По специальности 280104.65 – Пожарная безопасность

Екатеринбург

ТЕОРИЯ ГОРЕНИЯ И ВЗРЫВА. Методические указания и задания для выполнения контрольной работы слушателями II курса заочного обучения. – Екатеринбург: УрИ ГПС МЧС России, 2007. – 57 с.

 

Составители:

Беззапонная О.В. – доцент кафедры химии и процессов горения, к.т.н.

Вайтнер Е.В. – старший преподаватель кафедры химии и процессов горения, к.т.н.

Русинова Е.В. – профессор кафедры химии и процессов горения, д.х.н.

 

Рецензенты:

Баранова О.Ю. – доцент кафедры физики и теплообмена УрИ ГПС МЧС, к.т.н.

Терзиян Т.В. – доцент кафедры высокомолекулярных соединений УрГУ им. А.М. Горького, к.х.н.

 

 

В заданиях и методических указаниях для выполнения контрольной работы слушателями факультета заочного обучения приведены условия задач контрольной работы, даны рекомендации по выбору варианта контрольной работы и разобраны примеры решения типовых задач.

 

 

Методические указания рассмотрены и одобрены на заседании Методического совета Уральского института ГПС МЧС России 20 декабря 2007 г.

 

 

© УрИ ГПС МЧС России, 2007

ВВЕДЕНИЕ

 

Изучение дисциплины «Теория горения и взрыва» на факультете заочного обучения слагается из цикла установочных и обзорных лекций, выполнения контрольной работы в межсессионный период, практических и лабораторно-практических занятий и сдачи итогового экзамена или зачёта.

Начинать самостоятельное изучение дисциплины в межсессионный период необходимо с анализа рабочей программы курса и подбора рекомендуемой литературы. После изучения каждой темы рекомендуется составлять краткий конспект. При записи формул необходимо приводить принятые обозначения и размерности, входящих в расчётные формулы величин.

Усвоив основные теоретические положения отдельных тем курса, слушатель может переходить к решению задач и выполнению контрольной работы по этой дисциплине.

При самостоятельном изучении дисциплины «Теория горения и взрыва» в межсессионный период слушатели выполняют одну письменную контрольную работу. Вариант контрольной работы определяется в соответствии с номером зачётной книжки слушателя. В контрольную работу включены семь задач по основным темам дисциплины.

При решении каждой задачи необходимо внимательно прочитать текст задачи, полностью переписать в тетрадь её условие, указать, что нужно рассчитать и привести ход решения задачи со всеми математическими преобразованиями. Ход решения задач должен сопровождаться краткими пояснениями. Должны быть записаны формулы, уравнения реакций, указаны соответствующие справочные пособия, которыми пользовался слушатель. В конце решения задачи следует сделать соответствующий вывод. Работа должна быть выполнена аккуратно, разборчивым почерком. В ней необходимо отвести поля для замечаний преподавателя, рецензирующего контрольную работу.

В помощь слушателям при самостоятельном выполнении контрольной работы в методических указаниях приведены примеры решения типовых задач. Приступая к самостоятельному решению задачи контрольной работы, необходимо обдумать план её решения, сравнивая её с предложенным вариантом типовой задачи. В случае появления неясностей при выборе решения следует обратиться к теоретическому материалу той темы, на которую построена задача. Для удобства слушателей при выполнении контрольной работы в приложении к методическим указаниям даны некоторые необходимые справочные данные.

ВЫБОР ЗАДАНИЯ И ВАРИАНТА

ДЛЯ ВЫПОЛНЕНИЯ КОНТРОЛЬНОЙ РАБОТЫ

1. Номер контрольного задания выбирается в соответствии с предпоследней цифрой номера зачётной книжки. Соответствующие ему номера задач для решения указаны в таблице 1.

2. Номер варианта каждой из задач выбирается в соответствии с последней цифрой номера зачётной книжки из таблицы к условию соответствующей задачи.

