Расчет температуры горения

Выделяющееся в зоне горения тепло расходуется на нагревание продуктов горения, на нагрев горючего вещества и окружающей среды. Та температура, до которой в процессе горения нагреваются продукты горения, называется температурой горения. В технике и пожарном деле различают теоретическую, калориметрическую, адиабатическую и действительную температуру горения (табл.3.1).

Таблица 3.1. Условия определения температуры горения

Температура горения Условия определения
Q потерь a Учет диссоциации ПГ
Теоретическая да
Калориметрическая нет
Адиабатическая ¹1 нет
Действительная ¹0 ¹1 нет

В общем случае для вычисления температуры горения используется следующая зависимость:

QПГ = VПГ × ×ТГ , где (3.6)

QПГ – теплота (теплосодержание) продуктов горения, кДж/кг;

VПГ – объем продуктов горения, м3/кг;

– средняя объемная теплоемкость смеси продуктов горения в интервале температур от

Т0 до Тг, кДж/м3×К;

ТГ – температура горения, К.

При расчете калориметрической температуры горения исходят из того, что теплопотери в окружающую среду отсутствуют, и в этом случае низшая теплота сгорания горючего вещества (Qн) равна теплосодержанию продуктов горения (QПГ), т.е. энергии, необходимой для нагревания продуктов горения от 00С до теоретической температуры горения.

В реальных условиях температура горения зависит не только от состава горючего материала, но и от условий горения: разбавления продуктов горения избыточным воздухом (что учитывается коэффициентом избытка воздуха a), начальной температуры воздуха, полноты сгорания исходного горючего материала и наличия теплопотерь (коэффицент теплопотерь h).

Qпотерь = Qизлучения + Qнедожог + Qдиссоциации ПГ (3.7)

В зависимости от рода учитываемых потерь теплоты из зоны горения вычисляется та или иная температура горения.

Расчет температуры горения проводят по уравнению энергетического баланса:

Qн × (1 – h) = VПГпр × Ср × (ТГ – Т0) , где (3.8)

Qн – тепло, выделяемое в реакции горения, кДж;

h – коэффициент теплопотерь; Qн × (1 – h)= QПГ;

VПГпр – объем продуктов полного горения с учетом избытка воздуха, м3;

Ср – средняя объемная теплоемкость продуктов горения при постоянном давлении,

кДж/м3×К;

ТГ – температура горения, К;

Т0 – начальная температура, К.

Из уравнения (3.8) следует, что для расчета температуры горения необходимо знать теплоту горения, объем и теплоемкость продуктов горения.

 

 

В первом приближении температуру горения можно рассчитать непосредственно из уравнения (3.6), имея в виду, что средняя теплоемкость газообразных продуктов горения в интервале температур 1500 – 2500 К может быть принята равной

= 1,75 кДж/м3×К. Однако, теплоемкость зависит от температуры, и поэтому для более точных расчетов значения теплоемкостей берут из таблиц (приложение 3 и 4), а подсчет производят методом последовательных приближений (методом итераций), каждый раз определяя теплосодержание продуктов горения при выбранной температуре.