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 Q_В– высшая теплота сгорания,

Q_Н– низшая теплота сгорания,

Q_ИС - 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, Т_Г- соответственно адиабатическая и действительная температуры горения,

Т_О – начальная температура,

С_РВ, С_Рi- соответственно теплоемкости воздуха и i-го продукта горения,

V_ПГi-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