Полная версия

Главная arrow Техника arrow Авиационная экология. Воздействие авиационных горюче-смазочных материалов на окружающую среду

  • Увеличить шрифт
  • Уменьшить шрифт


<<   СОДЕРЖАНИЕ   >>

Воспламеняющая энергия н концентрационные пределы воспламенения

Воспламеняемость однородной горючей смеси внешним тепловым источником характеризуется концентрационными пределами и энергией, необходимой для ее воспламенения.

Концентрационными пределами воспламенения (КПВ) называют такие предельные концентрации топлива в смеси, при которых местный источник зажигания (электрический разряд, нагретое тело, пламя) способен обеспечить распространение процесса горения на весь объем смеси. По аналогии с КПРП различают нижний и верхний КПВ. Они зависят от физикохимических свойств топлива и окислителя, энергии и вида источника зажигания, места его расположения и т.п.

Согласно Я.Б. Зельдовичу [121], энергия, необходимая для воспламенения однородной горючей смеси, определяется:

  • 0 = А-
  • (1.24)
  • 4-7-с2-(Гг-7-с)

иър2 С

н г с рт

где рс и Тс - плотность и температура смеси; Тг - температура продуктов сгорания в начальном очаге горения; к7 - коэффициент теплопроводности продуктов сгорания при Тг; ин - нормальная скорость распространения пламени; Срт - средняя

массовая изобарная теплоемкость газа в шаровом слое 5Т, окружающем сферический начальный очаг горения; 5, - тепловая ширина фронта пламени.

Уравнение (1.24) применимо и к случаю воспламенения движущейся смеси, если коэффициент теплопроводности Хг заменить коэффициентом турбулентного обмена Ш' (/ - масштаб

турбулентности, У* - пульсационная скорость), а величину ин -скоростью распространения пламени в турбулентном потоке.

Состав смеси, соответствующий минимуму кривой О = ДСТ), принято называть оптимальным. Для нормальных парафиновых углеводородов концентрация топлива в смеси оптимального состава при 25°С может быть определена из соотношения [114]

Сопт - в % (об.); Эт - коэффициент диффузии паров топлива в воздухе при 25° С, см2/с.

Для многих углеводородовоздушных смесей оптимального состава воспламеняющая энергия С)опт при давлении 0,101 МПа и температуре 20°С находится в пределах (0,18-0,30)-10~3 Дж (рис. 1.29) [114]. Это значение С2опт можно принимать также для многокомпонентных топлив типа АСКТ и др.

О г мДж

Зависимость энергии воспламенения О углеводородовоздушной смеси от коэффициента избытка воздуха а при 1=20°С и Р=0,101 МПа [114, 122[

Рис. 1.29. Зависимость энергии воспламенения О углеводородовоздушной смеси от коэффициента избытка воздуха а при 1=20°С и Р=0,101 МПа [114, 122[:

  • 1 - метан; 2 - этан; 3 - пропан;
  • 4 - н-бутан; 5 - н-гексан; 6 - н-гептан;
  • 7 - циклопропан; 8 - диэтиловый эфир;
  • 9 - бензол

При повышении концентрации кислорода в окислителе оптимальный состав горючей смеси смещается в область меньшей концентрации топлива.

Зависимость оптимальной (минимальной) энергии воспламенения от давления и температуры горючей смеси описывается уравнением [114]:

опт

(1.26)

где 0>О|1Х - энергия воспламенения при Р и Т, Дж; СЬ - энергия воспламенения при Т = 273 К и Р = 105Па.

Уравнение (1.26) имеет хорошую корреляцию с экспериментальными данными.

Связь оптимальной воспламеняющей энергии с концентрацией кислорода в окислителе описывается уравнением [114]

опт

(1.27)

где {0()пгп)^ - оптимальная величина воспламеняющей энер

гии топливо-кислородной смеси; у/у - объемная концентрация

кислорода в окислителе; п - показатель степени, он близок к единице (п ~ 0,8).

Опытные данные для метана, этана и пропана при изменении у/уот 0,1 до 0,21 и давления от 0,98 до 19,6 кПа подтверждают уравнение (1.27). По-видимому, оно остается справедливым и для смесей углеводородов.

Концентрации топлива на пределах воспламенения можно рассчитать, если известны КПРП и величины С20ПТ и Сопт по уравнениям [114]

с; - с:»о,б(с, - с„)

<2

0,4

(1.28)

V

о,5(с;+с:)=с_ +о,15(с. -с,-гстт)ё-?~. а.29)

Уравнения (1.28) и (1.29) справедливы при —^—<1000.

О-опт

Обозначив правые части этих уравнений, соответственно, Б и 0,5А, получим

(1.30)

с:-с:=Б и с;+с;=л.

Отсюда

С'„ = 0,5(А-Б) и С'=0,5(А + В). (1.31)

В приведенных уравнениях: Св и Сн - концентрации топлива в смеси на верхнем и нижнем КПРП; С' и С„ - концентрации топлива в смеси на верхнем и нижнем КПВ при воспламеняющей энергии емкостного электрического заряда; Ст -концентрация топлива в смеси, соответствующей 0)опт.

Уравнения (1.28) и (1.29) базируются на результатах экспериментальных исследований, приведенных на рис. 1.30.

Концентрационные пределы воспламенения зависят от скорости потока, сближаясь между собой при ее увеличении (рис. 1.31 и 1.32).

Влияние скорости потока на энергию воспламенения корректно описывается уравнением [114]:

  • (Свн)/(СВн5 1.0|-
  • (с;-с>;)-2сопт
  • (свн) "2СОПТ

1.0 0.8 0.Б 0.4 0.2

О 0.4 0.8 1.2 1.6 2.0 2.4 2.8 3.2 3.6 4.0 190/0^

Рис. 1.30. Область воспламенения смесей СпНт+02+1Ч в зависимости от воспламеняющей энергии [114]

0.32)

где Оо - энергия воспламенения неподвижной смеси, 10'3 Дж; ? - скорость потока, м/с; А - коэффициент, устанавливаемый экспериментально.

О, мДж 12и —

Воспламеняющая энергия Q в зависимости от коэффициента избытка воздуха а и скорости движения W бензиновоздушной смеси при 1=100°С и Р=0,101 МПа (электроды остроконечные) [114]

Рис. 1.31. Воспламеняющая энергия Q в зависимости от коэффициента избытка воздуха а и скорости движения W бензиновоздушной смеси при 1=100°С и Р=0,101 МПа (электроды остроконечные) [114]

V/, м/с

Коэффициент избытка воздуха а на КПВ бензиновоздушной смеси в зависимости от скорости потока XV и давления Р [ 114]

Рис. 1.32. Коэффициент избытка воздуха а на КПВ бензиновоздушной смеси в зависимости от скорости потока XV и давления Р [ 114]:

1=100°С, СН2,3-1(У3 ДЖ, 5=0,4 мм, электроды остроконечные

 
<<   СОДЕРЖАНИЕ   >>