Влияние бокового ветра на скорость распространения пламени горючей жидкости

Распространение пламени по поверхности горючей жидкости определяется скоростью прогрева поверхностного слоя жидкости от начальной температуры до температуры воспламенения, т.е. скоростью образования горючей паровоздушной смеси под воздействием теплового потока от пламени. Основное влияние на скорость распространения пламени оказывает температура вспышки и теплота испарения горючей жидкости. Чем выше их значения, тем более длительное время необходимо, чтобы прогреть жидкость до образования горючей паровоздушной смеси, тем, следовательно, ниже будет скорость распространения пламени.

Нормальная скорость распространения пламени - скорость перемещения фронта пламени относительно несгоревшего газа в направлении, перпендикулярном к его поверхности.

При температуре жидкости, близкой к температуре вспышки, скорость распространения пламени по поверхности жидкости будет равна скорости его распространения по смеси паров в воздухе на НКПВ, т.е. 3—4 см/с. При этом фронт пламени будет расположен у поверхности жидкости. При дальнейшем увеличении начальной температуры жидкости скорость распространения пламени будет расти аналогично росту нормальной скорости распространения пламени по паровоздушной смеси с увеличением ее концентрации.

Таблица 1.

Горючие жидкости

Вид горючей жидкости	Характеристика
Бутилацетат (С6Н12О2)	легковоспламеняющаяся бесцветная жидкость с молекулярной массой 116,16 г/моль; lgP = 6,25205 – 1430,418/(210,745 + tP); максимальное давление взрыва - 755 кПа, НКПР = 1,35 % (об.), ρmax=1,23 кг/м3;  ρнкпр = 1,22 кг/м3; εр.max = 8,2; εр.нкпр =5,2; εс.max = 9,9; εс.нкпр = 6,3; Uн.max = 0,4 м/с.
Этилацетат (С4Н8О2)	легковоспламеняющаяся бесцветная жидкость с молекулярной массой 88,10 г/моль; lgP = 6,22672 – 1244,951/(217,881 + tP); максимальное давление взрыва – 852,6 кПа, НКПР = 2 % (об.), ρmax=1,28 кг/м3;  ρнкпр = 1,24 кг/м3; εр.max = 8,2; εр.нкпр =5,2; εс.max = 9,8; εс.нкпр = 6,2; Uн.max = 0,39 м/с.
Бутанол (С4Н10О)	легковоспламеняющаяся бесцветная жидкость с молекулярной массой 74,12 г/моль; lgP = 8,72232 – 2664,684/(279,638 + tP); максимальное давление взрыва - 716 кПа, НКПР = 1,8 % (об.), ρmax=1,26 кг/м3;  ρнкпр = 1,23 кг/м3; εр.max = 8,2; εр.нкпр =5,2; εс.max = 9,8; εс.нкпр = 6,2; Uн.max = 0,39 м/с.
Толуол (С7Н8)	легковоспламеняющаяся жидкость с молекулярной массой 92,14 г/моль; lgP = 6,0507 – 1328,171/(217,713 + tP); максимальное давление взрыва - 634 кПа, НКПР = 1,27 % (об.), ρmax=1,24 кг/м3;  ρнкпр = 1,21 кг/м3; εр.max = 8,3; εр.нкпр =5,1; εс.max = 10; εс.нкпр = 6,1; Uн.max = 0,388 м/с.

Бутилацетат

Расчетная нормальная скорость распространения пламени U_н.р определяется по формуле:

(10)

Расчетная скорость распространения пламени U_P для бутилацетата определяется по формуле:

	(11)

Этилацетат

Расчетная нормальная скорость распространения пламени U_н.р определяется по формуле:

(21)

Расчетная скорость распространения пламени U_P для этилацетата определяется по формуле:

(22)

Бутанол

Расчетная нормальная скорость распространения пламени U_н.р определяется по формуле:

(32)

Расчетная скорость распространения пламени U_P для бутанола определяется по формуле:

(33)

Толуол

Расчетная нормальная скорость распространения пламени U_н.р определяется по формуле:

(43)

Расчетная скорость распространения пламени U_P для толуола определяется по формуле:

(44)

 

С увеличением скорости попутного ветра улучшается газообмен, уменьшается угол наклона пламени к образцу. Скорость распространения возрастает. Поток воздуха, направленный против направления движения пламени, оказывает двоякое влияние на скорость распространения пламени. В результате аэродинамического торможения и охлаждения прогретых участков поверхности перед фронтом пламени скорость распространения пламени снижается. С другой стороны, поток воздуха интенсифицирует смешение продуктов пиролиза с окислителем, быстрее происходит образование гомогенной горючей смеси, носик пламени приближается к поверхности твердого материала, что, в свою очередь, приводит к дальнейшему увеличению интенсивности, и это ускоряет распространение пламени.

Заключение: собран и проанализирован большой массив опубликованных экспериментальных данных по величине нормальной скорости горения Un для различных смесей. Представлена расчетная часть 4 горючих жидкостей. Показано, что для большого набора стехиометрических смесей углеводородных смесей с кислородом наблюдается однозначная зависимость нормальной (стандартной) скорости горения Un от адиабатической температуры горения. Эта зависимость может быть аппроксимирована соотношением. На основании анализа равновесного состава продуктов горения показано, что при вариации избытка (недостатка) окислителя на величину нормальной скорости горения влияет не только величина адиабатической температуры, но и концентрация радикалов, особенно ОН. При одинаковых адиабатических температурах горения нестехиометрических смесей нормальная скорость горения "бедных" смесей выше, чем "богатых. Предварительный подогрев топливных смесей ведет к повышению адиабатической температуры горения Та , а следовательно, и нормальной скорости горения Un .