Курсовая работа (т): Расчётно-теоретическое исследование параметров взрыва газо-воздушных смесей

При температуре взрыва Т3=1800оС полная внутренняя энергия продуктов взрыва составит:

(1.8)

Из таблицы II приложения выберем значения внутренней энергии для СО2, Н2О, N2 и воздуха при Т3 и рассчитаем величину U3.

Теперь  т.е. внутренняя энергия уже меньше, чем количество теплоты, выделившейся при взрыве. Из этого можно сделать вывод, что температура взрыва, которую мы ищем, находится между 1900оС и 1800оС. Найдём её значение линейной интерполяцией между Т2 и Т3.

В) Приведём расчёт Твзр для смеси с концентрацией горючего, равной 4,76% об.

Для начала определим среднее значение внутренней энергии, которую будет иметь 1 моль продуктов после взрыва. Для этого всю выделившуюся при взрыве теплоту разделим на количество молей продуктов взрыва:

По зависимости внутренней энергии продуктов горения от температуры (таблица II приложения) выберем, ориентируясь на азот (его больше всего в продуктах горения), первое значение температуры взрыва Т1=2200оС. При этой температуре полная внутренняя энергия продуктов взрыва составит:

(1.8)

Из таблицы II приложения выберем значения внутренней энергии для СО2, Н2О, N2 и воздуха при Т1 и рассчитаем величину U1.

Мы получили, что  т.е. при Т1=2200оС внутренняя энергия продуктов взрыва больше, чем то тепло, которое выделилось при взрыве. Это означает, что температура взрыва ниже, чем 2200оС. Выберем следующую температуру Т2=2100оС и рассчитаем, какое количество внутренней энергии продукты горения содержат при температуре 2100оС.

При температуре взрыва Т2=2100оС полная внутренняя энергия продуктов взрыва составит:

(1.8)

Из таблицы II приложения выберем значения внутренней энергии для СО2, Н2О, N2 и воздуха при Т2 и рассчитаем величину U2.

Мы получили, что  т.е. при Т2=2100оС внутренняя энергия продуктов взрыва больше, чем то тепло, которое выделилось при взрыве. Это означает, что температура взрыва ниже, чем 2100оС. Выберем следующую температуру Т3=2000оС и рассчитаем, какое количество внутренней энергии продукты горения содержат при температуре 2000оС.

При температуре взрыва Т3=2000оС полная внутренняя энергия продуктов взрыва составит:

(1.8)

Из таблицы II приложения выберем значения внутренней энергии для СО2, Н2О, N2 и воздуха при Т3 и рассчитаем величину U3.

Теперь  т.е. внутренняя энергия уже меньше, чем количество теплоты, выделившейся при взрыве. Из этого можно сделать вывод, что температура взрыва, которую мы ищем, находится между 2100оС и 2000оС. Найдём её значение линейной интерполяцией между Т2 и Т3.

Г) Приведём расчёт Твзр для смеси с концентрацией горючего, равной 5,32% об.

Для начала определим среднее значение внутренней энергии, которую будет иметь 1 моль продуктов после взрыва. Для этого всю выделившуюся при взрыве теплоту разделим на количество молей продуктов взрыва:

По зависимости внутренней энергии продуктов горения от температуры (таблица II приложения) выберем, ориентируясь на азот (его больше всего в продуктах горения), первое значение температуры взрыва Т1=2500оС. При этой температуре полная внутренняя энергия продуктов взрыва составит:

(1.8)

Из таблицы II приложения выберем значения внутренней энергии для СО2, Н2О, N2 и воздуха при Т1 и рассчитаем величину U1.

Мы получили, что  т.е. при Т1=2500оС внутренняя энергия продуктов взрыва больше, чем то тепло, которое выделилось при взрыве. Это означает, что температура взрыва ниже, чем 2500оС. Выберем следующую температуру Т2=2400оС и рассчитаем, какое количество внутренней энергии продукты горения содержат при температуре 2400оС.

При температуре взрыва Т2=2400оС полная внутренняя энергия продуктов взрыва составит:

(1.8)

Из таблицы II приложения выберем значения внутренней энергии для СО2, Н2О, N2 и воздуха при Т2 и рассчитаем величину U2.

Мы получили, что  т.е. при Т2=2400оС внутренняя энергия продуктов взрыва больше, чем то тепло, которое выделилось при взрыве. Это означает, что температура взрыва ниже, чем 2400оС. Выберем следующую температуру Т3=2300оС и рассчитаем, какое количество внутренней энергии продукты горения содержат при температуре 2300оС.

При температуре взрыва Т3=2300оС полная внутренняя энергия продуктов взрыва составит:

(1.8)

Из таблицы II приложения выберем значения внутренней энергии для СО2, Н2О, N2 и воздуха при Т3 и рассчитаем величину U3.

Мы получили, что  т.е. при Т3=2300оС внутренняя энергия продуктов взрыва больше, чем то тепло, которое выделилось при взрыве. Это означает, что температура взрыва ниже, чем 2300оС. Выберем следующую температуру Т4=2200оС и рассчитаем, какое количество внутренней энергии продукты горения содержат при температуре 2200оС.

При температуре взрыва Т4=2200оС полная внутренняя энергия продуктов взрыва составит:

(1.8)

Из таблицы II приложения выберем значения внутренней энергии для СО2, Н2О, N2 и воздуха при Т4 и рассчитаем величину U4.

