Определение конечных параметров при детонации газа
Контрольная работа - Физика
Другие контрольные работы по предмету Физика
Основные положения теории детонации Михельсона
детонация михельсон диффузия импульс
I II III IV V 1 dx 2
D D
F
W1 W2
Изображена труба большой длины, заполненная газом. F - площадь поперечного сечения трубы (м2); dx - бесконечно малое расстояние между сечением трубы 1 и 2; V1 - удельный объем м3/кг; P1 - давление (Па); T1 - абсолютная температура (К); D- скорость детонации м/с; W - скорость диффузии м/с. Если в сечении 1 температуру повысить до воспламенения, то тепло путем теплопроводности будет передаваться ко 2 слою, а масса вещества путем диффузии будет перемещаться сюда же в обратном направлении из 3 секции. Если горение возникает во 2 слое, тепло передается к 3 слою и т.д., так происходит процесс нормального горения.
Если в сечении 1 ввести искру большой мощности, то возможно взрывное воспламенение с мгновенным повышением давления. За это мгновение 3 слой не успевает изменить свое положение, поэтому 2 слой оказывается сжатым с 2-ух сторон и там возникает мгновенное воспламенение. Такое явление происходит от слоя к слою. Последовательное сжатие слоев, называется волной сжатия. Волна сжатия, которая сопровождается воспламенением, называется детонацией.
Нормальная скорость горения изменяется от 0,5 до 2 м/с, а скорость детонации от 1000 до 3500 м/с.
Скорость детонации зависит от концентрации вещества.
Кривая скорости детонации водорода.
Д, м/c
3250
1700
H,%
20 80
Исходные данные теории Михельсона
1)Сплошность или неразрывность потока:
G1= G2=m•F;= (Д-W1)•P1;
G1=W1•P1=(Д1-W1)•F• =m•F;
Д-W1=m•V1 (1) или Д=W1+m•V1;
Скорость детонации намного превышает скорость диффузии, поэтому:
Д=V1•m (2)
Д-W2=m•V2 (3)
Вычитаем из (1) уравнения (3) и получаем:
W2-W1=m•(V1-V2) (4)
2) Закон импульсов:
P2-P1=m•(W2-W1) (5)
Подставим 4) уравнение в (5) и получим (6) :
P2-P1=m2•(V1-V2) (6)
m= ;
Связь давления и удельного объема сжатия при известной скорости детонации:
(8)
Из (8) получаем:
(I)
Из (2) находим:
(II)
В процессе детонации изменяются все рабочие параметры (V,P,t).
В технической термодинамике этот процесс называют политропным. Для этого процесса дается уравнение энтропии, которое связывает все эти три параметра:
(9)
Cv - теплоемкость при постоянном объеме;
Сp- теплоемкость при постоянном давлении;
S можно найти следующим образом:
P=P2 (10)
;
;
;
, ;
(III)
(III)> (I)
(IV)=RT (V)
;
При детонации сжатие опережает воспламенение.
Задача 1
Газ, с газовой постоянной R=287 Дж/кг•К имеет начальные параметры до сжатия V1=0,760 м3/кг, P1=105Па, К=1,4, Д=1428 м/c, Т1=284 К. Определить параметры сжатия V2, P2, T2.
Решение:
1) Определяем постоянную процесса детонации
) определяем давление сжатия по формуле
(Па)
)Определяем объем сжатия по формуле
м3/кг
) Определяем температуру воспламенения от сжатия
t=1858-273=1585
) Проверка на основе закона состояния термодинамики
;
=495682
Вывод: при детонации в заданных условиях, объем сжимается в 1,77 раз; давление возрастает в 11,59 раз; температура повышается в 6,47 раз.
Расчет температуры зажигания от раскаленных микротел
При вбрасывании раскаленного тела шаровой формы в газовую среду в первый момент времени происходит теплоотдача с его поверхности по закону Ньютона
(Вт);
R- радиус шара;
tm-температура тела;
tc- температура газовой среды.
По истечении бесконечно малого отрезка времени, количество отдаваемого тепла находим по формуле:
;
dR - приращение радиуса в результате сгоревшей небольшой части газа.
;
(I)
Поскольку dR2=0 как величина более высокого порядка малости.
-теплотворная способность газа;
W- скорость горения газа.
Минимальную температуру зажигания находим по формуле:
(3)
В любом случае должно выполняться условие tзаж >tтела (4)
Задача 2
Определить минимальную температуру зажигания при условии tc=0, R=0,0025 м, h=37,4•106 Дж/кг, кг/с•м3, =0,8, Вт/м2•К.
Так как тело раскаленное, то коэффициент теплоотдачи излучением
, но с учетом заданных условий
100011001200130014001500191,5174,09159,58147,31136,78127,66119147178214254300
Решение:
Вывод:
Библиографический список:
1. Л.Н. Хитрин. Физика горения и взрыва. М: 1957 г. - 442 с.
. В.М. Фокин. Г.П. Бойков, Ю.В. Видин. Основы технической теплофизики. М. Машиностроение -,2004г. - 170с.
. Г.Н.Злотин, Е.Л. Федянов. Теплотехника. Волгоград, 2005 г., - 337 с.
. В.П. Монахов. Методы исследования пожарной опасности веществ. М. Химия. 1972 г. - 414 с.