Способы инициирования химической реакции в горючей смеси.

Способы инициирования химической реакции в горючей смеси.

При химическом приращении, идущем посредством цепного разветвленного процесса, интенсифицировать реакцию можно введением в газовую смесь активных центров, обеспечивающих развитие цепи. Активные центры (радикалы, атомы, ионы) вступают в промежуточные акты превращения с большой активностью – часто с практически нулевой энергией активации; скорость этих актов определяется частотой столкновений активных центров с компаньонами по элементарным актам, так часто суммарная скорость химического превращения оказывается большой даже при незначительной концентрации активных частиц. Вне полуострова воспламенения реакции обрыва цепей так же идут достаточно быстро (малая энергия активации) и процесс может считаться изотермическим.

Для теоретического описания инициирования химической реакции активными центрами необходимо исходить из определенной кинетической схемы цепного превращения и поэтому в отличие от теплового механизма, где универсальность результатов диктуется аррениусовской зависимостью скорости тепловыделения от температуры, здесь такой универсальности достичь нельзя. Способ инициирования, вид вводимых в газовую смесь активных центров для каждой горючей смеси различны и их нужно в каждом случае рассматривать по отдельности.

 

Особенности поджигания нагретым телом потока горючей смеси.

Понятие ударной волны в идеальном газе. Энергия, давление, скорость и температура ударной волны в двухатомных газах. Ширина ударной волны.

 

 

Понятие адиабаты Гюгонио.

При переходе через ударную волну должны выполняться общих законов сохранения массы, импульса и энергии. Соответствующие условия на поверхности волны – непрерывность потока вещества, потока импульса и потока энергии:

, ,

(r – плотность, u – скорость, p – давление, h – энтальпия, теплосодержание) газа. Индексом «0» отмечены параметры газа перед ударной волной, индексом «1» – за ней. Эти условия носят название условий Ренкина – Гюгонио, поскольку первыми из опубликованных работ, где были сформулированы эти условия, считаются работы британского инженера Вильяма Ренкина (1870) и французского баллистика Пьера Анри Гюгонио (1889).

Условия Ренкина – Гюгонио позволяют получить давление и плотность за фронтом ударной волны в зависимости от начальных данных (интенсивности ударной волны и давления и плотности перед ней):

,

h – энтальпия газа (функция r и p). Эта зависимость носит название адиабаты Гюгонио, или ударной адиабаты (рис. 1).

Фиксируя на адиабате точку, соответствующую начальному состоянию перед ударной волной, получаем все возможные состояния за волной заданной интенсивности. Состояниям за скачками сжатия отвечают точки адиабаты, расположенные левее выбранной начальной точки, за скачками разрежения – правее.

Анализ адиабаты Гюгонио показывает, что давление, температура и скорость газа после прохождения скачка сжатия неограниченно возрастают при увеличении интенсивности скачка. В это же время плотность возрастает лишь в конечное число раз, сколь бы ни была велика интенсивность скачка. Количественно увеличение плотности зависит от молекулярных свойств среды, для воздуха максимальный рост 6 раз. При уменьшении амплитуды УВ она вырождается в слабый (звуковой) сигнал.

Из условий Ренкина – Гюгонио также можно получить уравнение прямой в плоскости , p

,

называемой прямой Рэлея – Михельсона. Угол наклона прямой определяется значением скорости газа перед ударной волной u₀, сечение адиабаты Гюгонио этой прямой дает параметры газа за фронтом ударной волны. Михельсон (в России) ввел это уравнение при исследовании воспламенения гремучих газовых смесей в 1890, работы британца лорда Рэлея по теории ударных волн относятся к 1910.

 

Дым уменьшает видимость, тем самым он может задержать эвакуацию людей, находящихся в помещении, что может привести к воздействию на них продуктов сгорания, причем в течение недопустимо длительного периода времени. При этих обстоятельствах люди могут быть поражены вредными составляющими дыма, даже находясь в местах, удаленных от очага пожара. Влияние пониженного содержания кислорода и вдыхаемых горячих газов становится весьма значительными лишь поблизости от пожара.

