Тема 2: Концентрационные пределы воспламенения газовоздушных смесей и скорости распространения пламени

Задача №1. Определить концентрационные пределы воспламенения газа в воздухе двумя способами: А) по теплоте сгорания, Б) по стехиометрическому коэффициенту при кислороде.

Дано:
Метан СН4	1. Принимаем по прил.4 =50000 кДж/кг*0,55 кг/м^3 = 27500 кДж/м^3 и по (21) определяем нижний концентрационный предел: Lн=18300/ 27500 =0,67 %.
L(НВ) -?

2. Определяем значение стехиометрического коэффициента при кислороде

CH₄ + 2O₂ = CO₂ + 2H₂O.

Таким образом, n = 2, для нижнего: a = 8,684, b=4,679; для верхнего: a = 1,550, b=0,560. Тогда по (22) определяем нижний и верхний концентрационные пределы распространения пламени:

L_н=100 / (8,68*2+4,68) = 4,5 %;

L_в=100 / (1,55*2+0,56) = 27,3 %.

Результат: По условию А) L_н=0,67 %, по условию Б) L_н=4,5 %; L_в=27,3 %.

Задача №2. Определить концентрационные пределы воспламенения газовой смеси с воздухом без учета погрешности на балластную примесь.

Дано:
СН4=	93,2%	1. По (23) определим нижний концентрационный предел: Lн=100 / (93,2/5,28+2,0/2,9+0,4/2,3)=5,4 %. 2. По (23) определим верхний концентрационный предел: Lв=100 / (93,2/15,0+2,0/15,0+0,4/9,5)=15,7 %. Результат: Lн=5,4 %; Lв=15,7 %.
С2Н6=	2%
С3Н8=	0,4%
N2=	4,4%
L(НВ) -?

Задача №3. Определить концентрационные пределы воспламенения газовой смеси с воздухом с учетом балластной примеси.

Дано:
СН4=	20%	1. Определим процентную составляющую горючей части смеси. В смеси присутствует балластная примесь, представленная азотом. Тогда горючая часть составит 100-30=70%. 2. Произведем пересчет горючей части газа без балластной примеси по (25): r^г(СН4)=20*100/70=28,6%.
Н2=	40%
СО=	10%
N2=	30%
L(НВ) -?

Аналогичным образом получим значения Н₂=57,1% и СО=14,3%.

3. По (23) определим нижний и верхний концентрационные пределы воспламенения горючей смеси:

L^г_н=100/(28,6/5,28+57,1/4,12+14,3/12,5)=4,9 %,

L^г_в=100/(93,2/15,0+2,0/15,0+0,4/9,5)=35,0 %.

4. По (24) рассчитаем нижний и верхний концентрационные пределы воспламенения горючей смеси с учетом балластных примесей:

L^б_н=4,9·100(1+0,3/(1-0,3))/(100+4,9(1+0,3/(1-0,3)))=6,9 %,

L^б_в=15,7·100(1+0,3/(1-0,3))/(100+15,7(1+0,3/(1-0,3)))=43,4 %,

Результат: L^б_н=6,9 %; L^б_в=43,4 %.

Задача №4. Для сложной газовой смеси горючих и негорючих компонентов определить действительную скорость распространения пламени.

Дано:
СН4	=23,86 %	1. Определим процентную составляющую горючей части смеси. В смеси присутствует балластная примесь, представленная углекислым газом и азотом. Тогда горючая часть составит: 100-(2,3+18,78)=78,92%. 2. Произведем пересчет горючей части газа без балластной примеси по (25): r^г(СН4)=23,86*100/78,92=30,23%.
H2	=38,75 %
CО	=10,91 %
C5H12	=5,4 %
N2	=2,3 %
CO2	=18,78 %
WД - ?

Аналогичным образом получим значения Н₂=49,1%, СО=13,82%, С₅Н₁₂=6,84%.

3. По (23) определим содержание сложного газа в смеси, дающей максимальную скорость распространения пламени:

L^г_н=100/(30,23/10,5+49,1/42,0+13,82/43,0+6,84/2,9)=14,86 %.

4. По (26) максимальная скорость горения газовой смеси будет равна:

W=14,86(30,23·0,37/10,5+49,1·4,85/42+

+13,82·1,25/43+6,84·0,82/2,9)/(10,5+42+43+2,9)=1,37 м/с.

5. По (27) действительная скорость горения газовой смеси составит:

W_Д =1.37· (1-0,01·2,3-0,012·18,78)=1,03 м/с.

Результат: W_Д=1,03 м/с.