Диссертация на соискание ученой степени доктора технических наук.
М: ВНИИПО, 1998. — 265 с.
Специальность 05.26.03 – Пожарная безопасность
Введение Глава 1. Обзор проблем и постановка задачи исследования
1.1. Характеристики взрывоопасное™ пыли
1.2. Проблема сопоставления результатов теоретических расчетов и экспериментальных исследований
1.3. Проблема обоснования систем взрывозащиты объемов сложной формы
1.4. Проблема определения нормальной скорости горения аэровзвеси
1.5. Проблема оценки взрывоопасное™ полидисперсных материалов
1.6. Выделение главной проблемы и постановка задачи исследований
Глава 2. Теория распространения пламени по аэровзвеси
2.1. Выбор ведущего механизма распространения пламени по аэровзвеси
2.2. Модель эстафетного движения пламени
2.3. Модель движения сплошного диффузионного фронта пламени
2.4. Гидродинамический анализ устойчивости пламени в аэровзвеси
2.5. Зависимость турбулентной скорости выгорания от газодинамического состояния свежей смеси
2.6. Теория распространения пламени по турбулентной газо и пылевоздушной смеси в сферической камере
Глава 3. Исследования турбулентного горения газо- и пылевоздушных смесей в квазисферических камерах
3.1. Установка для исследования горения газо- и пылевоздушной смеси в квазисферической камере объемом 18.
3.2. Турбулентная скорость выгорания пропановоздушнойсмеси в 18.7-л камере
3.3. Турбулентная скорость выгорания аэровзвесей ликоподия и алюминия в 18.7-л камере
3.4. Расчетно - экспериментальная оценка адиабатического давления взрыва
3.5. Оценка критического размера частиц взрывоопасной аэровзвеси
Глава 4. Решение некоторых вопросов обеспечения взрывобезопасности пылящих технологических процессов
4.1. Оценка горючести аэровзвеси полидисперсного сополимера
4.2. Оценка параметров вентилирования герметичного технологического аппарата
4.3. Экспериментальная оценка опасности выделения горючих газов нагретым порошкообразным пестицидом
4.4. Стандартная методика оценки взрывоопасное™ пыли в камере объемом порядка 20 л
Глава 5. Категорирование помещений пылящих производств по взрывопожарной и пожарной опасности
5.1. Общий подход к решению проблемы
5.2. Влияние различных факторов на оценку избыточного давления взрыва в помещении
5.3. Оценка масштаба взрывоопасного пылевоздушного облака
5.4. Определение категории производственного помещения по взрывопожарной и пожарной опасности В первой главе диссертации приводится обзор наиболее острых проблем оценки взрывоопасное™ пылей и осуществляется постановка задачи исследований диссертационной работы.
Во второй главе диссертации рассматриваются две теоретические модели движения ламинарного пламени по аэровзвеси и исследуется его гидродинамическая устойчивость. Проводится аналогия между процессом турбулентного горения газовзвесей и перемешанных гомогенных систем. Дается эмпирическое описание закономерностей турбулентного горения газовоздушных смесей, позволяющее на основе упомянутой аналогии разработать научный подход к оценке параметров турбулентного горения пылевоздушных смесей. Приводится теория турбулентного горения газо-и пылевоздушной смеси в сферической камере.
В третьей главе диссертации приводятся результаты экспериментального исследования турбулентного горения 5%-ой пропановоздушной смеси и аэровзвесей ликоподия и алюминия в квазисферической взрывной камере объемом 18,7 л. Демонстрируется удовлетворительное согласие теоретических и расчетных параметров взрывоопасное™ гомогенной и аэродисперсных систем. Приводится анализ опубликованных сведений о взрывоопасное™ пылей, подтверждающий теоретический подход к описанию процессов горения двухфазных систем. Излагается методика оценки влияния отдельных фракций аэровзвеси на ее горючесть в турбулентных условиях формирования смеси. Апробация методики осуществляется на примере известных опытных данных по взрывоопасности полидисперсного полиэтилена в квазисферической камере объемом 1 м3.
В четвертой главе диссертации приводятся приложения результатов теоретических и экспериментальных исследований к решению проблемы обеспечения взрывопожаробезопасности конкретных технологических процессов.
В пятой главе диссертации приводятся приложения результатов теоретических и экспериментальных исследований к решению проблемы ка-тегорирования помещений пылящих производств по взрывопожарной и пожарной опасности. В диссертационной работе:
1. Разработана теоретическая модель распространения ламинарного пламени по аэровзвеси, учитывающая образование сплошного диффузионного фронта пламени (CDF) в структуре зоны горения, которая позволяет объяснить закономерности горения обогащенных горючим аэровзвесей газифицирующихся (органических) материалов.