Пример. Номер зачётной книжки 02817. По предпоследней цифре зачётной книжки выбираем номер задания – задание № 1. По табл. 1 находим, что следует решать задачи 1, 3, 5, 7, 11, 12, 13. Для этих задач выбираем вариант, соответствующий последней цифре зачётной книжки (т.е. вариант № 7).

Таблица 1

Номер задания	Номера задач
	1, 3, 5, 7, 11, 12, 13.
	2, 4, 6, 8, 9, 10, 13.
	1, 3, 5, 8, 11, 12, 13.
	1, 4, 5, 7, 9, 11, 13.
	2, 3, 6, 8, 10, 12, 13.
	1, 4, 6, 7, 9, 11, 13.
	1, 4, 5, 7, 10, 11, 13.
	2, 3, 5, 8, 9, 11, 13.
	1, 3, 5, 8, 10, 12, 13.
	2, 4, 6, 7, 9, 11, 13.

 

Работы, выполненные не в соответствии с данными указаниями, к проверке не принимаются.

 

Задача 1.

Рассчитать объём воздуха и продуктов горения (в об. %), образующихся при сгорании 10 кг вещества (табл. 2), если горение происходит при заданных условиях (табл. 2) и коэффициенте избытка воздуха a (табл. 2). Объём продуктов горения привести к заданным условиям.

Таблица 2

Номер варианта	Название вещества	Химическая формула	Температура t °С	Давление P, кПа	a
	Этанол	С2Н6О		100,0	1,1
	Пропанол-1	С3Н8О		100,0	1,2
	Бутанол-1	С4Н10О		105,0	1,3
	Толуол	С7Н8		105,0	1,4
	Анилин	С6Н5NН2		105,0	1,5
	Глицерин	С3Н5 (ОН)3		110,0	1,6
	Этиленгликоль	С2Н4 (ОН)2		110,0	1,7
	Ацетон	С3Н6О		110,0	1,8
	Диэтиловый эфир	С4Н10О		115,0	1,9
	Пропилацетат	С5Н10О2		115,0

 

 

Задача 2. Рассчитать объём воздуха и продуктов горения при сгорании горючего газа (табл. 3) объёма V при заданных условиях (табл. 3), если горение происходит при избытке воздуха a.

Таблица 3

Номер варианта	Название вещества	Химическая формула	Температура t,°С	V, м^3	a
	Метан	СН4			1,4
	Этан	С2Н6			1,3
	Пропан	С3Н8			1,1
	Бутан	С4Н10			1,5
	Ацетилен	С2Н2			1,1
	Метилэтиловый эфир	С3Н8О			1,4
	Диметиловый эфир	С2Н6О			1,6
	Диметилпропан	С5Н12			1,4
	Сероводород	Н2S			1,2
	Водород	Н2			1,3

 

Задача 3. Определить объём и состав продуктов горения (в об. %) смеси газов (табл. 4), если горение происходит при коэффициенте избытка воздуха a.

Таблица 4

Состав смеси, %	Номер варианта
Оксид углерода	-		-	-	-		-		-
Водород		-	-	-	-		-
Метан	-	-		-	-		-
Этан	-	-	-
Пропан	-	-	-	-	-
Бутан		-	-	-
Этилен				-
Пропен	-	-	-
Ацетилен	-		-
Углекислый газ
Азот	-
Кислород
a	1,2		1,3	1,1	1,2	1,2	1,2	1,4	1,1	1,3

 

Задача 4. Определить, какое количество вещества (табл. 5) может выгореть в закрытом помещении объёмом V_п, если известно, что горение прекращается при содержании кислорода в помещении, равном . Для расчёта коэффициента избытка воздуха рекомендуется воспользоваться формулой (11).

