КОНЦЕНТРАЦИОННЫЕ ПРЕДЕЛЫ ПЛАМЕНИ В МЕТАНОВОЗДУШНЫХ СМЕСЯХ С УГЛЕВОДОРОДНЫМИ ДОБАВКАМИ

  • В. А. Левин НИИ механики МГУ им. М.В. Ломоносова
Ключевые слова: метано-воздушная смесь, углеводородные добавки, концентрационный предел, правило А. Ле-Шателье.

Аннотация

Приведены данные экспериментального исследования условий горения метановоздушных смесей с добавками водорода, ацетилена и бутана в режимах, близких к критическим по концентрациям горючих компонентов смеси. Экспериментальные исследования воспламенения и горения проводились в сферической камере сгорания из нержавеющей стали, имеющей внутренний диаметр 286 мм.

Все опыты проводились при начальном атмосферном давлении, комнатной температуре и нормальной влажности воздуха. В экспериментах использовался метан высокой чистоты (99.93 %), содержащий не более 0.07 % примесей азота. Горение инициировалось в центре сферы взрывом проволочки из нихрома при разряде конденсаторной батареи. Управление разрядом осуществлялось с помощью игнитронного разрядника. Энергия батареи при необходимости могла изменяться от 0.1 до 100 Дж Основным измеряемым параметром являлось давление, регистрируемое в процессе распространения пламени в сферической камере сгорания. В ходе каждого опыта контролировались также следующие параметры: :величина энергии, запасенной на конденсаторной батарее, разряд которой инициировал горение смеси; форма и длительность импульса тока, вызывающего взрыв нихромовой проволочки по записи сигнала с пояса Роговского; давление в остывших в КС после завершения процесса горения продуктах. В результате проведенного исследования определены нижние концентрационные пределы распространения пламени для бинарных топлив метан-водород, метан-ацетилен, и трехкомпонентного топлива метан-ацетилен-бутан. при изменении концентраций компонентов в пределах: 0 < [СH4] % < 5.0; 0 < [H2] % < 4.0; 0 < [С2Н2] % < 2.2; 0 < [C4H10] % < 1.1. Полученные в работе значения нижних концентрационных пределов распространения пламени в исследованных составах отличались от значений, предсказываемых правилом А. Ле-Шателье, в пределах 16 %. Результаты исследования могут использоваться как для оценки условий взрывобезопасности при работе с указанными горючими смесями, так и для верификации и оптимизации оригинальных расчетных моделей процесса распространения взрывных волн и волн детонации в многокомпонентных промышленных и рудничных пылегазовых смесях.

Литература

1. Николин В.И., Лысиков Б.А., Ярембаш И.Ф. Газоносность пород больших глубин. - "Донбасс". Донецк. - 1969. 145 с.
2. Coward H.F., Jones G.W. Limits of flammability of gases and vapors. - Bulletin 503. Bureau of Mines. USA. Washington. - 1952. 83 с.
3. Zabetakis M.G. Flammability characteristics of combustible gases and vapors. - Bulletin 627. Bureau of Mines. USA. Washington. 1965. 85 с.
4. Бурчаков А.С, Мустель П.И., Ушаков К.З. Рудничная аэрология. М.: «Недра». - 1971. 205 с.
5. Газоносность угольных бассейнов и месторождений СССР. Том 1. Угольные бассейны и месторождения европейской части СССР. М.: «Недра». - 1979. 628 с.
6. Розловский А.И. Научные основы техники взрывобезопасности при работе с горючими газами и парами. Москва. Химия. - 1972. 365 с.
7. У. Бейкер, П. Кокс, П. Уэстайн, Дж. Кулеш, Р. Стрелоу. Взрывные явления. Оценка и последствия. Книга 1. Перевод с английского. Под ред. Я.Б. Зельдовича, Б.Е. Гельфанда. – Москва, Мир. - 1986. 208 с.
8. Льюис Б., Эльбе Г. Горение, пламя и взрывы в газах. Москва, Мир, - 1968. 592.
9. Гельфанд Б.Е., Сильников М.В. Газовые взрывы. СПб. Изд-во Астерион. - 2007. 240 с.
10. Краткий справочник химика, составитель Перельман В.И., Москва, Государственное научно-техническое издательство химической литературы. - 1963. 230 с.
11. Le Chatelier H., Boudouard O. Sur les limites d'inflammabilite des melanges gazeux // Bulletin de la Societe chimique de France. Paris. – 1898. – (19). - P. 483-488.
12. Le Chatelier H., Boudouard O. Sur les limites d'inflammabilite de l'oxyde de carbone // Comptes Rendus. Paris. – 1898. – (126). - P. 1344-1347.
13. Coward H.F., Carpenter C.W., Payman W. I. The Dilution Limits of Inflammability of Gaseous Mixtures. Part III. The Lower Limits of some Mixed Inflammable Gases with Air. Part IY. The Upper Limits of some Gases, Singly and Mixed, in Air // Journ. Chem. Soc. – 1919. – (115). - P. 27-36.
14. Клебанов Ф.С., Лагутин В.И., Шаталов В.С. Определение взрывчатости горючих газов в аварийных пожарных зонах угольных шахт // Горный вестник. Кемерово. - 1994. - №2. - С. 37-41.
15. Стефанюк Б.М., Сенкус В.В., Лукин К.Д. Коэффициент взрывобезопасности угольной шахты // Горный информационноаналитический бюллетень. М.: МГГУ. - 2008. - № 10. - С. 23 – 27.
16. White A.G. YIII. Limits for Propagation of Flame in Inflammable Gas-Air Mixtures. Part II. Mixtures of More than One Gas and Air // Journ. Chem. Soc. – 1925. – (127). - P. 48-61.
17. Гельфанд Б.Е., Сильников М.В., Медведев, С.П.,Хомик С.В. Термогазодинамика горения и взрыва водорода. – СПб.: Изд-во Политехнического университета. - 2009. 584 с.
18. Иванов Б.А. Физика взрыва ацетилена. -М.: Химия, 1969. – 207 с.
19. В. А. Левин, Смехов, А. Н. Хмелевский. Моделирование равновесного сгораниякеросина смесью газообразных углеводородов // Физика горения и взрыва. – 2007. - №4 (43). - С. 3-7.
20. В. А. Левин, Н. Е. Афонина, В. Г. Громов, Г. Д. Смехов, А. Н. Хмелевский, В. В. Марков. Газодинамика и тяга выходного устройства реактивного двигателя с кольцевым соплом // Физика горения и взрыва. -2012. - №4 (48). - С. 38-50.
Опубликован
2017-12-29
Раздел
Статьи