Влияние бокового ветра на скорость распространения пламени горючей жидкости

Влияние бокового ветра на скорость распространения пламени горючей жидкости

Ветер – является одним из ключевых факторов, определяющих направление и скорость распространения пламени. Ветер, наклоняя пламя вперед, увеличивает конвективный и радиационный перенос энергии на еще не сгоревшее горючее, что в свою очередь увеличивает скорость распространения пожара.  Как правило, повышение скорости ветра увеличивает скорость выгорания жидкости, т.к. при увеличении силы ветра процесс смешивания увеличивается, температура пламени увеличивается, и пламя при этом приближается к поверхности. Все это повышает интенсивность теплового потока, поступающего на нагрев и испарение жидкости, что приводит к росту скорости выгорания. Если скорость ветра большая, то пламя может срываться, что приведет к прекращению горения.

Авторы публикации

Рубрика

Пожарная безопасность

Журнал

Журнал «Научный лидер» выпуск # 20 (65), май ‘22

Дата публицакии 14.05.2022

Поделиться

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 Uн.р определяется по формуле:

https://web.ucp.by/file/umk/BOZS/ancillary%20materials/PRZ/problem%20book/Pressure%20Relief%20windows/Equations/Premix/Eqn10.gif

(10)

Расчетная скорость распространения пламени UP для бутилацетата определяется по формуле:

https://web.ucp.by/file/umk/BOZS/ancillary%20materials/PRZ/problem%20book/Pressure%20Relief%20windows/Equations/Premix/Eqn11.gif

(11)

   
   

Этилацетат

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

https://web.ucp.by/file/umk/BOZS/ancillary%20materials/PRZ/problem%20book/Pressure%20Relief%20windows/Equations/Premix/Eqn21.gif

(21)

Расчетная скорость распространения пламени UP для этилацетата определяется по формуле:

https://web.ucp.by/file/umk/BOZS/ancillary%20materials/PRZ/problem%20book/Pressure%20Relief%20windows/Equations/Premix/Eqn22.gif

(22)

Бутанол

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

https://web.ucp.by/file/umk/BOZS/ancillary%20materials/PRZ/problem%20book/Pressure%20Relief%20windows/Equations/Premix/Eqn32.gif

(32)

Расчетная скорость распространения пламени UP для бутанола определяется по формуле:

https://web.ucp.by/file/umk/BOZS/ancillary%20materials/PRZ/problem%20book/Pressure%20Relief%20windows/Equations/Premix/Eqn33.gif

(33)

Толуол

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

https://web.ucp.by/file/umk/BOZS/ancillary%20materials/PRZ/problem%20book/Pressure%20Relief%20windows/Equations/Premix/Eqn43.gif

(43)

Расчетная скорость распространения пламени UP для толуола определяется по формуле:

https://web.ucp.by/file/umk/BOZS/ancillary%20materials/PRZ/problem%20book/Pressure%20Relief%20windows/Equations/Premix/Eqn44.gif

(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 .

Список литературы

  1. С.С. Тимофеефа, Т.И. Дроздова, Г.В. Плотникова, В.Ф. Гольчевский. Физико-химические основы развития и тушения пожаров : учеб. пособие. – Иркутск : Изд-во ИрГТУ, 2013. – 178 с.
  2. ГОСТ12.1.044-89(ИСО 4589-84). Пожаровзрывоопасность веществ и материалов.
  3. Ю. В. Полежаев, И. Л. Мостинский. Нормальная скорость распространения пламени и анализ влияния на нее параметров системы.
  4. А.Я. Корольченко, Д.А. Корольченко. Пожаровзрывоопасность веществ и материалов и средства их тушения. Справочник: в 2-х ч. - 2-е изд., перераб. и доп. М.: Асс. «Пожнаука», 2004. Часть II. Страница: 562

Предоставляем бесплатную справку о публикации,  препринт статьи — сразу после оплаты.

Прием материалов
c по
Остался последний день
Размещение электронной версии
Загрузка материалов в elibrary