연소 중 화염 전파 속도. 화염 전파 속도. 닫힌 부피의 폭발 압력

층류 연소율 – 화염 전면이 새로운 연료 집합체의 표면에 수직인 방향으로 이동하는 속도.

– 층류 연소 구역;

– 층류 연소 속도.

난류 연소.

난류 화염 속도 – 난류 속에서 화염 전면이 움직이는 속도.

– 난류 연소 구역;

– 작은 입자의 정상적인 속도.

층류 연소는 엔진에 필요한 열 방출 속도를 제공하지 않으므로 가스 흐름의 난류가 필요합니다.

아레니우스 방정식:
- 속도 화학 반응.

- 혼합물의 조성과 연료의 종류에 따른 화학 반응 상수

– 화학 반응 압력;

– 화학 반응의 순서;

– 보편적인 기체 상수;

– 화학 반응 온도;

– 활성화 에너지는 분자 내 결합을 끊는 데 필요한 에너지입니다.

스파크 점화를 사용하는 내연 기관의 연소 과정에 대한 다양한 요인의 영향.

혼합물의 구성.

– 농도 상한선;

– 더 낮은 농도 한계;

- 정상 연소;

–혼합물의 전력 구성 – 엔진이 개발한 최대 출력.

–혼합물의 경제적 구성 – 최대 효율성.

압축 비율.

속도가 증가하면 점화 단계가 증가하여 연소 과정이 늦게 진행되고 사이클당 방출되는 열량이 감소합니다. 그러므로 변경할 때에는 점화시기(IPA)의 조절이 필요합니다.

점화시기.

점화시기 – 스파크가 TDC에 공급되는 순간부터 크랭크 샤프트의 회전 각도.

피
부하가 걸린 상태 스로틀 밸브의 회전 각도를 이해하십시오. 이것이 엔진의 부하를 조절하는 것입니다.

– 스로틀 밸브의 회전 각도.

불꽃 점화 연소 엔진의 연소 과정에서 발생하는 주요 장애입니다. 폭발.

디
발화 – 연소실 전체에 압력의 충격파가 전파되는 혼합물의 폭발적인 연소. 폭발은 화염 전면이 전파되는 동안 강렬한 가열과 압축으로 인해 스파크 플러그에서 멀리 떨어진 혼합물 부분의 자체 점화로 인해 발생합니다.

폭발 시:

연소실 벽에서 반사되는 충격파는 2차 화염 전면과 자체 점화원을 형성합니다. 외부적으로 폭발은 엔진이 무거운 부하에서 작동할 때 둔한 노크 형태로 나타납니다.

폭발로 인한 엔진 작동의 결과:

개별 엔진 구성요소(밸브, 피스톤, 헤드 개스킷, 점화 플러그 전극)의 과열 및 소손

충격 부하로 인한 엔진 부품의 기계적 파괴;

전력 및 작동 효율성이 감소합니다.

저것. 폭발로 인한 장기간 작업은 허용되지 않습니다.

피
폭발을 일으키는 요인은 다음과 같습니다.

연료의 자체 점화 능력은 다음과 같습니다. 폭발 저항 , 폭발 저항이 추정됩니다. 옥탄가(OC) .

매우 – 이 가솔린과 폭발 특성이 동등한 쉽게 이중화되는 노르말 헵탄과의 혼합물에서 저조하게 이중화되는 이소옥탄의 부피 분율과 수치적으로 동일합니다.

이소옥탄 – 100개 단위, 노말 헵탄 – 0개 단위.

예를 들어:옥탄가 92는 이 휘발유가 이소옥탄 92%와 노말 헵탄 8%의 기준 혼합물과 동일한 노킹 저항성을 가짐을 의미합니다.

ㅏ
– 모터 가솔린;

– 휘발유를 얻기 위한 연구 방법

m – 모터 방식(문자는 일반적으로 작성되지 않음).

모터 연구 방법에서는 폭발이 시작될 때까지 압축비를 조정하고 옥탄가를 표에서 결정합니다.

모터 방식 최대 부하에서의 운전을 시뮬레이션합니다(도시 외곽의 트럭).

연구 방법 부분 부하 운전을 시뮬레이션합니다(도시 내).

옥탄가가 지나치게 높으면 화염 전파 속도가 감소합니다. 연소 과정이 지연되어 효율이 감소하고 배기 가스 온도가 상승합니다. 그 결과 출력 저하, 연료 소비 증가, 엔진 과열 및 개별 요소의 소진이 발생합니다. 연료 옥탄가가 폭발 임계값에 가까울 때 최대 엔진 성능이 달성됩니다.

폭발에 대처하는 방법:

개방형 가연성 시스템에서 화학적 변환 영역의 전파

연소는 가연성 시스템의 국부적인 부피에서 가연성 혼합물의 점화로 시작되고, 그 다음 이동하는 혼합물의 방향으로 퍼집니다. 관찰자가 볼 수 있는 산화 환원 화학 반응이 일어나는 연소 영역을 화염이라고 합니다. 화염과 아직 연소되지 않은 혼합물을 분리하는 표면이 화염 전면 역할을 합니다. 화염 전파의 특성은 많은 공정에 따라 다르지만 결정적인 공정은 가연성 혼합물을 가열하는 것입니다. 가연성 혼합물을 발화 온도까지 가열하는 방법에 따라 일반, 난류 및 폭발 화염 전파가 구별됩니다.