Традиционно дым, состоящий из микрочастиц, рассматривается отдельно от газообразных продуктов сгорания. Существующими стандартными методами испытаний по измерению параметров дыма охвачены только те материалы, которые могут образовать при горении в определенных условиях мелкодисперсную смесь. Аспект токсичности рассматривается в совершенно другой серии испытаний;

Дымообразование

Дым, состоящий из мелкодисперсных частиц, образуется в результате неполного сгорания. Он образуется как при беспламенном, так и при пламенном горении. Дым при тлении аналогичен дыму, который получается, когда любой углеродсодержащий материал нагревается до температур, при которых происходит химическое разложетае и эволюция летучих продуктов горения. Фракции с большим молекулярным весом конденсируются по мере их перемешивания с холодным воздухом, что приводит к образованию тумана, состоящего из мельчайших капель смолы и высококипящих жидкостей. Эти капли стремятся в условиях спокойного воздуха слипаться, образуя мелкие частицы со средним диаметром порядка одного микрона, и осаждаются на поверхностях, образуя маслянистый остаток.

По своему характеру дым при пламенном сгорании материалов отличается от дыма при тлении. Он состоит почти целиком из твердых частиц. В то время, как небольшая часть этих частиц может быть образована при абляции(унос с поверхности частиц) твердого материала в условиях воздействия на этот материал мощного теплового потока, большая часть частиц образуется в газовой фазе в результате неполного сгорания и высокотемпературных реакций пиролиза при низких концентрациях кислорода. Следует заметить, что дым, состоящий из твердых частиц, может образоваться даже, если исходным горючим материалом является газ или жидкость. Дымы обоих типов являются возгораемыми и могут образовать воспламеняемую атмосферу. При поджигании такой атмосферы может произойти взрыв. При типичном пожаре перемешивание происходит за счет турбулентных восходящих потоков, в которых наблюдаются значительные перепады концентраций. В областях с низкой концентрацией кислорода некоторая часть летучих продуктов может участвовать в ряде реакций пиролиза. В результате этих реакций образуются ряд высокомолекулярных соединений, таких, как полициклические ароматические углеводородные соединения и полиацетилены, которые, являются очагом сажи внутри пламени. Именно присутствие в пламени сажи придает диффузионному пламени его желтоватое свечение. Эти мельчайшие-частицы (10 100 им в диаметре)могут подвергаться окислению внутри пламени, но при недостаточно высоких температурах и концентрации кислорода они стремятся увеличиться и спекаться, образуя таким образом более крупные частицы, которые покидают области высокой температуры пламени в виде дыма.

Важнейшую роль играет химический состав горючего, послужившего основой дымообразования. Небольшое число чистых горючих веществ горят несветящимися пламенами и не образуют дым. Другие горючие вещества, образуют значительные выходы частиц дыма в зависимости от их химического состава; Таким образом, в условиях свободного горения насыщенные кислородом горючие вещества, такие, как древесина и полиметилметакрилат, образуют существенно меньше дыма, чем углеводородные полимеры) такие, как полиэтилен и полистирол. Из пары последних полимеров полистирол производит при горении намного больше дыма, так как летучие вещества, возникающие при распаде этого полимерного соединения, состоят в основном из стирола и его олигомеров, которые по природе являются ароматическими соединениями.

Преимуществом измерения оптической плотности D является то, что эта величина коррелирует с видимостью. Оптическая плотность, дБ, определяется с помощью регистрации усиления светового луча, проходящего через дым и вычисляется по формуле

где I и I₀ - интенсивности света, попадающего на фотоэлемент при наличии и отсутствии дыма соответственно. С увеличением оптической плотности падает видимость

Системы регулирования дыма

Существует ряд ситуаций, в которых регулирование дыма может быть использовано в качестве меры предотвращения угрозы жизни людям и сохранности имущества. Для безопасности людей необходимо обеспечивать условия, при которых маршруты эвакуации и лестничные клетки были бы обездымлены. Этого можно добиться с помощью устройства дымовытяжной вентиляции или с помощью подачи под давлением свежего воздуха на маршруты эвакуации (многоэтажные здания). Регулирование дыма также играет важную роль с точки зрения сохранности материальных ценностей. Это особенно относится к громадным, не разделенным на помещения одноэтажным зданиям, где может возникнуть угроза быстрого распространения дыма (и огня) по всему зданию.

