Полезное:
Как сделать разговор полезным и приятным
Как сделать объемную звезду своими руками
Как сделать то, что делать не хочется?
Как сделать погремушку
Как сделать так чтобы женщины сами знакомились с вами
Как сделать идею коммерческой
Как сделать хорошую растяжку ног?
Как сделать наш разум здоровым?
Как сделать, чтобы люди обманывали меньше
Вопрос 4. Как сделать так, чтобы вас уважали и ценили?
Как сделать лучше себе и другим людям
Как сделать свидание интересным?
Категории:
АрхитектураАстрономияБиологияГеографияГеологияИнформатикаИскусствоИсторияКулинарияКультураМаркетингМатематикаМедицинаМенеджментОхрана трудаПравоПроизводствоПсихологияРелигияСоциологияСпортТехникаФизикаФилософияХимияЭкологияЭкономикаЭлектроника
|
Расчет температуры и давления взрыва в замкнутом объемеПрактическая работа Цель работы: освоить методы расчета температуры и давления при взрыве. Научиться использовать для расчетов справочные данные-.
Общие положения При горении газовых смесей в замкнутом объеме продукты горения не совершают работу, поэтому энергия взрыва расходуется на нагрев продуктов взрыва. В этом случае полная энергия определяется как сумма внутренней энергии взрывчатой парогазовоздушной смеси Qвн. эн. см. и теплоты горения данного вещества Qгор. Величина Qвн. эн. см равна сумме произведений теплоемкости компонентов горючей взрывчатой смеси при постоянном объеме на начальную температуру смеси (в К):
(1)
где – мольная теплоемкость і-го компонента взрывчатой горючей смеси, Дж/(моль . К): Т — начальная температура смеси. К; N — число компонентов смеси.
Значения внутренней энергии негорючих газов находим по табл. 27. прил. III.
Пример 1. Рассчитать температуру и давление при взрыве паров этилового спирта (этанола) при начальной температуре 27 *С и давлении 0.1 МПа. Концентрация стехиометрическая.
1. Составим термодинамическое уравнение реакции горения этилового спирта в воздухе
С,Н5ОН ♦ 3 (О, ♦ 3.76Nj) -> 2СО, 4 ЗН20 ♦ ♦ II.28N,- 1410.03 кДж/моль. Величину Q ГОр = 1410.03 кДж/моль находим по табл. 26. прил. III. 2. Определяем внутреннюю энергию паровоздушной смеси по формуле (1), где п1 — число молей этанола, равное 1; n2 - число молей кислорода, равное 3; п3 — число молей азота, равное 11.28. Мольные теплоемкости каждого компонента смеси при постоянном объеме CV могут быть вычислены по формуле
(2)
гдеС^ — мольная теплоемкость при постоянном давлении справочное значение (см. табл. 26. прил. Ill); R — газовая постоянная, R = 8.31 ДжДмоль х К) (см. прил. II); По табл. 26. прил- III находим значение Сл, ДжДмоль х К): СрошкиН = 7Ы: С*,,,-29.12; C,|0j, = 29.37. Рассчитываем мольные теплоемкости каждого компонента по (3.55): ■ 71,1 - 8,31 = 62,79 Дж/(мольх АҐ); Сгcoj» = 29.37 - 8,31 = 21,06 ДжДмоль х *), n7> = 29,12 - 8,31 ■ 20,81 ДжДмоль х К). По (3.54) рассчитываем внутреннюю энергию паровоздушной смеси при 300 К: <?*,>и*-= 62.79х 300 4-Зх 21.06 х 300 + И.28х 20.81х 300 = = 108 212 Дж. 0. Определяем теплоту взрыва смеси по формулам (?1М»..с«= «?..* - (?rV»r.J. <3.56) отсюда @И>Р = IQt 0п1 ь ♦ Q*M эи.см)* где п19 — число молей горючего вещества, равное 1; Qt в — теплота горения этилового спирта, определяем по табл. 26. прил. III, переводим в Джоули и производим расчет теплоты взрыва. Q„m 1410030х I ♦ 108 212 = I 518242Дж. 1. Определяем среднюю внутреннюю энергию продуктов взрыва по формуле C^P=CW2>.; <3.57) где І/1 і — обшсс число молей продуктов взрыва; = 2 моль; пн7о = 3 моль; nNj = 11.28 моль; £*<«2 + 3 + 1 1.28 = 16,28 моль; С.Г.