층류 이동 혼합물이 있는 가연성 시스템에서 연소 중에 정상적인 화염 전파가 관찰됩니다. 일반적인 화염 확산의 경우 열에너지연소층에서 차가운 층으로의 이동은 주로 열전도도와 분자 확산에 의해 전달됩니다. 가스의 열전도율이 낮기 때문에 정상적인 화염 전파 속도가 느립니다.

가연성 혼합물의 난류 이동 중에 연소층에서 차가운 층으로의 열에너지 전달은 주로 몰 확산과 열전도도에 의해 발생합니다. 몰 이동은 혼합물의 속도에 의해 결정되는 난류 규모에 비례합니다. 난류 화염 전파 속도는 혼합물의 특성과 흐름의 가스 역학에 따라 달라집니다.

분자 및 몰 과정을 통해 연소 구역에서 차가운 층으로 가연성 혼합물의 화염이 전파되는 것을 폭연이라고 합니다.

물리화학적 연소 과정에는 화염의 온도와 압력이 증가합니다. 가연성 시스템에서는 특정 조건에서 인접한 층을 압축하여 발화점까지 가열할 수 있는 고압 구역이 발생할 수 있습니다. 급속 압축에 의한 화염 전파 차가운 혼합물발화 온도까지의 현상을 폭굉이라고 하며 본질적으로 항상 폭발성이 있습니다.

가연성 시스템에서는 화염 전면이 크기와 방향 모두에 따라 달라지는 속도로 움직이는 진동 연소가 발생할 수 있습니다.

층류 이동 또는 고정 혼합물에서 연소 전면의 전파 속도를 정상 또는 기본 화염 전파 속도라고 합니다. 정상 속도의 수치 값은 아직 점화되지 않은 혼합물의 속도에 의해 결정되며 일반적으로 연소 전면을 향합니다.

평탄한 연소 전면에 대한 u n 값은 열전도율에 의한 혼합물의 발화 온도까지의 가열 속도와 화학 반응 속도 사이의 동적 평형 조건으로부터 결정될 수 있습니다. 결과적으로 다음 공식이 얻어진다.

여기서 l은 가스 혼합물의 열전도율, cp는 일정한 압력에서 혼합물의 열용량 계수, Tini는 혼합물의 초기 온도, Ta는 단열 연소 온도, Arr은 Arrhenius 기준입니다. , k 0 은 아레니우스 법칙의 계수입니다.

정상 속도는 고정 혼합물이 있는 튜브의 전면 이동 속도 또는 분젠 버너의 연소 원뿔 높이에 의해 실험적으로 결정될 수 있습니다. 분젠 버너는 가스와 공기가 부분적으로 사전 혼합된 실험실 버너입니다. 버너 출구에서 화염은 일정한 모양의 원뿔 형태의 연소 전면을 통해 형성됩니다(그림).

그림 7. 분젠 버너의 연소 전면

연소 전면의 안정된 위치에서 화염 전파 속도 u n 은 연소 원뿔 표면에 수직인 이동 속도의 성분 W n 에 의해 균형을 이룹니다. 가스-공기 혼합물여, 즉

여기서 j는 가스-공기 혼합물의 속도 벡터와 연소 원뿔 표면에 수직인 구성 요소 벡터 사이의 각도입니다.

일정한 모양의 연소 원뿔을 사용하여 노즐 출구에서 가스-공기 혼합물의 이동 속도는 다음 공식에 의해 결정됩니다.

여기서 d 0은 버너 노즐의 직경이고, V는 버너를 통과하는 가스-공기 혼합물의 유량입니다.

cosj의 값은 연소 원뿔의 높이로 표현될 수 있습니다.

연소 표면이 다음과 같은 점을 고려하면 측면올바른 원뿔

정상 속도 값이 결정됩니다.

일반적인 화염 전파 속도는 다음의 영향을 받습니다.

1. 혼합물의 초기 온도. 저온에서 u n은 연소에 들어가는 혼합물의 절대 온도의 제곱에 정비례합니다. 발화 온도보다 높은 온도에서는 혼합물이 자체 발화할 수 있기 때문에 정상 속도의 개념이 의미를 잃습니다.

2. 화염이 이 채널 내부로 전파되는 경우 채널 벽의 온도. 차가운 벽은 연쇄 반응을 깨고 화염의 확산을 늦춥니다.

3. 채널 직경. 각 가연성 혼합물에는 직경 dcr의 임계값이 있으며, 이 값부터 채널 내부의 화염 확산이 불가능합니다. 임계 직경의 값은 공식에 의해 결정될 수 있습니다

여기서 cm는 혼합물의 열확산계수입니다.

4. 압력. 압력이 증가하면 u n은 감소합니다.

5. 혼합물의 조성. 화학양론에 가까운 조성을 갖는 혼합물의 경우 정상 속도는 최대값을 갖습니다. 또한 연료 농도에는 화염이 퍼질 수 없는 하한선과 상한선이 있습니다.

1) 재료의 습도.

2) 공간에서 샘플 방향의 영향.

음의 경사각(불꽃이 위에서 아래로 이동하는 방향)에서는 불꽃 전파 속도가 변하지 않거나 약간 감소합니다. 양의 경사각(아래에서 위로 화염이 이동하는 방향)이 10-15° 이상으로 증가하면 화염 전파 속도가 급격히 증가합니다.

3) 공기 흐름의 속도와 방향의 영향.

순풍 속도가 증가함에 따라 가스 교환이 향상되고 샘플에 대한 화염의 경사각이 감소합니다. 확산 속도가 점점 빨라지고 있습니다.

화염 이동 방향과 반대로 향하는 공기 흐름은 화염 전파 속도에 이중 영향을 미칩니다.