Теперь  т.е. внутренняя энергия уже меньше, чем количество теплоты, выделившейся при взрыве. Из этого можно сделать вывод, что температура взрыва, которую мы ищем, находится между 2300оС и 2200оС. Найдём её значение линейной интерполяцией между Т3 и Т4.

Г) Приведём расчёт Твзр для смеси с концентрацией горючего, равной 6,65% об.

Для начала определим среднее значение внутренней энергии, которую будет иметь 1 моль продуктов после взрыва. Для этого всю выделившуюся при взрыве теплоту разделим на количество молей продуктов взрыва:

По зависимости внутренней энергии продуктов горения от температуры (таблица II приложения) выберем, ориентируясь на азот (его больше всего в продуктах горения), первое значение температуры взрыва Т1=3000оС. При этой температуре полная внутренняя энергия продуктов взрыва составит:

(1.8)

Из таблицы II приложения выберем значения внутренней энергии для СО2, Н2О, N2 и воздуха при Т1 и рассчитаем величину U1.

Мы получили, что  т.е. при Т1=3000оС внутренняя энергия продуктов взрыва больше, чем то тепло, которое выделилось при взрыве. Это означает, что температура взрыва ниже, чем 3000оС. Выберем следующую температуру Т2=2900оС и рассчитаем, какое количество внутренней энергии продукты горения содержат при температуре 2900оС.

При температуре взрыва Т2=2900оС полная внутренняя энергия продуктов взрыва составит:

(1.8)

Из таблицы II приложения выберем значения внутренней энергии для СО2, Н2О, N2 и воздуха при Т2 и рассчитаем величину U2.

Мы получили, что  т.е. при Т2=2900оС внутренняя энергия продуктов взрыва больше, чем то тепло, которое выделилось при взрыве. Это означает, что температура взрыва ниже, чем 2900оС. Выберем следующую температуру Т3=2800оС и рассчитаем, какое количество внутренней энергии продукты горения содержат при температуре 2800оС.

При температуре взрыва Т3=2800оС полная внутренняя энергия продуктов взрыва составит:

(1.8)

Из таблицы II приложения выберем значения внутренней энергии для СО2, Н2О, N2 и воздуха при Т3 и рассчитаем величину U3.

Мы получили, что  т.е. при Т3=2800оС внутренняя энергия продуктов взрыва больше, чем то тепло, которое выделилось при взрыве. Это означает, что температура взрыва ниже, чем 2800оС. Выберем следующую температуру Т4=2700оС и рассчитаем, какое количество внутренней энергии продукты горения содержат при температуре 2700оС.

При температуре взрыва Т4=2700оС полная внутренняя энергия продуктов взрыва составит:

(1.8)

Из таблицы II приложения выберем значения внутренней энергии для СО2, Н2О, N2 и воздуха при Т4 и рассчитаем величину U4.

Мы получили, что  т.е. при Т4=2700оС внутренняя энергия продуктов взрыва больше, чем то тепло, которое выделилось при взрыве. Это означает, что температура взрыва ниже, чем 2700оС. Выберем следующую температуру Т5=2600оС и рассчитаем, какое количество внутренней энергии продукты горения содержат при температуре 2600оС.

При температуре взрыва Т5=2600оС полная внутренняя энергия продуктов взрыва составит:

(1.8)

Из таблицы II приложения выберем значения внутренней энергии для СО2, Н2О, N2 и воздуха при Т4 и рассчитаем величину U5.

Теперь  т.е. внутренняя энергия уже меньше, чем количество теплоты, выделившейся при взрыве. Из этого можно сделать вывод, что температура взрыва, которую мы ищем, находится между 2700оС и 2600оС. Найдём её значение линейной интерполяцией между Т4 и Т5.

Расчёт давления взрыва при различных концентрациях горючего в газо-воздушной смеси.

Согласно формуле 3 величина давления в сосуде определяется температурой взрыва и изменением числа молей в ходе химического превращения.

Количество молей в исходной горючей смеси

,(2.1)

где  - практическое количество молей воздуха в газо-воздушной смеси.

Для смеси с концентрацией горючего, равной НКПР

а давление взрыва

.

Таким образом, давление при взрыве смеси на нижнем концентрационном пределе возрастает в  

Для стехиометрической смеси α = 1, тогда

и

При взрыве стехиометрической смеси давление в системе возрастёт в

Расчёты величины давления взрыва проводим и для других концентраций горючего.

Для смеси с концентрацией горючего, равной 1,2φн:

а давление взрыва

.

Таким образом, давление при взрыве смеси для данной концентрации возрастает в  

Для смеси с концентрацией горючего, равной 1,4φн:

а давление взрыва

.

Таким образом, давление при взрыве смеси для данной концентрации возрастает в  

Для смеси с концентрацией горючего, равной 0,8φстех:

а давление взрыва

.

Таким образом, давление при взрыве смеси для данной концентрации возрастает в  

Полученные значения заносим в таблицу 2.1.

Таблица 2.1

Построение зависимости Твзр=f(φг) и Рвзр=f(φг) и оценка возможности разрушения технологического оборудования при взрыве газо-воздушной смеси.

Для установления концентрационных границ взрыва газо-воздушной смеси горючих веществ заданного состава рассчитаем верхний концентрационный предел распространения пламени. Согласно справочным данным

, , а  [2].

В соответствии с правилом Ле-Шателье

Зависимости температуры и давления взрыва от концентрации горючего построим на основании расчётных данных, приведённых в таблицах 1.2 и 2.1.