Адіабатичний тепловий вибух

МАТЕМАТИЧНА ТЕОРІЯ ТЕПЛОВОГО ВИБУХУ

Температура самозаймання твердих тіл

Для більшості твердих тіл температура самозаймання Т нижче, ніж у рідин і газів. Для твердих тіл, здатних при нагріванні плавитися і випаровуватися (фосфор, сірка,стеарин, каніфоль і т.д.) Т залежить від тих же факторів, що і для рідин і газів.

Деякі тверді речовини при нагріванні не плавляться, а розкладаються з виділенням газоподібних продуктів (торф, дерево, вугілля, сіно, солома, бавовна, целюлоза). Для таких палив величина Т тим нижче, чим більше виділяється летючих продуктів при їх нагріванні. Ця залежність наведена в табл. 2.8. Величина Т для твердих тіл залежить також від ступеня їх подрібнення. Чим більше подрібнене тверда речовина, тим нижче її температура самозаймання. Це показано в табл. 2.9 для сірчаного колчедану. Багато металів, які в компактному стані не горять, здатні самозапалюватись, і горіти в порошкоподібному вигляді.

У табл. 2.10 наведені значення Т порошків деяких металів на відкритому повітрі.

Таблиця 2.8

Залежність температури самозаймання
твердих вуглеводнів від їх складу та кількості летючих фракцій

Паливо	Склад, %	Летючі фракції, %	Т_*_, ⁰С
С	Н	О	N
Деревина	50.8	6.2	42.0	1.0	86.0	250ч350
Торф	58.9	6.0	33.1	2.0	70.0	225ч280
Буре вугілля	71.7	5.4	21.6	1.3	46.7	250ч450
Кам'яне вугілля	81.1	5.7	11.4	1.8	45.5	400ч500
Деревне вугілля	91.0	2.0	7.0	-	11.0
Кокс	97.4	0.7	0.5	1.4	4.0

Таблиця 2.9

Залежність температури самозаймання
від діаметру частинок сірчаного колчедану

D, мм	0.15ч0.20	0.1ч0.15	0.08ч0.1	0.06ч0.08
Т_*, ⁰С

Таблиця 2.10

Температура самозаймання
деяких порошків

Металл	Zn	Fe	Mg	Ca	Al	Si
Т_*_, ⁰С

Особливий інтерес представляють закономірності займання для вибухових речовин, піротехнічних складів і твердих ракетних палив. В даний час в ряді лабораторій і дослідницьких центрів як в Україні, так і за кордоном, проводяться масштабні експериментально-теоретичні дослідження процесів займання і горіння даних перспективних високоенергетичних матеріалів.

Перебіг екзотермічної хімічної реакції в будь яку ізольовану (замкнуту) систему повинно привести до вибуху.

Розглянемо граничний випадок - адіабатичну (теплоізольовану) систему, в якій протікає екзотермічна хімічна реакція. Швидкість реакції описується кінетичним рівнянням

де С, С₁, С₂ - концентрації продуктів реакції і реагентів;

z, E - предекспонент і енергія активації;

Т - абсолютна температура;

R₀ - універсальна газова постійна;

n₁, n₂- Порядок реакції по першому і другому реагентів.

Нехай q - тепловий ефект реакції на один моль продукту С, що утворюється в ході реакції. Оскільки система теплоізольована і займає постійний обсяг, то швидкість зміни температури Т в системі визначається рівнянням

де - питома теплоємність при постійному обсязі;

ρ - щільність суміші.

Припустимо, що q >> с_V T₀ (початкової енергії системи).

Тоді протікання екзотермічної реакції в ізольованій системі буде приводити до істотного підвищення температури навіть при малому вигорянні вихідних компонентів суміші. Рівняння (2.2) з урахуванням (2.1) можна представити у вигляді

де

Інтегруючи рівняння (2.3) з урахуванням початкової умови Т (t = 0) = T₀, одержимо

Або

Де

Результати розрахунків за рівнянням (2.4), наведені на рис. 2.7, показують, що зі зростанням часу t температура Т плавно зростає до моменту часу t/β = 1, а потім зростання температури різко прискорюється. Це явище називається тепловим вибухом. Проміжок часу t_в = b називається періодом індукції (часом затримки запалення) теплового вибуху в теплоізольованій системі з екзотермічною реакцією:

Рис. 2.7. Залежність температури адіабатичної системи від часу
для різних значень параметра Е/(R₀T₀)

З графіків, наведених на рис. 2.7, випливає, що зі збільшенням початкової температури Т₀ час затримки запалення (період індукції) t_в знижується.

Читайте також:

<== попередня сторінка	\|	наступна сторінка ==>
Температура самозаймання газів і рідин	\|	Тепловий вибух в неадіабатичних умовах

Не знайшли потрібну інформацію? Скористайтесь пошуком google:

Генерація сторінки за: 0.016 сек.