화염 전면 앞 표면의 가열된 영역에 대한 공기 역학적 제동 및 냉각의 결과로 화염 전파 속도가 감소합니다. 반면, 공기 흐름은 열분해 생성물과 산화제의 혼합을 강화하고 균질한 가연성 혼합물의 형성이 더 빠르게 발생하며 화염 끝이 고체 물질의 표면에 접근하여 결과적으로 추가 증가로 이어집니다. 강도가 높아져 화염의 확산이 가속화됩니다.

4) 영향력 기하학적 치수견본.

열적으로 두꺼운 샘플과 열적으로 얇은 샘플이 있습니다.

열두께는 화염이 주어진 표면적까지 확산될 때까지 화염 전면 앞에서 초기 온도 이상으로 가열된 고체 물질 층의 두께입니다.

5) 기판 재료의 영향.

만약에 가연성 물질열물리적 특성이 공기와 다른 물질(기재)과 접촉하면 화염 전파 속도에도 영향을 미칩니다(붙인 종이, 와이어 절연체 등). 내가 낮음 > 내가 높으면. 매트. , 그러면 샘플에서 열이 집중적으로 제거되고 기판이 없는 경우보다 전파 속도가 느려집니다.

6) 산소 함량의 영향 환경.

환경의 산소 함량이 증가함에 따라 화염 전파 속도가 증가합니다.

7. 샘플 초기 온도의 영향.

목재의 경우 초기 온도가 230-250oC(열분해 온도 범위)로 증가하면 u l이 급격히 증가합니다.

고체 물질의 연소

재료 표면에 화염이 퍼지는 동시에 연소 과정이 시작됩니다. 고체 물질의 연소 패턴은 고체상이 기체 생성물로 변환되는 특성에 따라 크게 달라집니다.

탄소층이 형성되지 않고 표면 근처의 좁은 층에서 고체상의 분해가 일어나는 경우, 이 경우 연소는 일정한 속도로 진행됩니다. 점화 후 물질의 끓는점 또는 승화 온도와 동일한 일정한 온도가 고체상 표면에 설정됩니다.

연소 표면에 탄소질 잔류물이 형성되면서 발생하는 고체 연소 메커니즘은 더욱 복잡합니다. 이것은 거의 모든 식물 유래 물질이 연소되는 방식이며, 일부 플라스틱에는 불연성 또는 천천히 연소되는 충전제(활석, 그을음 등)가 포함되어 있습니다. 이 유형의 식물 기원의 가장 흔한 가연성 물질은 목재입니다. 화재로 인해 점화되는 순간 열 흐름화염 영역에서 목재 표면층의 온도는 450-500oC로 빠르게 증가합니다. 휘발성 생성물과 숯의 형성으로 물질의 집중적 분해가 발생하고 표면 온도는 600oC로 상승합니다.

나무가 타는 깊이에 따라 물리적, 물리화학적 특성이 다른 부분이 있습니다. 일반적으로 4개 영역으로 나눌 수 있습니다.

나 - 숯, 99% 탄소로 구성됨;

II - 다양한 열분해 정도를 지닌 목재;

III - 열분해되지 않은 마른 목재;

IV - 원래의 나무.

목재 연소 중에 휘발성 제품이 고체 상태에서 방출되면서 재료는 더욱 깊은 곳까지 재탄화됩니다. 탄소질 층의 두께가 증가하면 열저항이 증가하고 결과적으로 아직 분해되지 않은 목재 층의 가열 및 열분해 속도가 감소하고 화염 연소 속도가 점차 감소합니다. 휘발성 물질 방출의 질량 비율이 5g/(m 2 s)로 감소하면 나무의 불타는 연소가 멈춥니다. 석탄층의 두께는 15-20mm에 이릅니다.

나무의 불타는 연소가 중단되면 650-700oC의 온도로 가열된 석탄에 공기 산소가 접근할 수 있게 됩니다. 목재 연소의 두 번째 단계가 시작됩니다. 주로 C + O 2 ® CO 2 + 33000 kJ/kg 반응에 의해 탄소층의 불균일 산화가 발생하고 탄소층의 온도가 800oC로 증가하며 공정이 진행됩니다. 불균일 연소석탄은 더욱 강화됩니다.

균질 연소에서 불균일 연소로의 전환에 대한 실제 그림은 표시된 것과 다소 다릅니다.

고체 물질의 연소 과정을 특징짓는 주요 정량적 매개변수는 화재의 역학을 결정하는 매개변수 중 하나인 질량 연소율입니다.

감소된 질량 연소율은 화재의 단위 면적당 단위 시간당 연소되는 물질의 양입니다.

금속 연소

연소 특성에 따라 금속은 휘발성과 비휘발성의 두 그룹으로 나뉩니다.

휘발성 금속에는 T pl이 있습니다.< 1000 К, Т кип < 1500 К. К ним относятся щелочные металлы (литий, натрий, калий и др.) и щелочноземельные (магний, кальций).

비휘발성 금속은 Tm >1000K, Tbp >2500K를 갖습니다. 연소 메커니즘은 주로 금속 산화물의 특성에 따라 결정됩니다. 휘발성 금속의 녹는점은 산화물의 녹는점보다 낮습니다. 더욱이 후자는 매우 다공성 구조물입니다.

