Показатели пожаровзрывоопасности веществ => 2.10. методы расчета максимального давления взрыва и максимальной. Скорости нарастания давления взрыва. 2.10.1. методы...

2.10. Методы расчета максимального давления взрыва и максимальной

скорости нарастания давления взрыва

 

2.10.1. Методы расчета максимального давления взрыва без учета

степени диссоциации продуктов горения

Максимальное давление взрыва без учета степени диссоциации продуктов вычисляется по формуле

 

(40)

 

где Р_н - давление, под которым находится исходная смесь; Sm_jк - сумма числа молей конечных газообразных продуктов горения; Sm_iн - сумма числа молей газообразных исходных веществ; Т_н - температура исходной смеси; Т_ад(v) - адиабатическая температура горения стехиометрической смеси горючего с воздуха при постоянном объеме.

Значение Sm_jк без учета степени диссоциации продуктов горения в соответствии с уравнением (34) вычисляется по формуле

 

Sm_jк = m_c + m_s + 0,25m_P + 0,5(m_H - m_x) + m_x + (3,84b + 0,5m_N). (41)

 

Значение Sm_iн находится по формуле

 

Sm_iн = 1 + 4,84b. (42)

 

Значение Т_ад(v) без учета степени диссоциации продуктов горения вычисляется в соответствии с п. 2.9.2, при этом вместо уравнения (35) используется уравнение (43), выражающее равенство внутренних энергий исходных веществ и продуктов горения:

 

(43)

 

2.10.2. Метод расчета максимальной скорости нарастания давления взрыва

Максимальная скорость нарастания давления взрыва рассчитывается по формуле

 

(44)

 

где S_u - максимальная нормальная скорость распространения пламени, м/с; V - объем реакционного сосуда, м³; Р_н - начальное давление, кПа.

Относительная средняя квадратическая погрешность расчета составляет 28 %. Формула (44) применима при начальных температурах исходной смеси не выше 70 °С.

 

2.11. Метод расчета максимальной степени расширения продуктов горения

 

Максимальная степень расширения продуктов горения (DV) вычисляется по формуле

 

DV = V_max/V_н = 0,8×P_max/P_н, (45)

 

где Р_н - давление, под которым находится исходная смесь; Р_max - величина, вычисляемая по п. 2.10.1; V_н - объем исходной смеси; V_max - объем продуктов горения при Т_ад.

 

2.12. Методы расчета максимальной нормальной скорости горения

парогазовых смесей с воздухом

 

2.12.1. Метод расчета максимальной нормальной скорости горения

для органических веществ, состоящих из атомов С, Н, N, О, S

Максимальная нормальная скорость горения S_u для органических веществ, состоящих из атомов С, Н, N, О, S и структурных групп, представленных в табл. 27, вычисляется по формуле

 

(46)

 

где m_j - число структурных групп j-го вида в молекуле; h_j - коэффициент, соответствующий j-й структурной группе; n_с - число атомов углерода в молекуле; a₁ - показатель степени, равный двум; - значение нормальной скорости горения для алканов, равное 0,40 м/с.

 

Таблица 17

 

Значение коэффициентов h_j в формуле (46)

 

Структурная группа	hj, м/с	Структурная группа	hj, м/с
С=С	1,14	-соо-	-0,64
сºс	3,34	-о-	0,45
-о-н	0,15	**	-0,84
-NH2, -NH-, -N<	-0,50	**	2,50
Сl*	-1,21	**	-0,41
-сно	0,75	Неароматический цикл	0,45
-со-	0,42

_____________

* Для соединений, содержащих атом Сl в молекуле.

** Углеродный скелет бензольного кольца.

 

Для массива данных, представленных в табл. 17, относительная средняя квадратическая погрешность расчета составляет 10,6 %.

 

2.12.2. Метод расчета максимальной нормальной скорости горения для органических

веществ, состоящих из атомов С, Н, N, О и для веществ, состоящих

из структурных групп, не учтенных в табл. 17

Максимальная нормальная скорость горения для органических веществ, состоящих из атомов С, Н, N, О, и для веществ, состоящих из структурных групп, не учтенных в табл. 17, вычисляется по формуле

 

lgS_u = 4,958 + 7560/Т, (47)

 

где Т находится в соответствии с п. 2.9.

Для веществ, состоящих из структурных групп, приведенных в табл. 18, значение Т может быть вычислено более просто, по формуле

 

(48)

 

где m_j - число структурных групп j-го вида в молекуле; DT_j - поправка к значению адиабатической температуры, соответствующая j-й структурной группе (из табл. 18).

 

Таблица 18

 

Величина поправки к значению адиабатической температуры

(для различных структурных групп)

 

Структурная группа	DTj, K	Структурная группа	DTj, K
С=С	560	-СО-	232
СºС	2070	-соо-	-400
-ОН	77	-о-	306
-NH2, -NH-, -N<	-324	*	-886
-СНО	503		1240
Неароматический цикл	460

______________

* Углеродный скелет бензольного кольца.