2. Разработана теоретическая модель «эстафетного» (PPI) распространения ламинарного пламени по газовзвеси. Совместный анализ закономерностей движения пламени в CDF и PPI моделях горения газовзвесей позволил предсказать возможность существенного отличия барических зависимостей скорости пламени для различных дисперсных материалов. Экспериментальное подтверждение этому получено в сравнительных исследованиях скоростей турбулентного выгорания аэровзвесей ликоподия и алюминия.
3. Установлен эффект гидродинамической неустойчивости пламени в двухфазных системах, позволяющий объяснить большую склонность пламени к турбулизации по сравнению с гомогенными системами в области малых (нижнепредельных) концентраций горючего. Для повышенных концентраций горючего отличие инкрементов роста возмущений в гомогенных и гетерогенных системах незначительно.
4. Предложена единая для аэровзвесей и газовоздушных смесей эмпирическая оценка турбулентной скорости выгорания в виде произведения двух факторов, один из которых выражает влияние на расчетный параметр пульсационной скорости и упругости газовой фазы, а другой влияние горючести смеси. Последний фактор можно рассматривать в качестве турбулентного аналога нормальной (ламинарной) скорости горения смеси. Универсальный вид расчетного выражения для турбулентной скорости выгорания аэровзвесей и газовоздушных смесей поддерживает выдвинутое в работе предположение о подобии процессов турбулентного горения одно- и двухфазной систем.
5. Предложена оценка пульсационной скорости гомогенных и гетерогенных смесей, создаваемых импульсным способом в квазисферической камере объемом 18,7 л.
6. Разработана методика оценки турбулентного аналога нормальной скорости распространения пламени по аэровзвеси Un,t, открывающая возможности как углубленного экспериментального исследования опасности дисперсных материалов, так и моделирования распространения пламени по защищаемому объему (аппарата, помещения) с применением методов, апробированных на гомогенных горючих системах. Предложено использовать параметр Un,t в системе оценки взрывоопасное™ пылей.
7. Разработана методика оценки критического размера частиц взрывоопасной аэровзвеси, позволяющая оценивать долю взрывоопасной фракции пыли при анализе взрывопожароопасности технологического оборудования или производственного помещения.
8. Выполнены исследования взрывоопасное™ пылей, образующихся в производствах пластмасс, пестицидов и ряда других. Разработаны рекомендации по решению ряда вопросов взрывобезопасности пылящего оборудования и категорирования производственных помещений по взрывопожарной опасности.
Специальность 05.26.03 – Пожарная безопасность
Введение Глава 1. Обзор проблем и постановка задачи исследования
1.1. Характеристики взрывоопасное™ пыли
1.2. Проблема сопоставления результатов теоретических расчетов и экспериментальных исследований
1.3. Проблема обоснования систем взрывозащиты объемов сложной формы
1.4. Проблема определения нормальной скорости горения аэровзвеси
1.5. Проблема оценки взрывоопасное™ полидисперсных материалов
1.6. Выделение главной проблемы и постановка задачи исследований
Глава 2. Теория распространения пламени по аэровзвеси
2.1. Выбор ведущего механизма распространения пламени по аэровзвеси
2.2. Модель эстафетного движения пламени
2.3. Модель движения сплошного диффузионного фронта пламени
2.4. Гидродинамический анализ устойчивости пламени в аэровзвеси
2.5. Зависимость турбулентной скорости выгорания от газодинамического состояния свежей смеси
2.6. Теория распространения пламени по турбулентной газо и пылевоздушной смеси в сферической камере
Глава 3. Исследования турбулентного горения газо- и пылевоздушных смесей в квазисферических камерах
3.1. Установка для исследования горения газо- и пылевоздушной смеси в квазисферической камере объемом 18.
3.2. Турбулентная скорость выгорания пропановоздушнойсмеси в 18.7-л камере
3.3. Турбулентная скорость выгорания аэровзвесей ликоподия и алюминия в 18.7-л камере
3.4. Расчетно - экспериментальная оценка адиабатического давления взрыва
3.5. Оценка критического размера частиц взрывоопасной аэровзвеси
Глава 4. Решение некоторых вопросов обеспечения взрывобезопасности пылящих технологических процессов
4.1. Оценка горючести аэровзвеси полидисперсного сополимера
4.2. Оценка параметров вентилирования герметичного технологического аппарата
4.3. Экспериментальная оценка опасности выделения горючих газов нагретым порошкообразным пестицидом
4.4. Стандартная методика оценки взрывоопасное™ пыли в камере объемом порядка 20 л
Глава 5. Категорирование помещений пылящих производств по взрывопожарной и пожарной опасности
5.1. Общий подход к решению проблемы
5.2. Влияние различных факторов на оценку избыточного давления взрыва в помещении
5.3. Оценка масштаба взрывоопасного пылевоздушного облака
5.4. Определение категории производственного помещения по взрывопожарной и пожарной опасности В первой главе диссертации приводится обзор наиболее острых проблем оценки взрывоопасное™ пылей и осуществляется постановка задачи исследований диссертационной работы.