IR이 금속 표면에 도달하면 증발하고 산화됩니다. 증기 농도가 최저 수준에 도달하면 농도 제한점화, 그들은 점화됩니다. 존 확산 연소표면 근처에 설치하면 열의 대부분이 금속으로 전달되어 끓을 때까지 가열됩니다. 다공성 산화막을 통해 자유롭게 확산되는 생성된 증기는 연소 영역으로 들어갑니다. 금속이 끓으면 산화막이 주기적으로 파괴되어 연소가 심화됩니다. 연소 생성물(금속 산화물)은 금속 표면으로 확산되어 산화물 껍질의 형성을 촉진할 뿐만 아니라 주변 공간으로 확산되어 응축되어 흰 연기 형태의 고체 입자를 형성합니다. 짙은 흰색 연기가 발생하는 것은 휘발성 금속이 연소된다는 시각적 신호입니다.

상전이 온도가 높은 비휘발성 금속의 경우, 연소되면 표면에 매우 치밀한 산화막이 형성되어 금속 표면에 잘 부착됩니다. 그 결과, 필름을 통한 금속 증기의 확산 속도가 급격히 감소하고 알루미늄 및 베릴륨과 같은 큰 입자는 연소되지 않습니다. 일반적으로 이러한 금속의 화재는 부스러기, 분말 및 에어로졸 형태일 때 발생합니다. 짙은 연기를 내지 않고 연소됩니다. 금속 표면에 치밀한 산화막이 형성되면 입자가 폭발하게 됩니다. 특히 고온 산화 환경에서 입자가 이동할 때 자주 관찰되는 이 현상은 산화막 아래에 금속 증기가 축적되어 갑작스러운 파열과 관련이 있습니다. 이는 자연스럽게 연소의 급격한 강화로 이어집니다.

먼지 연소

먼지기체상 분산매(공기 등)와 고체 분산상(밀가루, 설탕, 목재, 석탄 등)으로 구성된 분산 시스템입니다.

먼지-공기 혼합물을 통한 화염 전파 속도에 영향을 미치는 요인:

1) 먼지 농도.

균질한 가스-공기 혼합물의 연소와 마찬가지로 최대 화염 전파 속도는 화학양론적 조성보다 약간 높은 혼합물에서 발생합니다. 이탄 먼지의 경우 1.0~1.5kg/m3입니다.

2) 회분 함량.

회분 함량이 증가하면 가연성 성분의 농도가 감소하고 그에 따라 화염 전파 속도가 감소합니다.

산소 함량이 감소하면 화염 전파 속도가 감소합니다.

화재 및 폭발 위험에 따른 분진 분류.

화재 및 폭발 위험에 따라 분진은 다음과 같은 등급으로 분류됩니다.

클래스 I - 가장 폭발성이 높음 - j n 최대 15g/m 3;

클래스 II - 폭발성 - 15g/m 3< j н < 65 г/м 3 ;

클래스 III - 화재 위험이 가장 높음 - j n > 65 g/m 3 ; T St 최대 250oC;

IV 등급 - 화재 위험 - j n > 65 g/m 3 ; T St > 250oC.

화재 발생의 역학

화재 역학은 시간과 공간에 따른 화재의 주요 매개변수 변화를 설명하는 일련의 법칙과 패턴으로 이해됩니다. 화재의 성격은 화재 영역, 화재 온도, 확산 속도, 열 방출 강도, 가스 교환 강도 등 다양한 매개 변수의 조합으로 판단할 수 있습니다. , 연기의 강도 등

화재 매개변수가 너무 많아서 일부 유형의 화재에서는 그 중 일부가 1차 화재이고 일부는 2차 화재입니다. 그것은 모두 특정 유형의 화재 연구를 위해 설정된 목표에 따라 다릅니다.

화재의 역학을 연구하기 위해 우리는 화재 영역, 화재 온도, 가스 교환 및 연기의 강도, 화재 확산 속도를 시간에 따라 변하는 주요 매개변수로 사용합니다. 이러한 화재 매개변수는 측정, 분석 및 계산에 가장 쉽게 접근할 수 있습니다. 유형을 결정하기 위한 초기 데이터로 사용됩니다. 필요한 장비화재 진압시 힘과 수단 계산, 설계 자동 시스템소화 등

화재가 발생하는 순간부터 자유롭게 발전하여 완전히 멈출 때까지 실내 화재는 여러 단계로 나눌 수 있습니다.

화재 단계

I. 점화 단계.

화염은 작은 면적의 외부 점화원에서 발생하여 천천히 퍼집니다. 연소 영역 주위에 대류 가스 흐름이 형성되어 필요한 가스 교환이 보장됩니다. 가연성 물질의 표면이 따뜻해지고 토치의 크기가 증가하며 가스 교환이 증가하고 복사열 유속이 증가하여 주변 공간과 가연성 물질 표면으로 들어갑니다. 태닝 단계의 지속 시간은 1~3분입니다.

II. 화재 시작 단계.

실내 온도가 서서히 올라가고 있습니다. 이전 프로세스 전체가 반복되지만 강도는 더욱 높아집니다. 두 번째 단계의 지속 시간은 약 5~10분입니다.

III. 체적 화재 발생 단계- 나열된 모든 매개변수의 급속한 성장 과정. 실내 온도는 250 -300°C에 이릅니다. 화재 발생의 "체적" 단계와 체적 화재 전파 단계가 시작됩니다. 실내 가스 온도가 300°C가 되면 유약이 파괴됩니다. 재연소는 방 밖에서도 발생할 수 있습니다(화재는 개구부를 통해 외부로 빠져나갑니다). 가스 교환의 강도는 급격히 변합니다. 급격한 증가, 뜨거운 연소 생성물의 유출 및 유입 과정 맑은 공기연소 구역으로 들어갑니다.

IV.발화 단계.