 

Относительная средняя квадратическая погрешность расчета нормальной скорости горения по формуле (47) при использовании значений Т_ад, вычисленных по формуле (48), для массива, в табл. 19, составила 11 %.

 

Таблица 19

 

Значения экспериментальной нормальной скорости горения

 

Вещество	Структурная формула	Su, м/с
Метан	СН4	0,37
Этан	СН3 СН3	0,45
Пропан	СН3 СН2 СН3	0,44
н-Бутан	СН3(СН2)2 СН3	0,43
н-Пентан	СН3(СН2)3 СН3	0,42
н-Гексан	СН3 (СН2)4 СН3	0,39
н-Гептан	СН3(СН2)5 СН3	0,41
2,2,4-Триметилпентан	(СН3)3 СН СН2 СН(СН3)2	0,38
2,2,3-Триметилпентан	(СН3)3 СН СН3 СН2 СН3	0,40
2,2-Диметилбутан	(СН3)3 СН СН2 СН3	0,38
2,2-Диметилпропан	(СН3)4С	0,36
Изобутан	(СН3)3 СН	0,35
Изопентан	(СН3)2 СНС2Н5	0,39
2,3-Диметилбутан	(СН3)2 СН СН(СН3)2	0,36
Изооктан	(СН3)3 СНС4Н9	0,41
2,4,4-Триметил-2-пентен	(СН3)2С= СНС(СН3)2С2Н5	0,43
Этилен	СН2= СН2	0,43
Пропен	СН3 СН= СН2	0,72
2-Пентен	СН3 СН= СНС2Н5	0,49
1-Бутен	СН3 СН2 СН= СН2	0,43
2-Метил-1-пропен	(СН3)2С= СН2	0,38
Гексен	С4Н9 СН= CН2	0,42
1,3-Бутадиен	СН2= СН СН= СН2	0,56
1,2-Бутадиен	СН2=С= СН СН3	0,58
1,4-Пентадиен	СН2= СН СН2 СН= СН2	0,51
2,3-Пентадиен	СН3 СН=С= СН СН3	0,52
1,2-Пентадиен	СН2=С= СН СН2 СН3	0,53
1,5-Гексадиен	СН2= СН(СН2)2 СН= СН2	0,44
Ацетилен	CHºCH	1,61
Пропин	СН3Сº СН	0,71
н-Гептин	СНºС(СН2)4 СН3	0,52
1-Бутин	С2Н5Сº СН	0,58
2-Бутин	СН3СºС СН3	0,52
1-Пентин	CHºCC3H7	0,53
3-Гексин	C2H5СºMM2H5	0,45
Метанол	СН3ОН	0,61
2-Пропанол	СН3 СНОН СН3	0,42
Аминоэтан	C2H5NH2	0,32
2-Аминопропан	(CH3)2HCNH2	0,31
Триэтиламин	(C2H5)3N	0,39
1-Хлорбутан	СН3(СН2)2 СН2Сl	0,34
3-Хлорпропен	Сl СН2- СН= СН2	0,34
2-Хлорпропан	(СН3)2СНСl	0,27
1-Хлорпропан	СН3(СН2)2Сl	0,29
Этаналь	СН3 СНО	0,42
Пропеналь	СН2= СН СНО	0,67
Пропаналь	СН3 СН2 СНО	0,50
Ацетон	СН3СО СН3	0,44
2-Бутанон	СН3СО СН2 СН3	0,43
Винилацетат	СН3СОО СН= СН2	0,42
Этилацетат	СН3СООС2Н5	0,37
Диметиловый эфир	СН3О СН3	0,49
Диэтиловый эфир	С2Н5ОС2Н5	0,49
Диизопропиловый эфир	(СН3)2 СН-О- СН(СН3)2	0,39
Диметоксиметан	СН2(О СН3)2	0,48
Бензол	С6Н6	0,45
Толуол	С6Н5 СН3	0,39
Ксилол	С6Н4(СН3)2	0,34
1,2-Эпоксиэтан	Н2С-СН2 \ / О	0,90
3,4-Эпокси-1-бутен	Н2С-СНСН=СН2 \ / О	0,67
1,2-Эпоксипропан	СН3СН-СН2 \ / О	0,67
2-Пропантиол	СН3 CH(SH) СН3	0,34
Диметилсульфид	(CH3)2S	0,33
Циклопропан	СН2 - СН 2 - СН2	0,53
Циклопентадиен	СН= СН- СН = СН - СН2	0,47
Циклогексан	С6Н12	0,42
Циклопентан	СН2(СН2)3 СН2	0,43
Циклопентен	СН= СН(СН2)2 СН2	0,40
Циклогексен	СН2(СН2)3 СН= СН	0,40
Метилциклогексан	С6Н12	0,38
Фуран		0,63
Тиофен	S СН= СН СН= СН	0,43
Тетрагидрофуран	О СН2 СН2 СН2 СН	0,52
2,3-Дигидропиран		0,56
Тетрагидропиран	О(СН2)4 СН4	0,54
Этиленимин	HN СН2 СН2	0,46