або аерозолю речовини в повітрі - найменша енергію конденсатора, при розряді якого через повітряний проміжок виникає іскра, яка запалює стехіометричну суміш даної речовини і повітря з імовірністю 0,01. Безпечним є розряд електрики з енергією: Ебез.< 0,4 Emin

Мінімальна підпалююча енергія іскри залежить від: Мінімальна підпалююча енергія іскри залежить від: виду горючої речовини, складу горючої суміші, умов, в яких знаходиться система (тиск, температура, швидкість руху газового середовища), часу впливу на горючу суміш.

Вид горючої речовини Вид горючої речовини природа горючої речовини Emin водню = 0,017 мДж, Emin етану = 0,24 мДж, Emin аміаку = 680 мДж. Emin парафінових вуглеводнів > Emin етиленових > Emin ацетиленових вуглеводнів агрегатний стан горючої речовини Emin твердих ГР > Emin рідин > Emin газів

Склад горючої суміші. Склад горючої суміші. EДЗ = Emin при гр = стм Emin метан - повітря = 0,42 мДж, Emin метан - кисень = 0,004 мДж

Умови, в яких знаходиться горюча суміш Emin метан - повітря (Р = 100 кПа) = 0,42 мДж, Emin метан - повітря (Р = 10 кПа) = 25 мДж

Час впливу розряду на горючу суміш Emin впливу  Електричні розряди різної потужності і різної тривалості можуть бути рівноцінними при запаленні, якщо їх енергія однакова.

Розрахунок мінімальної енергії запалювання: де Еmin1, Еmin2 – мінімальна енергія запалювання речовин 1 і 2; uн1, uн2 – нормальна швидкість поширення горіння речовин 1 і 2. Стандартна речовина - нормальний бутан Еmin = 0,25 мДж, а uн = 0,379 м/с. Мінімальна енергія запалювання інших речовин в повітрі за стандартних умов:

4. Підпалювання горючих речовин променистим потоком від полум’я.

Критична густина теплового потоку qкр залежно від часу опромінення для різних речовин

Завдання на самопідготовку: Вивчити матеріал 1. Демидов, Шандыба, Щеглов:- Горение и свойства горючих веществ, стор. 65-67. 2.Демидов, Саушев. Горение и свойства горючих веществ, стор. 131-151.