Расчет объема и состава продуктов горения
С целью упрощения расчета все горючие вещества разделены на три типа: индивидуальные, сложные, смеси горючих газов (табл. 2).
Таблица 2
Тип горючего вещества | Расчетная формула | Размерность |
Индивидуальное вещество | ![]() ![]() | ![]() ![]() ![]() |
Вещества сложного состава | ![]() ![]() ![]() ![]() | ![]() ![]() ![]() ![]() |
Cмесь газов | ![]() ![]() | ![]() ![]() |
где - теоретический объем продуктов горения,
- количество i-го продукта горения в уравнении реакции, кмоль,
- количество горючего, кмоль,
- объем 1 моль газа,
М- молекулярная масса горючего,
- объем i-го продукта реакции,
С, Н, S, O, N - содержание соответствующих элементов (углерода, водорода, серы, кислорода и азота) в горючем веществе, % вес.,
- содержаниеj-го горючего компонента в газовой смеси, % об.,
- содержание i-го негорючего компонента в составе газовой смеси, % об.,
W- влажность вещества, %.
Практический (полный) объем продуктов горения состоит из теоретического объема продуктов горения и избытка воздуха:
или
(11)
Состав продуктов горения, т.е. содержание i-го компонента, определяется по формуле:
, (12)
где - содержание i-го компонента в продуктах горения, % об.,
- объем i-го компонента, м3, кмоль,
- полный объем продуктов горения, м3, кмоль.
При горении в избытке воздуха в продуктах горения содержится кислород и азот:
, (13)
, (14)
где - теоретический объем азота в продуктах горения, м3, кмоль,
. (15)
Расчет теплоты сгорания веществ
При расчетах теплового баланса при пожаре определяют низшую теплоту сгорания (табл. 3):
, (16)
где QВ– высшая теплота сгорания,
QН– низшая теплота сгорания,
QИС - теплота испарения воды, выделяющаяся при сгорании вещества.
Таблица 3
Тип горючего вещества | Расчетная формула | Размерность |
Индивидуальное вещество | ![]() | кДж/моль |
Вещества сложного состава (формула Д.И.Менделеева) | ![]() | кДж/кг |
Cмесь газов | ![]() | кДж/моль, кДж/м3 |
где - соответственно теплоты образования одного кмоляi-го конечного продукта горения и j-го исходного вещества,
- соответственно количество кмолейi-го продукта реакции и j-го исходного вещества в уравнении реакции горения,
С, Н, S, W – соответственно содержание, % вес углерода, водорода, серы и влаги в составе вещества,
О – сумма кислорода и азота, % вес,
- низшая теплота сгорания i-го горючего компонента газовой смеси, кДж/кмоль, кДж/м3,
- содержание i-го горючего компонента в газовой смеси, % об.
Расчет теплоты сгорания газовоздушных смесей проводят по формуле:
, (17)
где - теплота сгорания газовоздушной смеси, кДж/м3, кДж/кмоль,
- низшая теплота сгорания горючего вещества, кДж/м3, кДж/кмоль,
- концентрация горючего в смеси, % об.
Удельная скорость тепловыделения при горении:
, (18)
где q – удельная интенсивность тепловыделения, кВт/м3,
m – массовая скорость выгорания, кг/(м2с).
Скорость тепловыделения при горении:
, (19)
где Q - интенсивность тепловыделения, кВт,
F - площадь горения, м2.
Расчет температуры горения
Температура горения определяется из уравнения теплового баланса:
. (20)
При этом адиабатическая температура горения:
, (21)
а действительная температура горения:
, (22)
гдеТ*Г, ТГ- соответственно адиабатическая и действительная температуры горения,
ТО – начальная температура,
СРВ, СРi- соответственно теплоемкости воздуха и i-го продукта горения,
VПГi-объемi-го продукта горения,
- избыток воздуха,
- низшая теплота горения вещества,
- теплота, пошедшая на нагрев продуктов горения.
При этом
, (23)
где - доля теплопотерь в результате излучения энергии, химического и механического недожога.
Действительная температура горения при пожаре для большинства газообразных, жидких и твердых веществ изменяется в достаточно узких пределах 1300-1800 К.
В связи с этим расчет действительной температуры горения может быть значительно упрощен, если теплоемкость продуктов горения выбирать при температуре 1500 К:
, (24)
где С*Р – темлоемкостьi-го продукта горения при 1500 К (табл. 4).
Таблица 4
Вещество | Теплоемкость | |
кДж/(м3·К) | кДж/(моль·К) | |
Двуокись углерода | 2,27 | 5,085·10-2 |
Двуокись серы | 2,28 | 5,107·10-2 |
Вода (пар) | 1,78 | 3,987·10-2 |
Азот | 1,42 | 3,181·10-2 |
Воздух | 1,44 | 3,226·10-2 |