 

 

Таблица 5

Номер варианта	Название вещества А	Химическая формула	Vп, м^3	.
	Ацетон	СН3СОСН3
	Бензол	С6Н6
	Метанол	СН3ОН
	Этанол	С2Н5ОН
	Глицерин	С3Н5(ОН)3
	Гексан	С6Н14
	Диэтиловый эфир	С2Н5ОС2Н5
	Толуол	С6Н5СН3
	Стирол	С6Н5С2Н3
	Бутанол	С4Н9ОН

 

 

Задача 5. Методом последовательных приближений рассчитать адиабатическую температуру горения для стехиометрической смеси горючего вещества с воздухом (табл. 6)

Таблица 6

Номер варианта	Горючее вещество	Химическая формула
	Толуол	С7Н8
	Анилин	С6Н5NН2
	Глицерин	С3Н5 (ОН)3
	Этиленгликоль	С2Н4 (ОН)2
	Ацетон	С3Н6О
	Диэтиловый эфир	С4Н10О
	Пропилацетат	С5Н10О2
	Этанол	С2Н6О
	Пропанол-1	С3Н8О
	Бутанол-1	С4Н10О

 

Задача 6. Вычислить температуру горения горючего вещества (табл. 7), если горение протекает при коэффициенте избытка воздуха a, а доля потерь тепла излучением составляет h.

Таблица 7

Номер варианта	Название вещества	Элементный состав вещества, масс. %	a	h
С	Н	О	S	N	W	зола
	Антрацит				0,5	1,0		21,5	1,1	0,2
	Горючий сланец	24,2	1,8	4,5	3,0	2,0		39,5	1,2	0,3
	Керосин		13,7	0,3	-	-		-	1,3	0,4
	Бензин		8,0	5,0	-	2,0			1,4	0,3
	Соляровое масло	86,0	12,0	1,2	0,8	-	-	-	1,5	0,2
	Мазут					-		-	1,6	0,3
	Древесина				-			-	1,7	0,4
	Уголь							-	1,8	0,3
	Церезин				-	-	-	-	1,7	0,2
	Горючий сланец								1,6	0,3

Задача 7. Рассчитать, какое минимальное количество горючей жидкости (табл. 8) должно испариться в закрытом помещении объёмом V_п при нормальных условиях, чтобы создалась взрывоопасная концентрация горючих паров. Условно принять, что пары горючей жидкости равномерно распределены в объёме помещения. Нижний концентрационный предел распространения пламени рассчитать по предельной теплоте сгорания.

Таблица 8

Номер варианта	Название горючей жидкости	Химическая формула	Vп, м^3
	Этиленгликоль	С2Н4(ОН)2
	Ацетон	СН3СОСН3
	Толуол	С6Н5СН3
	Гексан	С6Н14
	Глицерин	С3Н5(ОН)3
	Бензол	С6Н6
	Пропанол	С3Н7ОН
	Этанол	С2Н5ОН
	Метанол	СН3ОН
	Бутанол	С4Н9ОН

 

 

Задача 8. Рассчитать концентрационные пределы распространения пламени сложного состава при заданных условиях среды (табл. 9).

Таблица 9

Номер варианта	Состав смеси, %	Условия среды
СН4	СО	Н2	Н2О	С3Н8	t,°С	Р, кПа
					-
					-
				-
				-
					-
	-
			-
		-

 

 

Задача 9. Рассчитать минимальную флегматизирующую концентрацию инертного разбавителя, об. %, исходя из минимальной адиабатической температуры горения паровоздушной смеси вещества А при разбавлении её флегматизатором Ф (табл. 10), а также минимальное взрывоопасное содержание кислорода и безопасную концентрацию кислорода.

 

 

Таблица 10

Номер варианта	Название вещества А	Химическая формула	Флегматизатор Ф
	Пентан	С5Н12	Азот
	Гексан	С6Н14	Азот
	Уксусноэтиловый эфир	СН3СООС2Н5	Водяной пар
	Диэтиловый эфир	С4Н10О	Водяной пар
	Этиловый спирт	С2Н6О	Диоксид углерода
	Метиловый спирт	СН4О	Диоксид углерода
	Ацетон	СН3СОСН3	Азот
	Бензол	С6Н6	Азот
	Пропилен	С3Н6	Диоксид углерода
	Пропиловый спирт	С3Н8О	Диоксид углерода

 

Задача 10. Рассчитать температурные пределы распространения пламени горючего вещества (табл. 11) по его концентрационным пределам распространения пламени, значения которых рассчитать по аппроксимационной формуле.

