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 .