Во второй главе диссертации рассматриваются две теоретические модели движения ламинарного пламени по аэровзвеси и исследуется его гидродинамическая устойчивость. Проводится аналогия между процессом турбулентного горения газовзвесей и перемешанных гомогенных систем. Дается эмпирическое описание закономерностей турбулентного горения газовоздушных смесей, позволяющее на основе упомянутой аналогии разработать научный подход к оценке параметров турбулентного горения пылевоздушных смесей. Приводится теория турбулентного горения газо-и пылевоздушной смеси в сферической камере.
В третьей главе диссертации приводятся результаты экспериментального исследования турбулентного горения 5%-ой пропановоздушной смеси и аэровзвесей ликоподия и алюминия в квазисферической взрывной камере объемом 18,7 л. Демонстрируется удовлетворительное согласие теоретических и расчетных параметров взрывоопасное™ гомогенной и аэродисперсных систем. Приводится анализ опубликованных сведений о взрывоопасное™ пылей, подтверждающий теоретический подход к описанию процессов горения двухфазных систем. Излагается методика оценки влияния отдельных фракций аэровзвеси на ее горючесть в турбулентных условиях формирования смеси. Апробация методики осуществляется на примере известных опытных данных по взрывоопасности полидисперсного полиэтилена в квазисферической камере объемом 1 м3.
В четвертой главе диссертации приводятся приложения результатов теоретических и экспериментальных исследований к решению проблемы обеспечения взрывопожаробезопасности конкретных технологических процессов.
В пятой главе диссертации приводятся приложения результатов теоретических и экспериментальных исследований к решению проблемы ка-тегорирования помещений пылящих производств по взрывопожарной и пожарной опасности. В диссертационной работе:
1. Разработана теоретическая модель распространения ламинарного пламени по аэровзвеси, учитывающая образование сплошного диффузионного фронта пламени (CDF) в структуре зоны горения, которая позволяет объяснить закономерности горения обогащенных горючим аэровзвесей газифицирующихся (органических) материалов.
2. Разработана теоретическая модель «эстафетного» (PPI) распространения ламинарного пламени по газовзвеси. Совместный анализ закономерностей движения пламени в CDF и PPI моделях горения газовзвесей позволил предсказать возможность существенного отличия барических зависимостей скорости пламени для различных дисперсных материалов. Экспериментальное подтверждение этому получено в сравнительных исследованиях скоростей турбулентного выгорания аэровзвесей ликоподия и алюминия.
3. Установлен эффект гидродинамической неустойчивости пламени в двухфазных системах, позволяющий объяснить большую склонность пламени к турбулизации по сравнению с гомогенными системами в области малых (нижнепредельных) концентраций горючего. Для повышенных концентраций горючего отличие инкрементов роста возмущений в гомогенных и гетерогенных системах незначительно.
4. Предложена единая для аэровзвесей и газовоздушных смесей эмпирическая оценка турбулентной скорости выгорания в виде произведения двух факторов, один из которых выражает влияние на расчетный параметр пульсационной скорости и упругости газовой фазы, а другой влияние горючести смеси. Последний фактор можно рассматривать в качестве турбулентного аналога нормальной (ламинарной) скорости горения смеси. Универсальный вид расчетного выражения для турбулентной скорости выгорания аэровзвесей и газовоздушных смесей поддерживает выдвинутое в работе предположение о подобии процессов турбулентного горения одно- и двухфазной систем.
5. Предложена оценка пульсационной скорости гомогенных и гетерогенных смесей, создаваемых импульсным способом в квазисферической камере объемом 18,7 л.
6. Разработана методика оценки турбулентного аналога нормальной скорости распространения пламени по аэровзвеси Un,t, открывающая возможности как углубленного экспериментального исследования опасности дисперсных материалов, так и моделирования распространения пламени по защищаемому объему (аппарата, помещения) с применением методов, апробированных на гомогенных горючих системах. Предложено использовать параметр Un,t в системе оценки взрывоопасное™ пылей.
7. Разработана методика оценки критического размера частиц взрывоопасной аэровзвеси, позволяющая оценивать долю взрывоопасной фракции пыли при анализе взрывопожароопасности технологического оборудования или производственного помещения.
8. Выполнены исследования взрывоопасное™ пылей, образующихся в производствах пластмасс, пестицидов и ряда других. Разработаны рекомендации по решению ряда вопросов взрывобезопасности пылящего оборудования и категорирования производственных помещений по взрывопожарной опасности.