Определение теплового излучения. Основные законы теплового излучения. Получение формулы Планка.

Нагретые тела излучают электромагнитные волны. Это излучение осуществляется за счет преобразования энергии теплового движения частиц тела в энергию излучения.

Электромагнитное излучение тела, находящегося в состоянии термодинамического равновесия, называют тепловым (температурным) излучением. Иногда под тепловым излучением понимают не только равновесное, но также и неравновесное излучение тел, обусловленное их нагреванием. Основные законы теплового излучения:

-Закон Стефана — Больцмана

-Закон излучения Кирхгофа

-Закон смещения Вина

Закон Стефана — Больцмана: Мощность излучения абсолютно чёрного тела (интегральная мощность по всему спектру), приходящаяся на единицу площади поверхности, прямо пропорциональна четвёртой степени температуры тела:

где j — мощность на единицу площади излучающей поверхности

Дж*с^-1*м^-2*Т^-4 или Вт/м²*Т⁴- постоянная Больцмана.

Для нечерных тел ещё домнажается на степень черноты. Для черных тел она =1 для остальных меньше 1.

Закон смещения Вина: Длина волны, при которой энергия излучения абсолютно чёрного тела максимальна, определяется законом смещения Вина:

где T — температура в кельвинах, а λ_max — длина волны с максимальной интенсивностью в метрах.

Закон излучения Кирхгофа: Отношение излучательной способности любого тела к его поглощательной способности одинаково для всех тел при данной температуре для данной частоты и не зависит от их формы и химической природы.

Известно, что при падении электромагнитного излучения на некоторое тело часть его отражается, часть поглощается и часть может пропускаться. Доля поглощаемого излучения на данной частоте называется поглощательной способностью тела. С другой стороны, каждое нагретое тело излучает энергию по некоторому закону , именуемым излучательной способностью тела.

Величины и могут сильно меняться при переходе от одного тела к другому, однако согласно закону излучения Кирхгофа отношение испускательной и поглощательной способностей не зависит от природы тела и является универсальной функцией частоты (длины волны) и температуры:

По определению, абсолютно чёрное тело поглощает всё падающее на него излучение, то есть для него . Поэтому функция совпадает с излучательной способностью абсолютно чёрного тела, описываемой законом Стефана — Больцмана, вследствие чего излучательная способность любого тела может быть найдена исходя лишь из его поглощательной способности.

Вывод формулы Планка для плотности излучения абсолютно черного тела.

Средняя энергия осциллятора:

Поэтому, согласно

Получаем:

Из сопоставления с формулой Вина следует, что квант энергии пропорционален частоте v:

Wv0=hv, где h - универсальная постоянная, получившая название постоянной Планка. Таким образом, средняя энергия осциллятора

Эта зависимоть (Wv) от V показана на рис:

Окончательное выражение формулы Планка:

где

λ - длина волны излучения (мкм)

Т - температура черного тела (К)

h, c и k - константы.

Дж*с- Постоянная Планка.

 

 

Рассеяние Густаво Ми.

Если размеры рассеивающих частиц становятся сравнимыми с длиной волны, зависимость интенсивности рассеянного света от длины волны становится менее заметной. Используется рассеяние Ми. Рассеяние Ми рассеивается в виде лучей света сферическими частицами.

Рассеяние Ми сильно зависит от размера частиц - чем больше частицы, тем больше мощность рассеянного света в направлении к падающему свету.