Таблица 11

Номер варианта	Название вещества	Химическая формула
	Аллиловый спирт	С3Н5ОН
	Бутиловый спирт	С4Н9ОН
	Пропиловый спирт	С3Н7ОН
	Метиловый спирт	СН3ОН
	Ацетон	С3Н6О
	Бензол	С6Н6
	Толуол	С6Н5СН3
	Октан	С8Н18
	Гексан	С6Н14
	Гептан	С7Н16

Задача 11. Рассчитать температуру вспышки или температуру воспламенения горючей жидкости (табл. 12) по формуле В.И. Блинова. Сравнить найденное значение с экспериментальным, взятым из справочника.

Таблица 12

Номер варианта	Название жидкости	Химическая формула	Определяемый параметр
	Уксусноэтиловый эфир	СН3СООС2Н5	Температура вспышки (о.т.)
	Толуол	С6Н5СН3	Температура вспышки (о.т.)
	Пентан	С5Н12	Температура воспламенения
	Гексан	С6Н14	Температура вспышки (з.т.)
	Метанол	СН3ОН	Температура вспышки (о.т.)
	Этанол	С2Н5ОН	Температура вспышки (о.т.)
	Бутанол	С4Н9ОН	Температура воспламенения
	Ацетон	С3Н6О	Температура воспламенения
	Бензол	С6Н6	Температура вспышки (з.т.)
	Пропанол	С3Н8О	Температура вспышки (з.т.)

 

Задача 12. Рассчитать стандартную температуру самовоспламенения вещества (табл. 13) по средней длине углеродной цепи, определив число концевых групп и число цепей.

Таблица 13.

№ вар-та	Название вещества	Структурная формула
	2,4–диметил–3-этилоктан	СН3 – СН – СН - СН – СН2- СН2 – СН2 – СН3 ô ô ô СН3 СН2 СН3 ô СН3
	1,2-диметил-4-бутилбензол	СН3 – –СН2 – СН2 – СН2 – СН3 | СН3
	2,4-диэтилпентанол-1	СН2 – СН3 | ОН - СН2 – СН – СН2 - СН – СН3 | СН2 – СН3
	1-этил-2метил-5-пропилбезол	СН3 | СН3 СН2 – –СН2 – СН2 – СН3
	2,4-диметил-3-этилпентанол	ОН – СН2 – СН – СН – СН - СН3 ô ô ô СН3 СН2 СН3 ô СН3
	Изопентилбензол	СН3 | СН3 СН2 – С - | СН3
	3,3-диметил-5-этилгексанол-2	СН3 ô СН3 – СН – СН – СН2 – СН - СН3 ô ô ô ОН СН3 СН2 - СН3
	1-этил-3,5-диизопропилбензол	СН3 | СН – СН3 | СН3 СН2 – –СН – СН3 | СН3

 

	2,2,4,4-тетраметилпентан	СН3 СН3 ô ô СН3 – С – СН2 – С – СН3 ô ô СН3 СН3
	2,2,3-триметилгексан	СН3 ô СН3 – С – СН – СН2 – СН2 - СН3 ô ô СН3 СН3

 

 

Задача 13. Сферический заряд ТНТ (тринитротолуол) массой W (табл. 14) взрывается при стандартных атмосферных условиях. Найти параметры падающей и нормально отражённой от препятствия взрывной волны на расстоянии R (табл. 14) от центра взрыва.

Таблица 14.

Номер варианта	Масса ТНТ W, кг	Расстояние R, м

 

 

МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ К ИЗУЧЕНИЮ ТЕОРЕТИЧЕСКОГО МАТЕРИАЛА ДИСЦИПЛИНЫ И РЕШЕНИЮ ЗАДАЧ

 

Приступая к изучению курса, необходимо представлять, что горение – основной процесс на пожаре. Знание сути явления, законов горения, механизмов и способов его прекращения необходимы для успешной работы инженера пожарной безопасности в любой области его деятельности.