Физико-химические основы теории горения и взрыва

Контрольная работа

ФИЗИКО-ХИМИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ ТЕОРИИ ГОРЕНИЯ И ВЗРЫВА

Задача

Определить объемный состав, удельную газовую постоянную, плотность, среднюю молярную массу и объем смеси, зная массовый состав, давление, массу и температуру смеси:

Р= 0.1МПа; m=1 кг; t=10⁰C;

Решение

1. Находим массовый состав смеси:

;

;

;

;

;

;

2. Определяем количество каждого компонета:

;

;

;

;

;

;

Общее количество вещества равно:

3. Для газов принято, что величина мольной доли компонента смеси численно равна его объемной доле. Следовательно:

;

;

;

;

;

.

4. Находим среднюю молярную массу смеси:

2. Пользуясь уравнением Менделеева-Клайперона, объем смеси и ее плотность:

5. Удельную газовую постоянную определим по формуле:

Задача

Двигатель внутреннего сгорания, работающий по циклу с подводом теплоты при постоянном объеме, имеет известные степень сжатия е, степень повышения давления л, показатель адиабаты к, начальные значения температуры Т_{1, давления Р1 и удельного объема v1. Значения теплоемкости рабочего стола Сv. Определить значения температуры, давления и удельного объема в характерных точках цикла, количество подводимой теплоты, термический КПД. Изобразить цикл в координатах Р-v.}

Решение Рабочее тело с начальными параметрами сжимается по адиабате от точки 1 до точки 2. По изохоре 2−3 рабочему телу сообщается количество теплоты q₁. От точки 3 рабочее тело расширяется по адиабате 3−4. Наконец, по изохоре 4−1 рабочее тело возвращается в первоначальное положение. При этом отводится количество теплоты q₂ в теплоприемник. Характеристиками цикла являются степень сжатия и степень повышения давления .

Термический КПД этого цикла, полагая, что теплоемкость С_v и величины к постоянны:

Количество подведенной теплоты:

Количество отведенной теплоты:

Термический КПД цикла можно рассчитать:

Параметры рабочего цикла во всех характерных точках цикла:

Точка 2.

;

;

Точка 3.

;

Точка 4.

; ;

Задача

Боковая поверхность печи, размерами 1×0.5 м., расположена на расстоянии r=0.6 м. от деревянной стены. Температура поверхности печи t_{1=560⁰C, температура поверхности стены t2=100⁰C. Определить результирующую плотность теплового потока излучением между поверхностью печи, выполненной из чугуна, и элементом сгораемой стены, расположенным напротив центра поверхности печи. Сделать вывод о возможности возгорания деревянной стены.}

Решение При расчете параметров лучистого теплообмена между плоскопараллельным элементом поверхности и площадкой конечных размеров необходимо воспользоваться коэффициентом облученности ц₂₁:

Величина коэффициента облученности определяется по формуле:

где ц^/₂₁ — коэффициент облученности одной четвертой части площади поверхности.

а, в — величин сторон поверхности облучения.

В качестве условия воспламенения горючего материала в результате теплообмена излучением принять превышение плотности теплового потока над величиной критической плотности q_кр, взятой из справочника.

где е₁ и е₂ — степени черноты поверхностей, участвующих в теплообмене С₀ =5.75 Вт/м²· К⁴ — коэффициент излучения абсолютно черного тела, е_пр — приведенная степень черноты;

Т — абсолютное значение температуры поверхности, К;

q — плотность теплового потока, Вт/м².

Учитывая, что для древесины критическая величина теплового потока составляет, можно сделать вывод, что условие воспламеняемости горючей стены выполняется.