이 단계에서는 실내 온도가 잠시 낮아질 수 있습니다. 그러나 가스 교환 조건의 변화에 따라 연소 완료, 연소 속도 및 연소 과정의 확산과 같은 화재 매개 변수가 급격히 증가합니다. 따라서 화재 중 전체 열 방출이 급격히 증가합니다. 찬 공기의 유입으로 유약이 파괴되는 순간 온도가 약간 감소하다가 급격히 상승하여 500~600℃에 이른다. 화재 발생 과정이 빠르게 강화되고 있습니다. 증가 수치이전에 언급된 모든 화재 매개변수. 화재 영역, 실내 평균 체적 온도(800-900°C), 화재 부하 연소 강도 및 연기 정도가 최대에 도달합니다.

V. 고정 연소 단계.

화재 매개변수가 안정화되고 있습니다. 이는 일반적으로 화재 발생 20~25분 후에 발생하며, 화재 부하의 크기에 따라 20~30분 동안 지속될 수 있습니다.

6. 부패 단계.

연소강도가 점차 감소하기 때문에 화재 부하의 대부분이 이미 소진되었습니다. 다량의 연소 생성물이 실내에 축적되었습니다. 실내의 평균 체적 산소 농도는 16~17%로 감소했고, 강렬한 연소를 방지하는 연소 생성물의 농도는 최대치까지 높아졌다. 연소 구역의 온도 감소로 인해 가연성 물질로의 복사열 전달 강도가 감소했습니다. 매체의 광학 밀도가 증가함에 따라 연소 강도가 천천히 감소하여 다른 모든 화재 매개변수가 감소합니다. 화재 지역은 줄어들지 않습니다. 커지거나 안정화될 수 있습니다.

Ⅶ. 애프터버닝 단계.

화재의 마지막 단계는 천천히 연기가 나는 것이 특징이며, 그 후 일정 시간(때로는 꽤 오랜 시간)이 지나면 연소가 멈춥니다.

기본 화재 매개변수

화재 발생의 역학을 결정하는 화재의 기본 매개변수 중 일부를 정량적으로 고려해 보겠습니다. 연소 과정의 주요 매개변수 중 하나이기 때문에 화재 시 열 방출 강도를 결정해 보겠습니다.

Q=βQ р n V m ’Sp, (kJ/s)

여기서 β 및 Q р n은 상수(화재 부하의 저연소 계수 및 낮은 발열량)입니다.

V m ¢ - 대량 연소율 감소;

S p – 화재 지역;

V m ¢ 및 Sp는 화재 발생 시간, 화재 온도, 가스 교환율 등에 따라 달라집니다.

감소된 대량 연소율 V m ¢는 다음 공식에 의해 결정됩니다.

v m ¢ = (a×T p +b×I g) v m o ¢

여기서 a, b는 경험적 계수입니다.

v m o ¢ - 특정 유형의 가연성 물질에 대한 화재 부하 연소 속도 감소;

T p - 평균 화재 온도;

I g - 가스 교환 강도.

개발의 주요 매개 변수에 대한 화재 지역의 의존성은 다음과 같은 형태를 갖습니다.

S p = k (v p ∙ τ) n

여기서 k와 n은 다음에 따른 계수입니다. 기하학적 모양화재 지역;

v р – 화재 확산의 선형 속도;

τ는 무료 개발 시간입니다.

k = π; n = 2k = ; n = 2k = 2a; n=1

k = ; n = 2k = 2a; n=1

화재 확산의 선형 속도는 가연성 물질의 유형, 화재의 평균 온도 및 가스 교환 강도에 따라 달라집니다.

v p = (a 1 T p + b 1 I g)v po

여기서 a 1 및 b 1은 가스 교환의 평균 온도 및 강도에 대한 화재 확산의 선형 속도의 의존성을 설정하는 경험적 계수이며, 그 수치는 각 특정 유형의 연료에 대해 경험적으로 결정됩니다.

v p o - 주어진 유형의 연료에 대한 연소 전파의 선형 속도.

화재가 진행됨에 따라 화재 온도와 가스 교환율이 증가하여 연소 전파의 선형 속도가 증가하고 질량 연소율이 감소합니다.

화재 중 열적 조건

열 과정의 발생과 속도는 연소 영역의 열 방출 강도, 즉 불의 열기로부터. 화재시 열방출량의 변화에 따른 정량적 특성 다양한 조건연소는 온도에 의해 제어됩니다. 아래에 온도 조건화재는 시간에 따른 온도 변화를 이해합니다. 실험적 방법과 계산적 방법을 모두 사용하여 화재 온도를 결정하는 것은 매우 어렵습니다. 여러 실제 문제를 해결할 때 엔지니어링 계산을 위해 화재 온도는 열 균형 방정식에 따라 결정됩니다. 화재의 열수지는 화재의 온도를 결정하는 것뿐만 아니라 열에너지의 정량적 분포를 확인하기 위해 수집됩니다. 일반적으로 특정 시점의 화재 열 균형은 다음과 같이 나타낼 수 있습니다.

Qp = Qpg +Qk +Ql

여기서 Qp는 화재 시 방출되는 열(kJ)입니다.

Q pg - 연소 생성물에 포함된 열, kJ;

Q к - 대류를 통해 연소 구역에서 공기 세척 구역으로 전달되는 열이지만 연소에는 참여하지 않음, kJ;

Q l – 복사에 의해 연소 구역에서 전달되는 열.