Теория Ми разработанная Густавом Ми в начале 20-го столетия теория представляет собой полное решение уравнений Максвелла для рассеяния электромагнитных волн на сферических частицах. Нижний предел размерного диапазона, охватываемого теорией Ми, находится на уровне примерно 10 нм. Для частиц еще меньшего размера интенсивность рассеяния более не зависит от направления, т.е. по угловому распределению рассеянного света более нельзя рассчитать размер частиц и используют теорию Рэллея.

 

60 Определение системы физической защиты (СФЗ), её функции и принципы создания.

" Система физической защиты " (СФЗ) представляет собой совокупность правовых норм, организационных мер и инженерно-технических решений, направленных на защиту жизненно-важных интересов и ресурсов предприятия (объекта) от угроз, источниками которых являются злоумышленные (несанкционированные) физические воздействия физических лиц - нарушителей (террористов, преступников, экстремистов и др.).

К основным функциям СФЗ относятся:

· обнаружение: обнаружение вторжения техническими средствами, обеспечение связи средств обнаружения с силами охраны, оценка тревожной ситуации; задержка;

· действия сил охраны: развёртывание, пресечение противоправного действия.

Обнаружение определяется как раскрытие действий, совершаемых нарушителями. К функции обнаружения относится оповещение с помощью технических средств о тайных или явных действиях нарушителей. Эффективность выполнения функции обнаружения измеряется с помощью таких характеристик, как вероятность обнаружения и время, необходимое для передачи сигнала тревоги и оценки достоверности сигнала тревоги. Обнаружение осуществляется в два этапа: первичное обнаружение датчиком и системное обнаружение оператором системы наблюдения сил охраны.

Эффективность поддержания связи с силами охраны определяется вероятностью поддержания бесперебойной связи и продолжительностью времени, необходимого для передачи указанной информации.

Современные СФЗ строятся на базе широкого применения инженерно-технических и программных средств и содержат следующие основные составные части (подсистемы):

- система контроля и управления доступом персонала (СКУД),

- система охранной сигнализации (СОС),

- система телевизионного наблюдения (СТН),

- система оперативной связи и оповещения

- обеспечивающие системы (освещения, электропитания, охранного освещения и др.).

При создании современных СФЗ, как правило, ставится также и задача защиты жизненно важных центров и систем объекта от непреднамеренных, ошибочных или некомпетентных действий персонала, которые по характеру возможного ущерба приближаются к НСД внешних нарушителей

Понятие эффективности СФЗ.

Одной из основных характеристик системы физической защиты является ее эффективность – выраженная количественно способность системы предотвращать хищения или диверсии в отношении объектов физической защиты.

Обеспечение эффективной безопасности предполагает решение проблем моделирования угроз, их количественной и качественной оценки с учетом сложности структурно-функционального построения системы безопасности, ее элементов, и данных о внешних воздействиях естественного и искусственного происхождения. Количественная оценка уязвимости объекта и эффективности СФЗ, производится по имеющейся на предприятии компьютерной методике анализа уязвимости и оценки эффективности систем охраны особо важных объектов.

Особое внимание в аналитической статье уделено выбору математических методов исследования моделей угроз. При построении модели подчеркивается необходимость учитывать, что угрозы безопасности носят вероятностный характер и имеют высокую степень априорной неопределенности.

При оценке угроз безопасности предлагаются:

- теория надежности для описания угроз, создаваемых техническими средствами (сбои, отказы, ошибки и т.д.);

- математическая статистика для описания естественных угроз (природные явления, стихийные бедствия и т.д.);

- теория вероятности для описания угроз, создаваемых людьми по небрежности, халатности и т.д.);

- экспертные методы для описания умышленных угроз.

При анализе учитываются прогнозируемые угрозы и модель исполнителей угроз (нарушителей), вероятности обнаружения нарушителя с помощью технических средств, варианты тактики ответных действий сил охраны, временные параметры (времена задержки преодоления нарушителем физических барьеров, время ответных действий сил охраны и др.).

По этой методике в наглядной форме, путем моделирования на ПЭВМ процесса действий нарушителей и сил охраны, производится оценка основного показателя эффективности СФЗ объекта - вероятности перехвата нарушителя силами охраны, действующими по сигналу срабатывания комплекса ИТСО.

