Определение критической температуры

САМОВОЗГОРАНИЯ СКОПЛЕНИЯ САМОНАГРЕВАЮЩЕГОСЯ ТВЕРДОГО ДИСПЕРСНОГО МАТЕРИАЛА

Теория теплового самовозгорания (самовоспламенения) позволяет решить прямую и обратную задачу самовозгорания:

- по кинетическим параметрам определить критические условия самовозгорания (критические температуры Т_о и Т_в);

- по критическим условиям определить кинетические параметры (Е и С).

Эти задачи можно решать аналитически и графически. Рассмотрим графический способ определения критической температуры самовозгорания () скопления твердого дисперсного материала.

Известно [3, 4], что соотношение между энергией активации (Е) и логарифмом предэкспоненциального множителя (ln С) определяется компенсационным уравнением:

Е = (2.1)

где R - универсальная газовая постоянная, R=8,314 Дж·моль^-1·К^-1;

- температура компенсации, ;

- адиабатическая скорость самонагревания при температуре Т_с, ^.с^-1.

Величина определяется из выражения:

exp (2.2)

где } изокинетические параметры.

Из уравнения (2.1) имеем:

(2.3)

Из выражения (2.3) определяется величина предэкспоненциального множителя С и сравнивается с экспериментальным значением данного материала. Далее проводится расчет адиабатической скорости самонагревания () для конкретного материала по уравнению Аррениуса:

(2.4)

При известных значениях С и Е, задаваясь температурами (), находят .

Результаты расчета заносятся в таблицу, затем строится график . Для удобства построения графика значения увеличивают в 100 раз.

На следующем этапе строится график теплоотвода по уравнению:

, (2.5)

где - темп охлаждения. Его вычисляют по формуле:

(2.6)

где - коэффициент неравномерности нагрева;

- коэффициент теплоотдачи от поверхности скопления к окружающей среде, ;

F - поверхность скопления материала, ;

- теплоемкость материала, ;

- плотность материала, ;

V - объем скопления, .

Коэффициент неравномерности нагрева определяют по формуле:

(2.7)

где - относительный градиент ;

- коэффициент теплопроводности материала, ;

- определяющий размер (расстояние от поверхности материала до теплофизического центра), м.

Затем проводится прямая охлаждения под углом (см. рис. 2.1), тангенс которого равен параметру охлаждения . Прямая охлаждения 2 должна касаться кривой саморазогрева в точке В. Используя построенные графические зависимости, определяются критические температуры и .

 

УСЛОВИЕ ЗАДАЧИ № 2

Определить критические температуры самовозгорания (Т_о и Т_в) для скопления самонагревающегося твердого дисперсного материала, используя данные, приведенные в таблице 2.1.

Таблица 2.1

Исходные данные

Варианты заданий	Наименование материала	n	l, Вт м×К	a, Вт м^2× К	ср, кДж кг × К	r, кг м^3	Тс,   К	Е, кДж моль	Rx, м	Форма скопления
	Травяная мука	2,29	0,16		2,3				0,5	куб
	-"-	-"-	-"-	-"-	-"-	-"-		0,5	параллелепипед
								0,5	шар
								0,5	куб
								0,5	параллелепипед
	Опилки древесные		0,093		2,5				0,5	куб
	-"-	-"-	-"-	-"-	-"-	-"-		0,5	цилиндр
								0,5	параллелепипед
								0,5	шар
	Торф		0,046		2				0,5	куб
	-"-	-"-	-"-	-"-	-"-	-"-		0,5	параллелепипед
								0,5	шар
								0,5	цилиндр
	Крилевая мука		0,1		1,5				0,5	куб
	-"-	-"-	-"-	-"-	-"-	-"-		0,5	параллелепипед
								0,5	шар
	Рыбная мука		0,14		1,7				0,5	куб
	-"-	-"-	-"-	-"-	-"-	-"-		0,5	параллелепипед
								0,5	шар

 

КОНТРОЛЬНЫЙ ПРИМЕР

Условие задачи

Определить критические температуры самовозгорания ( и ) графоаналитическим способом для штабеля витаминной травяной муки кубической формы. Ребро куба равно 1 м.

 

При этом:

Решение:

Используя выражение (2.2), определяем адиабатическую скорость самонагревания при температуре Т_с:

Далее, из уравнения (2.3), находим

или , что соответствует .

Вычисленное значение () сравниваем по секторной диаграмме (рис. 2.2) с экспериментальным значением. Это соответствует древесно-растительным материалам (при и ).

По уравнению (2.4) проводим расчет адиабатической скорости самонагревания в зависимости от температуры (Т, К). Результаты расчетов заносим в табл. 2.2 и , К/с представляем в К/час.

Таблица 2.2

Адиабатические скорости самонагревания