개방형 화재의 경우 복사 및 대류에 의해 연소 영역에서 전달되는 열의 비율은 Qp의 40-50%이고 나머지 열 비율(Qp의 60-70%)은 연소를 가열하는 데 사용되는 것으로 확인되었습니다. 제품. 따라서 주어진 가연성 물질의 이론적 연소 온도의 60-70%가 화염 온도의 대략적인 값을 제공합니다. 모닥불의 온도는 다음에 달려 있습니다. 발열량가연성 물질, 연소 속도 및 기상 조건. 평균적으로 가연성 가스의 최대 화재 온도는 1200~1350°C, 액체의 경우 1100~1300°C, 유기 유래 고체 가연성 물질의 경우 1100~1250°C입니다.

내부 화재에서 온도는 가연성 물질의 특성, 화재 부하의 크기 및 위치, 연소 면적, 건물 크기(바닥 면적, 방 높이 등) 및 기타 요인의 영향을 받습니다. 가스 교환 강도(개구부의 크기 및 위치). 이러한 요소의 영향을 더 자세히 고려해 보겠습니다.

화재는 온도 변화에 따라 초기, 본격, 최종의 세 가지 특징적인 기간으로 나눌 수 있습니다.

초기 기간 - 상대적으로 낮은 평균 부피 온도가 특징입니다.

주요기간- 이 과정에서 전체 가연성 물질의 70~80%가 연소됩니다. 이 기간의 끝은 평균 볼륨 온도가 도달할 때 발생합니다. 가장 높은 가치또는 최대값의 80% 이하로 감소합니다.

마지막 기간- 화재 부하의 연소로 인한 온도 감소가 특징입니다.

그림 9.1. 시간에 따른 내부 화재 온도의 변화: 1 - 특정 화재의 곡선; 2 - 표준 곡선

각 특정 사례의 화재 온도의 성장률과 절대값은 고유한 특성 값과 특징을 가지므로 가장 많은 것을 요약하는 표준 온도 곡선의 개념이 도입되었습니다(그림 21.2). 형질내부 화재의 온도 변화. 표준 온도는 방정식으로 설명됩니다.

연소- 이것은 열과 빛의 방출을 동반하는 강렬한 화학적 산화 반응입니다. 연소는 가연성 물질, 산화제, 발화원이 있을 때 발생합니다. 산소와 질산은 연소 과정에서 산화제로 작용할 수 있습니다. 연료로 - 많은 유기 화합물, 황, 황화수소, 황철석, 대부분의 유리 금속, 일산화탄소, 수소 등

실제 화재에서 연소 과정의 산화제는 일반적으로 공기 산소입니다. 연소의 외부 징후는 불꽃이며, 이는 빛과 열 방출을 특징으로 합니다. 고체나 액체상 또는 이들의 혼합물로만 구성된 연소 시스템에서는 화염이 발생하지 않을 수 있습니다. 불꽃이 없는불타거나 연기.

초기 물질과 연소 생성물의 응집 상태에 따라 구별됩니다. 균질 연소, 폭발물의 연소, 이종 연소.

균일 연소.균질 연소에서는 출발 물질과 연소 생성물이 동일한 응집 상태에 있습니다. 이 유형에는 가스 혼합물(천연 가스, 수소 등 산화제 - 일반적으로 공기 산소)의 연소가 포함됩니다.

폭발물의 연소응축 상태에서 가스로의 물질 전이와 관련이 있습니다.

이종 연소.불균일 연소에서는 출발 물질(예: 고체 또는 액체 연료, 기체 산화제)이 서로 다릅니다. 집계 상태. 이종 연소의 가장 중요한 기술 과정은 석탄, 금속의 연소, 석유 용광로의 액체 연료 연소, 엔진입니다. 내부 연소, 로켓 엔진의 연소실.

가스 혼합물을 통한 화염의 이동을 호출합니다. 불꽃의 확산.연소 화염의 전파 속도에 따라 수 m/s의 속도에서는 폭연, 수십~수백 m/s의 속도에서는 폭발성, 수천 m/s의 속도에서는 기폭성이 있을 수 있습니다. 에스.

폭연 연소는 층류 연소와 난류 연소로 구분됩니다.

층류 연소는 정상적인 화염 전파 속도를 갖습니다.

정상적인 화염 전파 속도,는 표면에 수직인 방향으로 미연소 가스에 대한 화염 전면의 이동 속도입니다.

온도는 정상적인 화염 전파 속도를 상대적으로 약하게 증가시키고 불활성 불순물은 이를 감소시키며 압력이 증가하면 속도가 증가하거나 감소합니다.

층류 가스 흐름에서는 가스 속도가 낮습니다. 이 경우 연소 속도는 가연성 혼합물의 형성 속도에 따라 달라집니다. 난류 화염에서는 분자 확산이 일어나는 표면적이 증가하기 때문에 가스 제트의 소용돌이로 인해 반응 가스의 혼합이 향상됩니다.

가스의 화재 및 폭발 위험 표시기. 그 특성과 범위

화재 위험 기술 프로세스주로 생산에 사용되는 원료, 중간체 및 최종 제품의 물리화학적 특성에 따라 결정됩니다.

화재 및 폭발 위험 지표는 건물 및 건물을 분류할 때, 화재 안전 및 폭발 안전을 보장하는 시스템을 개발할 때 사용됩니다.

기체란 온도 50°C에서 절대 증기압이 300kPa 이상이거나 임계온도가 50°C 미만인 물질을 말합니다.

가스에는 다음 지표가 적용됩니다.

가연성 그룹- 모든 집합 상태에 적용할 수 있는 지표입니다.

가연성은 물질이나 재료가 타는 능력입니다. 가연성에 따라 물질과 재료는 세 그룹으로 나뉩니다.

