Рассмотрим методику прогноза условий самовозгорания

Для предупреждения пожаров и взрывов от самовозгорания необходимо знать условия, при которых оно возникает.

Показать Слайд 11

Расчёт-прогноз условий самовозгорания материалов

Основными формулами, с помощью которых осуществляется прогноз условий самовозгорания, являются следующие:

a) критические условия самовозгорания для температуры наиболее нагретого элемента материала Т_В определяются равенством:

, (11)

где Е – энергия активации, Дж/моль;

С – предэкспоненциальный множитель адиабатической скорости самонагревания, К/с;

R = 8,314 Дж/(моль К) – универсальная константа;

Т_В – критическая температура самовозгорания вещества (материала), K;

е – основание натуральных логарифмов;

П_О – параметр охлаждения (темп охлаждения); c^-1;

Левая часть равенства (14.) является производной адиабатической скорости самонагревания P₊ по температуре при критической температуре T_B.Обозначим её символом

(12)

Правая часть равенства (14) является темпом охлаждения. В критических условиях темп самонагревания равен темпу охлаждения П_О. .

При неподвижном скоплении самонагревающегося материала темп охлаждения (m_ох=П_О) описывается формулой: (13)

где - критерий неравномерности нагрева;

- коэффициент теплоотдачи, Вт/(м² К);

с_р – удельная теплоёмкость материала, Дж/(кг К);

- насыпная плотность, кг/м³;

F – площадь поверхности скопления материала, м²;

V – объём скопления материала, м³;

Критическая для самовозгорания температура окружающей среды Т_О связана с температурой Т_В соотношением

. (14)

Из этой формулы

. (15)

Критерий неравномерности нагрева ()

, (16)

где n – относительный температурный градиент;

- коэффициент теплопроводности, Вт/(м К);

R_X – определяющий размер скопления, м;

- коэффициент теплоотдачи, Вт/(м² К).

Подставляя эти значения m_ох ив формулу критических условий и решая полученное равенство относительно определяющего размера скопления R_Х,,получим:

(17)

где i – коэффициент формы скопления материала-параллепипед,цилиндр или шар, (число 1,2,3соответственно).

Критическая высота продуваемого слоя (Н) газом, например, воздухом:

, (18)

где c_в – удельная теплоёмкость воздуха, Дж/(кг К);

- плотность воздуха, кг/м³;

v_{в – скорость продувания воздуха через слой материала, м/с;}

с_m– удельная теплоёмкость материала, Дж/(кг К);

_m- насыпная плотность материала, кг/м³.

Время до начала самовозгорания скопления материала при хранении:

, (19)

где Т_Н – начальная температура материала, К.

Энергия активации E и предэкспоненциальный множитель С как правило не являются постоянными, они связаны между собой изопараметрическим компенсационным уравнением

(20)

где - изокинетическая энергия активации, равная 22000 Дж/моль;

- изокинетический предэкспонент, равный 10К/с;

Т_С – температура компенсации, К.

Отсюда

. (21)

Как видно из приведенных формул, расчёт-прогноз условий самовозгорания определяется совокупностью многих факторов:

- температурой;

- кинетическими параметрами процесса самонагревания (Е и С);

-теплофизическими свойствами самонагревающихся материалов;

(теплопроводность, удельная теплоёмкость, насыпная плотность);

- геометрическими размерами и формой скопления материала;

-условиями теплообмена самонагревающейся массы с окружающей средой (коэффициент теплоотдачи, скорость продувания газа через слой материала).

Дополнительная сложность при прогнозе условий самовозгорания вызывается тем, что кинетические параметры процесса самовозгорания являются не постоянными.

Напомним, что эмпирические формулы ВНИИПО для прогноза самовозгорания дают зависимость критических температур самовозгорания только от геометрических размеров, что является недостаточным. Расчёт условий самовозгорания по аналитическим зависимостям (аналитическим формулам (14.-24) позволяет на качественно более высоком уровне прогнозировать опасность самовозгорания и принимать научно обоснованные меры по его предупреждению.

Однако, ввиду неявной и достаточно сложной зависимости определяющего размера скопления (R_х) самонагревающегося материала от температуры, кинетических параметров и теплофизических свойств материалов, расчёт критических условий достаточно сложен. Поэтому его целесообразно выполнять по программам. С этой целью разработана программа для компьютера.(JVA SCRIPT)

Программа предусматривает определение критических размеров скоплений (R_X,H) и времени до начала самовозгорания при заданной температуре окружающей среды Т_О. Расчёт ведётся поэтапно.

Дата добавления: 2014-01-07