* = 1 5|8 24Я/16.28 = 93 258,1 Дж/моль. По табл. 27, прил. Ill (внутренняя энергия газов) определяем приблизительную температуру взрыва по продуктам горения: дія СО, - 2200 К; для воды — 2600 К; для азота — 3600 К. Определяем среднее значение температуры: ТС9 = (2200 f 2600 + 3600)/3 = 2800 К; ТЬ)? = 2800 К. 2. Вычисляем внутреннюю энергию Q, продуктов взрыва при 2800 К. 0 2V* = 2 х 127 300 4 3 х 100 967 + 11,28x 70 865 = 1 356 858.2 Дж; Q2m меньше следовательно. 7\)р> 2800 К. Принимаем = 3000 к. 6 Вычисляем внутреннюю энергию продуктов взрыва при 3000 К Q)Mо = 2х 138 177 ♦ 3 х 109 769 -f 11,28 x 76 605.5= I 469 765.4 Дж: Qy<m меньше следовательно, температура взрыва больше 3000 К. 7. Вычисляем внутреннюю энергию продуктов взрыва при 3200 К. Qym- 2 х 149 025 -f 3 х 118 850,7 4 11,28 x82 316,7- I 583 134.48 Дж. 8. Интерполяцией определяем температуру взрыва: (С*.., -<?jsoo)0200 - 2800) Гв_. 2800 ♦. ■2800, С 518 242 -1 356 У '400■ 3085.3 К; I 583 134.48 - 1 356 858,2 7*цр * 3085 К. По температуре взрыва находят давление взрыва. Давление при взрыве газовоздушной смеси в закрытом объеме зависит от температуры взрыва и отношения числа молекул продуктов горения к числу молекул по взрывчатой смеси. При взрыве газовоздушных смесей давление обычно не превышает 1.0 МПа. если первоначальное давление смеси было нормальным. При замене воздуха во взрывчатой смеси кислородом резко увеличивается давление взрыва, поскольку увеличивается температура горения. При взрыве даже стехиомстрической газовоздушной смеси значительное количество теплоты затрачивается на нагревание азота, находящегося в смеси, поэтому температура взрыва таких смесей намного ниже температуры взрыва смесей с кислородом. Так, давление взрыва стехиометрических смесей метана, этилена, ацетона и метилового эфира с кислородом составляет 1.5—1.9 МПа. а стехиометрических смесей их с воздухом — 1.0 МПа. Максимальное давление взрыва используют при расчетах взрыво- Устойчивости аппаратуры, а также в расчетах предохранительных клапанов. разрывных мембран и оболочек взрывонспроницаемого электрооборудования. Давление взрыва/?іір (в МПа) газовоздушных смесей рассчитывают по следующей формуле: /Чи» ~—V- “ • (3.58) •о гдс^0 — начальное давление взрывчатой смеси. МПа; То и ТшJp - начальная температура взрывчатой смеси и температура взрыва, К; £ — число молекул газов продуктов сгорания после взрыва; £ - число молекул газов смеси до взрыва. Пример 2. Вычислить давление при взрыве смеси паров этилового спирта и воздуха по формуле (3.58), если: />0= 0.1 МПа; Гв1р = 2933 К; Г0 = 273 + 27 = 300 К; + 3 + 11,28 = 16,28 моль (по уравнению горения); £ лсд| = | + 3 ♦ 11,28 = 15,28 моль (по уравнению горения); 0, 1 2933 1628 1,04 МПа. 300 15,28 Ответ. Давление при взрыве паров этилового спирта в воздухе равно 1.04 МПа. Содержание работы Задание 1 Рассчитать температуру и давление при взрыве паров горючего с воздухом, если концентрация паров горючего стехиомстрическая, начальная температура смеси Т0% начальное давление МПа (табл. 3.7). Та&мца X7. Исходим* даииыс а* ■ расчета
Задание 2 Вычислить давление взрывоопасного горючего газа с воздухом, если давление начальное/)^ МПа; начальная температура — Г0. К (табл. 3.8).
Методические указания • 1. Получите задание и исходные данные для выполнения расчета. 2. Ознакомьтесь с методами определения взрыво- и пожароопасных свойств горючих смесей. 3. Изучите методику расчета температуры и давления взрыва. 4. Изучите необходимые для расчетов формулы. 4. Недостающие для расчетов данные примите по табл. 3.7—3.8 и прил. ill, табл. 26—27. 5. Произведите расчеты и оформите отчет. Содержание отчета Отчет должен отвечать требованиям общих методических указаний по выполнению работ, содержать обоснованные выводы по результатам расчетов. В отчете приведите результаты расчетов и ответы на контрольные вопросы.
|