Системный анализ и моделирование процессов. Горение паро-газо-воздушного облака

1.

Системный анализ и моделирование процессов
Горение паро-газо-воздушного облака
C
0 1 2 .. n
ВКПР
НКПР
R
Первая стадия горения протекает при
коэффициенте расхода воздуха
соответствующем предельно богатой
газо-воздушной смеси:
n 1,15
Г
Г
О2
0,21(100 eв )
eвVOтеор
2
где eв - верхний концентрационный
предел зажигания газо-воздушной смеси.
Средняя максимальная температура зоны горения в конце первого этапа
горения tg,, oC может быть приближённо определена из выражения:
Q Qнед
t g 2050( n 1
0,075),
Vпг * I m
В момент достижения максимальной температуры средний радиус зоны
горения равен
R 3
3G n 1 t g 273
Vпг (
),
4 0
273
где G - масса углеводородного газа в кг, o - плотность газа, кг/м3.

2.

Системный анализ и моделирование процессов
Горение паро-газо-воздушного облака
Средняя скорость перемещение фронта горения равна
u ср 0,5(u n uT ),
где un - нормальная скорость распространения пламени,
uТ - турбулентная скорость распространения пламени
0 , 26
0 , 24
T
n
u 0,18u
Re
Критерий Рейнольдса принимает следующее значение:
Re
2 Ru n
Время достижения максимальной температуры зоны горения
2R u
ср
Плотность теплового потока излучения зоны горения
q пад
2
R
5,67 (
)4 * 2
.
2
100
R h
Tg

3.

Системный анализ и моделирование процессов
Взрыв паро-газо-воздушного облака
В зависимости от размеров облака, свойств смеси, параметров
подстилающей поверхности и т.п. может иметь место как
дефлаграционное (скорость распространения пламени ниже
скорости звука), так и детонационное (скорость
распространения пламени выше скорости звука) горение.
Диапазоны взрывного превращения
Диапазон 1: Детонация или горение со скоростью фронта
пламени более 500 м/с;
Диапазон 2: Детонация, скорость фронта пламени 300…500
м/с;
Диапазон 3: Дефлаграция, скорость фронта пламени 200…300
м/с;
Диапазон 4: Дефлаграция, скорость фронта пламени 150…2500
м/с;
Диапазон 5: Дефлаграция, скорость фронта пламени
определяется соотношением wф = 43 Мг1/6
Диапазон 6: Дефлаграция, скорость фронта пламени
определяется соотношением w = 26 М 1/6,
ф
г

4.

Системный анализ и моделирование процессов
Взрыв паро-газо-воздушного облака (продолжение)
Блок – схема модели
Исходные данные:
характеристики горючего вещества облака ТВС
агрегатное состояние ТВС
средняя концентрация горючего вещества в облаке ТВС, сг
стехиометрическая концентрация горючего вещества с воздухом, сст
масса горючего вещества в облаке, Мг
удельная теплота сгорания горючего вещества,
Qнз
информация об окружающем пространстве
Определение эффективного энергозапаса ТВС
E = Mг Q нз при cг сст или E = Mг Q нз сст/ cг при cг > сст
При расчете параметров взрыва облака, лежащего на поверхности земли
величина эффективного энергозапаса удваивается
Определение ожидаемого режима взрывного превращении
1
3
Расчет безопасного расстояния Rx R /( E / P0 )
1
Расчет параметрического расстояния
100R / E 3
0
Детонация
Дефлаграция

5.

Системный анализ и моделирование процессов
Взрыв паро-газо-воздушного облака (продолжение)
Блок – схема модели
Дефлаграция
Детонация
Облако газовой ТВС
Облако гетерогенной ТВС
ln Px 1,124 1,66 ln Rx 0,26(ln Rx ) 2
Px 0,125R x 1 0,137 R x 2 0,023R x 2
ln I x 3,4217 0,898 ln Rx
I x 0,022 R z 1или
0,0096(ln Rx ) 2
Px 0,271 1 0,62 2 0,236 3
I x 0,047 1
Px ( wф / a)[( 1) / ](0,83R x 1 0,14 R x 2
I x ( wф / a)[( 1) / ][1 0,4( 1) wф /
/ a](0,06 R x 1 0,01R x 2 0,0025 R x 1 )
Определение размерных величин PxP0 и I = Ix(P0)2/3 E1/3 /C0