불연성(불연성) - 공기 중에서 연소할 수 없는 물질 및 재료. 불연성 물질은 화재 위험이 있을 수 있습니다(예: 산화제 및 물, 공기 산소 또는 서로 상호 작용할 때 가연성 제품을 방출하는 물질).

저인화성(연소하기 어려움) - 점화원의 공기 중에서 발화할 수 있지만 제거 후 자체적으로 연소할 수 없는 물질 및 재료.

가연성(가연성) - 자연 연소가 가능하고 발화원에서 발화하여 제거 후 독립적으로 연소되는 물질 및 재료. 가연성 물질 및 재료 그룹에서 가연성 물질 및 재료가 구별됩니다.

가연성이란 저에너지 발화원(성냥 불꽃, 스파크, 연기가 나는 담배 등)에 단기(최대 30초) 노출로 인해 발화할 수 있는 가연성 물질 및 재료입니다.

가스의 가연성은 간접적으로 결정됩니다. 공기 중 가연성 농도 한계가 있는 가스는 다음과 같이 분류됩니다. 가연성;가스에 인화성에 대한 농도 제한이 없지만 특정 온도에서 자연 발화하는 경우에는 다음과 같이 분류됩니다. 난연제;점화 농도 한계와 자연발화 온도가 없는 경우 가스는 다음과 같이 분류됩니다. 불연성.

실제로 가연성 그룹은 PUE에 따라 폭발성 및 화재 위험 지역의 등급을 설정할 때, 폭발 및 화재 위험에 따라 건물 및 건물의 범주를 결정할 때, 화재 및 화재를 보장하기 위한 조치를 개발할 때 가연성별로 재료를 세분화하는 데 사용됩니다. 장비 및 건물의 폭발 안전.

자연발화온도- 제일 낮은 온도특별한 시험 조건에서 발열 반응 속도가 급격히 증가하여 화염 연소로 끝나는 물질.

화염 전파(점화)의 농도 한계 -가연성 증기 및 가스 혼합물이 공기 또는 산소와 함께 연소될 수 있는 농도 범위.

화염 전파의 농도 하한(상한) -가연성 물질과 산화 매체의 혼합물에 있는 연료의 최소(최대) 함량”은 화염이 혼합물을 통해 점화원으로부터 어떤 거리까지 퍼질 수 있는지를 나타냅니다. 이 한계 내에서는 혼합물이 가연성이지만, 그 한계를 벗어나면 혼합물은 연소되지 않습니다.

화염 전파의 온도 한계(점화) - 특정 산화 환경에서 포화 증기가 화염 전파의 하한(온도 하한) 및 상한(온도 상한) 농도 한계와 동일한 농도를 형성하는 물질의 온도.

물, 공기 산소 및 기타 물질과 상호 작용할 때 폭발하고 연소되는 능력- 특정 물질의 특별한 화재 위험을 특성화하는 정성적 지표. 물질의 이러한 속성은 생산 범주를 결정할 때뿐만 아니라 기술 프로세스를 수행하기 위한 안전한 조건과 물질 및 재료의 공동 보관 및 운송 조건을 선택할 때 사용됩니다.

정상 화염 전파 속도는 화염 전면이 미연소 가스에 대해 표면에 수직인 방향으로 이동하는 속도입니다.

가스와 증기의 폭발압력 증가율을 계산할 때 정상적인 화염전파속도의 값을 사용해야 한다. 공기 혼합물폐쇄되고 누출되는 장비 및 건물, 화재 방지 장치 개발 및 생성의 임계 (소화) 직경, 쉽게 재설정 가능한 구조물 영역, 안전 멤브레인 및 기타 감압 장치; GOST 12.1.004 및 GOST 12.1.010의 요구 사항에 따라 기술 프로세스의 화재 및 폭발 안전을 보장하기 위한 조치를 개발할 때.

화염 전파의 정상적인 속도를 결정하는 방법의 본질은 반응 용기 내부에 알려진 조성의 가연성 혼합물을 준비하고 점 소스로 중앙의 혼합물을 점화하고 시간에 따른 용기 내 압력 변화를 기록하고 처리하는 것입니다. 폐쇄 용기 내 가스 연소 과정의 수학적 모델과 최적화 절차를 사용한 실험적인 압력-시간 관계. 수학적 모델을 사용하면 계산된 압력-시간 관계를 얻을 수 있으며, 유사한 실험 관계를 사용하여 최적화하면 특정 테스트에 대한 폭발이 진행되는 동안 정상 속도가 변경됩니다.

정상 연소율은 연소되지 않은 시약에 대한 화염 전면의 전파 속도입니다. 연소 속도는 행에 따라 다릅니다. 물리적, 화학적 특성시약, 특히 열전도도 및 화학 반응 속도는 각 연료에 대해 매우 특정한 값을 갖습니다( 일정한 조건연소). 테이블에 표 1은 일부 기체 혼합물의 연소율(및 인화성 한계)을 보여줍니다. 혼합물의 연료 농도는 25°C 및 정상 온도에서 측정되었습니다. 기압. 명시된 예외를 제외하고, 가연성 한계는 양쪽이 닫힌 직경 0.05m의 파이프에서 화염 전파를 사용하여 얻습니다. 연료 과잉 계수는 실제 혼합물의 체적 연료 함량 대 화학양론적 혼합물(j1) 및 다음의 혼합물에 대한 비율로 정의됩니다. 최대 속도연소(j2).

1 번 테이블

응축 혼합물(무기 산화제 + 마그네슘)의 연소 속도

시트

문서 번호.

서명

날짜

시트

TGiV 20.05.01.070000.000 PZ

41,6
1,60 28,8 74,9 2,48 39,4 KNO3 37,6 0,74 12,5 75,5 1,30 20,0 Ca(NO3)2 42,6 0,46 73,1 1,00 바(NO3)2 31,8 0,34 62,8 0,74 Sr(NO3)2 36,5 0,32 6,4 65,4 0,72 12,3 납(NO3)2 26,8 0,26 60,2 0,70 NaClO4 44,3 0,24 78,0 0,96 KClO4 41,3 0,23 4,2 77,1 0,68 10,9 NH4ClO4 29,2 0,22 3,6 79,3 0,42 6,5

보시다시피, 대기압에서 공기 가스 혼합물을 연소할 때 유최대는 0.40-0.55m/s 범위에 있고 - 0.3-0.6kg/(m2-s) 범위에 있습니다. 일부 저분자량 불포화 화합물 및 수소에만 해당 유최대는 0.8~3.0m/s 범위에 있으며 1~2kg/(m2s)에 도달합니다. 증가로 그리고공기와 혼합된 연구된 가연성 물질의 최대치는

다음 줄로 배열하십시오: 휘발유 및 액체 로켓 연료 - 파라핀 및 방향족 화합물 - 일산화탄소 - 시클로헥산 및 시클로프로판 - 에틸렌 - 프로필렌 산화물 - 에틸렌 산화물 - 아세틸렌 - 수소.

변화

시트

문서 번호.

서명

날짜

시트

TGiV 20.05.01.070000.000 PZ

연소율에 대한 연료 분자 구조의 영향은 직선 사슬을 갖는 저분자 탄화수소에 대해 추적되었습니다. 알칸 – 알켄 – 알카디엔 – 알킨 등 분자의 불포화도가 증가함에 따라 연소 속도가 증가합니다. 사슬 길이가 증가함에 따라 이 효과는 감소하지만 여전히 n-헥센의 공기 혼합물 연소율은 n-헥산보다 약 25% 더 높습니다.

산소 혼합물의 선형 연소율은 공기 혼합물의 연소율보다 훨씬 높습니다(수소 및 일산화탄소의 경우 2-3배, 메탄의 경우 10배 이상). 연구된 산소 혼합물(CO + O2 혼합물 제외)의 질량 연소율은 3.7-11.6 kg/(m2 s) 범위에 있습니다.

테이블에 표 1은 (N. A. Silin 및 D. I. Postovsky에 따라) 질산염과 과염소산염과 마그네슘의 압축 혼합물의 연소 속도를 보여줍니다. 혼합물을 제조하기 위해 입자 크기가 질산염 150~250 마이크론, 과염소산염 200~250 마이크론 및 마그네슘 75~105 마이크론인 분말 구성 요소를 사용했습니다. 혼합물을 직경 24-46mm의 판지 껍질에 압축 계수 0.86으로 채웠습니다. 샘플은 정상 압력 및 초기 온도에서 공기 중에서 연소되었습니다.

표의 데이터 비교에서. 1과 1.25에 따르면 응축된 혼합물은 질량 면에서 가스 혼합물보다 우수하고 선형 연소 속도에서는 열등합니다. 과염소산염이 포함된 혼합물의 연소 속도는 질산염이 포함된 혼합물 및 질산염이 포함된 혼합물의 연소 속도보다 낮습니다. 알칼리 금속더 많이 태워라 고속알칼리 토금속 질산염과의 혼합물보다.

표 2

공기와의 혼합물의 점화 한계 및 연소 속도(I) 및 정상 압력에서 산소(II) 및 실온

시트

문서 번호.

서명

날짜

시트

TGiV 20.05.01.070000.000 PZ

1,06 0,39 0,35-0,52 3,7-5,1 0,38-0,45 4,15 에탄 0,0564 0,50 2,72 1,12 0,46 프로판 0,0402 0,51 2,83 1,14 0,45 0,57 0,41 부탄 0,0312 0,54 3,30 1,13 0,44 0,54 n-펜탄 0,0255 0,54 3,59 1,15 0,44 n-헥산 0,0216 0,51 4,00 1,17 0,45 n-헵탄 0,0187 0,53 4,50 1,22 0,45 사이클로프로판 0,0444 0,58* 2,76* 1,13 0,55 사이클로헥산 0,0227 0,48 4,01 1,17 0,45 에틸렌 0,0652 0,41 <6,1 1,15 0,79 0,88 0,72-0,89 7,61 6,45 프로필렌 0,0444 0,48 2,72 1,14 0,50 부텐-1 0,0337 0,53 3,53 1,16 0,50 아세틸렌 0,0772 0,39* 1,33 1,63 1,86 1,65-1,73 11,6 부틴-1 0,0366 1,20 0,67 벤젠 0,0271 0,43 3,36 1,08 0,47 0,61 4,6 0,6 4,6 톨루엔 0,0277 0,43 3,22 1,05 0,40 헤트랄린 C10H12 0,0158 1,01 0,38 산화 에틸렌 0,0772 1,25 1,05 1,13 1,12 프로필렌 옥사이드 0,0497

변화

액체의 연소율 계산 방법

변화

시트

문서 번호.

서명

날짜

시트

TGiV 20.05.01.070000.000 PZ

공식 (14) - (23)에 포함된 연구 중인 액체의 상태 매개변수가 알려진 경우 사용 가능한 데이터에 따라 연소율( 중) 모든 연소 모드에서 다음 공식을 사용하여 실험적 연구를 수행하지 않고도 계산할 수 있습니다.

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