.

Акустические датчики в СФЗ.

В качестве механизма обнаружения используется механическая, или акустическая, волна. Когда волна распространяется внутри материала или по его поверхности, любые изменения характеристик траектории распространения волны влияют на скорость и/или амплитуды волны. Частота и фазовые характеристики показывают изменение скорости волны. Практически все акустические приборы и датчики для генерирования волны используют пьезоэлектрические материалы. Пьезоэлектрические акустические сенсоры создают механические волны с помощью электрического поля. Эти волны распространяются через субстрат, а затем, для проведения необходимых измерений, трансформируются обратно в электрическое поле.

изображена схема типичного акустического устройства. Перемещение частиц поперечных, или сдвиговых, волн происходит по нормали по отношению к направлению распространения волны. Оно может быть поляризовано таким образом, чтобы быть параллельным или перпендикулярным по отношению к чувствительной поверхности. Движение сдвиговой горизонтальной волны обозначает поперечные перемещения параллельно чувствительной поверхности; движение сдвиговой вертикальной волны – перпендикулярно ей. Волна, проходящая через подложку, называется объемной волной. Если волна распространяется на поверхности подложки, тогда она называется поверхностной волной. Любое изменение в характеристики пути распространения акустической волны изменит соответственно и результат на выходе. Все датчики будут работать в газовой или вакуумной среде, но только их совокупность будет эффективно работать при контакте с жидкостями. Поперечная горизонтальная волна не излучает энергию в жидкостях, и это позволяет работать с жидкостями без чрезмерного затухания. В общем случае, чувствительность датчика пропорциональна количеству энергии, которая возникает на пути распространения волны. Датчики объемной акустической волны рассеивают энергию с поверхности через вещество основы на другую поверхность. Распределение энергии минимизирует интенсивность энергии на поверхности, на которой происходит измерение.

Эффект Доплера в акустике.

Эффект Доплера описывает сдвиг частоты сигнала в зависимости от относительного движения источника и приемника. Так волна, посланная источником, который удаляется от приемника, будет приниматься им на меньшей частоте по сравнению с волной от неподвижного источника или от источника, приближающегося к приемнику. Если же приемник приближается к неподвижному источнику, то частота принимаемой им волны будет больше по сравнению с неподвижным приемником или приемником, удаляющимся от источника.

 

 

 

На эффекте Доплера основаны радиолокационные лазерные методы измерения скоростей различных объектов на Земле (например автомобиля, самолета и др.). Лазерная анемометрия является незаменимым методом изучения потока жидкости или газа. Хаотическое тепловое движение атомов светящегося тела также вызывает уширение линий в его спектре, которое возрастает с увеличением скорости теплового движения, т.е. с повышением температуры газа. Это явление можно использовать для определения температуры раскаленных газов.

 

Способы инициирования химической реакции в горючей смеси.

При химическом приращении, идущем посредством цепного разветвленного процесса, интенсифицировать реакцию можно введением в газовую смесь активных центров, обеспечивающих развитие цепи. Активные центры (радикалы, атомы, ионы) вступают в промежуточные акты превращения с большой активностью – часто с практически нулевой энергией активации; скорость этих актов определяется частотой столкновений активных центров с компаньонами по элементарным актам, так часто суммарная скорость химического превращения оказывается большой даже при незначительной концентрации активных частиц. Вне полуострова воспламенения реакции обрыва цепей так же идут достаточно быстро (малая энергия активации) и процесс может считаться изотермическим.

Для теоретического описания инициирования химической реакции активными центрами необходимо исходить из определенной кинетической схемы цепного превращения и поэтому в отличие от теплового механизма, где универсальность результатов диктуется аррениусовской зависимостью скорости тепловыделения от температуры, здесь такой универсальности достичь нельзя. Способ инициирования, вид вводимых в газовую смесь активных центров для каждой горючей смеси различны и их нужно в каждом случае рассматривать по отдельности.