Задача

При возникновении пожара температура в помещении достигла величины t_{f^/=1000⁰С рассчитать удельный тепловой поток и температуру на поверхностях смежной с соседним помещением (температура в котором достигла tf^//=40⁰С) перегородки толщиной д=0.25 м.}

Решение

1. Коэффициент теплообмена между продуктами горения и внутренней поверхностью перегородки:

2. Принимаем в первом приближении произвольную температуру на наружной поверхности перегородки. Тогда коэффициент теплообмена между наружной поверхностью перегородки и воздухом:

3. Определяющая температура — средняя температура красного кирпича:

4. Коэффициент теплопроводности красного кирпича можно найти, пользуясь справочником:

5. Коэффициент теплопередачи:

6. Плотность теплового потока:

7. Температура на поверхности перегородки со стороны смежного помещения определяется по закону Ньютона:

откуда:

8. Принимаем во втором приближении

9. Температура на поверхности перегородки со стороны горящего помещения:

10. Средняя температура красного кирпича:

11. Коэффициент теплопроводности красного кирпича:

12. Коэффициент теплообмена между наружной поверхностью перегородки и воздухом:

13. Коэффициент теплопередачи:

14. Плотность теплового потока:

15. Искомая температура:

16. Расхождения между принятой во втором приближении и вычисленной температурой составляют:

С учетом того, что величина расхождения не превышает 5%, можно принять окончательную величину: .

Ответ: ;

Задача

Определить температуру на поверхностях стенок теплообменного аппарата, выполненного из чугуна, и плотность теплового потока между воздухом и водой, омывающих стенку толщиной д=0.01 м. Температура воздуха и воды . Коэффициенты теплоотдачи принять: от металла к воде , от воды к металлу . Коэффициент теплоотдачи в системе металл-воздух рассчитать по уравнению:

плотность молярный термический смесь Решение

1. Коэффициент теплоотдачи от воды к теплообменному аппарату:

3. Принимаем в первом приближении произвольную температуру на наружной поверхности стенки чугуна. Тогда коэффициент теплообмена между наружной стенкой чугуна и воздухом:

4. Коэффициент теплопроводности чугуна:

5. Коэффициент теплопередачи от воды:

6. Плотность теплового потока:

Температура на поверхности теплообменного аппарата со стороны воздуха определяется по закону Ньютона:

откуда:

Ответ: ;

Задача

В середине цеха с внутренними размерами 50×20×15 на ограниченной площади пола , произошло возгорание бензина. Установившаяся скорость выгорания равна . Естественный воздухообмен при расчетных температурах внутреннего воздуха и наружного составляет величину . Определить значение температуры пожара через 1 час после момента возгорания.

Решение

1. Определяем поверхность теплообмена:

2. Для определения характерного линейного размера используются значения длины меньшей стороны помещения и его высоты:

3. Расход жидкости:

4. Для использования метода последовательных приближений примем предварительную среднеобъемную температуру через 30 мин

5. Определяем температуру на поверхности ограждающих конструкций в первом приближении:

6. Определяем разность среднеобъемной температуры и температуры на поверхности строительных конструкций:

7. Коэффициент теплообмена между продуктами горения и поверхностью ограждающих конструкций вследствие естественной конвекции в большом объеме равен:

8. Коэффициент теплопроводности среды при определяющей температуре t_m:

Пользуясь методом линейной интерполяции, приняв из справочника параметры дымового газа:

находим:

9. При кратность воздухообмена увеличится в n раз:

10. Величина воздухообмена при нормальных условиях составит:

где ф=1 ч.

11. Действительный объем воздуха, приходящегося на 1 кг сгорающего бензина:

12. Объем продуктов горения, образующихся при сгорании 1 кг бензина можно определить из справочника:

13. При этих условиях коэффициент избытка воздуха составит:

— теоретически необходимое количество воздуха для сгорания 1 кг бензина.

14. Объем продуктов горения с учетом избытка воздуха:

15. Теплоемкость продуктов горения можно принять, воспользовавшись формулой для расчета, учитывая величины и :

16. Рассчитаем адиабатическую температуру горения бензина:

17. Приведенная степень черноты составит:

18. Критерий Больцмана:

19. Критерий Нуссельта:

19. Безразмерная среднеобъемная температура:

20. Среднеобъемная температура вычисляется по формуле:

21. Величина расхождения между выбранной величиной и найденной расчетом () составляет:

Расчет считается удовлетворительным, если величина расхождения не превышает 5%. В данном случае отклонение невелико, поэтому окончательную величину среднеобъемной температуры примем:

Ответ: