Горение жидкостей

1. Горение жидкостей

2.

Учебные вопросы:
1. Условия возникновения горения жидкостей.
2. Механизм теплового распространения горения.
3. Основные характеристики горения жидкостей.

3.

Рис.1. Схема испарения жидкости
из открытого сосуда
Рис.2. Схема парообразования
в закрытом сосуде

4.

Н
Н
Б.)
А.)
τS
τ2
τN
τ1
φ
НКПР
ВКПР
φ
НКПР
ВКПР
Рис. 3 Изменение концентрации паров от высоты над уровнем жидкости и времени.
А.) - открытая емкость;
Б.) - закрытая емкость;
τ- время, τn>τ

5.

Уравнение Клапейрона – Клаузиуса:
Pнас = P0 exp(-Qисп/(RT0)
где Рнас - давление насыщенного пара;
Qисп - мольная теплота испарения жидкости.
Уравнение Антуана:
Pнас = 10 А - В/(t + C),
где А,В,С - константы, определяемые эмпирически.

6.

Нижним (НТПР) или верхним (ВТПР) температурным
пределом распространения пламени называется температура
жидкости, при которой концентрация паров над ее поверхностью
равна соответствующему концентрационному пределу.
Рис.4. Зависимость концентрации паров
от температуры жидкости

7.

B
Ca ,
t пр
A lg( 0,01 пр p0)
где пр - нижний или верхний КПР, %;
Р0 - атмосферное давление, кПа;
А, В, Са -
константы уравнения Антуана для давления
насыщенных паров.

8.

Скорость испарения жидкости с открытой поверхности:
6
w 10 M р нас , кг /( м с) ,
2
где - коэффициент, учитывающий влияние температуры жидкости и
скорости воздушного потока над ее поверхностью;
М - молярная масса вещества;
Рнас - давление нсыщенного пара, кПа.

9.

Температура вспышки - это наименьшая температура
конденсированного вещества, при которой в условиях
специальных
испытаний
над
его поверхностью
образуются пары и газы, способные вспыхивать от
источника зажигания; устойчивое горение при этом не
возникает.
Жидкости с температурой вспышки до 61 С относятся
к легковоспламеняющимся (ЛВЖ), а выше 61 С - к
горючим (ГЖ).

10.

Температура воспламенения
температура
вещества,
при
-
это наименьшая
которой
в
условиях
специальных испытаний вещество выделяет горючие газы
и пары с такой скоростью, что при воздействии источника
зажигания наблюдается воспламенение жидкости.

11.

Механизм теплового распространения горения
а
б
в
U=Umin
(α< 1)
бедная
горючая
смесь (α< 1)
U=Umin
(α< 1)
φ=1
бедная горючая
смесь
F
бедная горючая смесь
F
стехеометрическая
горючая смесь (φ
=1)
U=Umax
богатая
горючая смесь
( α >1)
горючая жидкость
горючая жидкость
Т1
Т2
T3
Рис. 5 Схема образования горючей зоны и фронта пламени по поверхности
жидкости с низкой температурой вспышки.
а- движение пламени по жидкости с температурой Т1
б- движение пламени по жидкости с температурой Т2
в- движение пламени по жидкости с температурой Т3
Т3>Т2>Т1

12.

1- Горючая
жидкость
2- Зона прогрева
до температуры
вспышки
3- Зона прогрева
до температуры
воспламенения
4- Пульсирующее
пламя
5- Основной фронт
пламени
5
Unпламени
4
q
2
1
3
Рис. 6 Схема распространения жидкости с высокой температурой вспышки

13.

О2
О2
Воздух
Qизл
2
111111
Воздух
О2
qж=0,2-0,3Qизл
qпад
О2
Рис. 7 Схема процессов теплообмена при горении жидкостей
1- нагрев жидкости;
2-нагрев соседних
резервуаров

14.

Теплоту излучения можно рассчитать по закону Стефана - Больцмана:
Qизл = (Тгор4 - Тж4),
(6)
где - степень черноты пламени ( = 0,75 - 1,0);
- постоянная Стефана - Больцмана (5,7 1011 кДж/м2 с К);
Тгор и Тж - соответственно, температура пламени и жидкости, К.
На поверхность жидкости падает только часть теплоты излучения, равная:
qж = (0,2 - 0,3)Qизл.

15.

Тепловой баланс процесса теплообмена при горении
жидкости будет иметь следующий вид:
qж = qнагр + qисп =
Vнагр c (Tп - T0) + Vисп. qисп+ qпотерь
где qж- теплота, поступающая от факела к жидкости;
- плотность жидкости, кг/м3;
Vнагр – объем прогретой жидкости, м3;
с - теплоемкость жидкости, кДж/кг град;
Tп и T0 - соответственно, температура поверхности и начальная
температура жидкости, К;
Vисп - объем испарившейся жидкости, м3;
qисп - удельная теплота испарения, кДж/кг.
(7)

16.

Падающий тепловой поток определяется как:
qпад. qф
где qф – поверхностная площадь собственного излучения;
.
- коэффициент облучения

17.

Основные характеристики горения жидкости
Геометрические размеры пламени
Массовая скорость выгорания
Площадь разлива жидкостей
Высота факела пламени горящей жидкости
3 u d
16
,
4
sin
( m ф)
Hф
2
Линейная скорость выгорания

18.

Линейная скорость выгорания Uл - это высота
слоя жидкости, которая выгорает в единицу
времени. Uл = [м/c].
Массовая скорость выгорание Um– это количество
жидкости, которая выгорает с единицы площади в
единицу времени. Um =[кг/м2с]
Um = Uл , кг/м2c

19.

Рис.8. Изменение температуры
поверхности жидкости
во времени
Рис.9. Распределение температуры
жидкости по глубине:
1- керосин; 2 - бензин

20.

Параметры выгорания некоторых горючих жидкостей
---------------------------------------------------------------------------------Горючие
Скорость выго- Скорость нарас- Температура
жидкости рания, см/мин. тания прогретого прогретого
слоя, см/мин.
слоя, С
---------------------------------------------------------------------------------Нефть
0,23
0,5
130 - 160
Мазут
0,17
0,5
230 - 300
Керосин
0,40
220 - 240
Дизельное
0,33
220 - 240
топливо
Бензины
0,50
1,2
80 - 100
----------------------------------------------------------------------------------

21.

На модели резервуара с диаметром 0,5 метра экспериментально установлено:
- скорость прогрева растет с увеличением скорости воздушного потока;
- с ростом диаметра резервуара толщина гомотермального слоя
увеличивается;
- охлаждение стенок резервуара может как уменьшать интенсивность
прогрева, так и, в некоторых случаях, увеличивать;
- нефть с большим содержанием воды имеет большую скорость прогрева и
меньшую температуру на поверхности;
- характер распределения температуры в мазуте зависит от количества в нем
воды. Гомотермальный слой образуется, если влажность более 0,5%.

22.

Рис.10. Схема образования
прогретого слоя

23.

Уравнение скорости прогрева жидкости:
Z 0
T CT 1 C Л
2
exp
O Co C Л
O CO R
- толщина гомотермального слоя,
ZO
= U= V
- время от начала формирования слоя,
коэффициент теплоотдачи,
R - радиус резервуара,
U - скорость изменения толщины слоя,
V - скорость выгорания жидкости.
-
О , Т
- плотности исходной жидкости и высококипящей фракции,
СО,СТ,СЛ - теплоемкости исходной жидкости, высококипящей и легкокипящей фракций,