煤气浓度对其爆炸压力的影响研究.pdf

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2004年第25卷第2期
作北工.学院学报
(总第94期)
IOURNAL OF NORTH CHINA INSITITUTE OF TECHINGLGGY
Sum Ne. 94)
文章编号:1006-5431(2004)02-0117-04
煤气浓度对其爆炸压力的影响研究
吴志远,谭迎新,张景林,张增亮
华北工学院环境与安全系,山西太原0300.51)
摘要:在理论分析及大量实验的基础上、探讨研究了煤气浓度与其爆炸压力的对应关系,结果表明,爆
压沿煤气最佳浓度的两边递减,这对于深入认识多元爆炸性混合气体爆炸特性,预防这类爆炸事故的发生,
具有一定的指导意义.
关键词:煤气浓度:多元燝炸性混合气体;爆热:爆温:爆压
中图分类号:TQ560.7
文献标识码:A
Iinfluence of Gas Concentration on its Detonation Pressure
WU Zhi-yuan, TAN Ying-xin, ZHANG Jing-lin, ZHANG Zeng-liang
(Dept. of Environment and Safety Enginccring, North China Institute of Technology, Taiyuan 300,51, China
Abstract: The corresponding connection of the gas concentration and its detonation pressure has been in
quired into, based on a large number of experiments and theoretic analyse. The test result shows that
the detonation pressure decreases gradually with the rims of optimal concentration. It is meaning for
thorough understanding about the explosion features of polynary explosive mixed gas te take precaution
against the explosive accident
Key words: gas concentration; polynary explosive mixed gas; detonation heat; detonation temperature
detonation pressure
对可燃性气体爆炸成力特别是爆炸压力进行定性定量分析,了解其破坏模式,较精确地描述整个爆
炸过程,可有效地提出减灾防抑措施,最大程度地减少由爆炸引起的连锁反应所造成的人员和财产损
失,具有明显的现实意义和科研价值,同时对丰富和完善气体爆炸理论,也将会起到积极的促进作用
近年来,随着可燃气体爆炸灾害的不断发生以及军备需要的不断增强,国内外学者从实验、理论和
数值模拟等多个方面対可燃性危险气体进行了深入细致的研究,并获得了显著成果.但其重点主要集中
在单一气体如氢气、一氧化碳、烃类以及其它有机物等,对多元混合气体(如煤气、液化石油气等)的研
究相对较少,对于温度、压力、混合气体浓度、惰性气体含量以及点火能等外界因素对爆压的影响规律
更是缺乏系统认识.文中主要就煤气浓度对其爆炸压力的影响进行了研究,并取得了显者成果
理论分析
日常生活及实验用煤气属于多元爆炸性混合气体,其爆燃、爆爰过程复杂且没有现成的理论对其进
行定性、定量分析,因此作者在研究中首先进行了理论探讨,提出了一种简便的计算爆炸参数的方法
并依据大量试验对所做的理论进行校验
煤气的成分大体为:H2-64.4%;CTH4-24.0%:
0.2%;N2ー2.2%,其中不饱和烃CH。可视作C2H.在热力工程中研究定组分混合气体的基本方法是,
先根据组成气体的热力性质以及组成成分,计算出混合气体的热力性质,然后再把混合气体当作单一气
收稿数30617
作者简介:吴志远(1974-),男、硕士生.主要从事武器系统与运用研究
作北工学院学报
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体来进行各种热力计算山.由阿马格分体积定律可以得出,在多元混合气体中各气体的体积分数就等丁
它的摩尔分数,据此可以将煤气近似看成含碳、氢、氧、氮的单一气体,其分子式可简写为
Ca.HI232O).mNa.a,其零氧半衡化学反应方程式可简写为
sH2,O)。.osNa.a+0.882(02+3.77N2)>.35C02+1.16H2()+3.35N2+Q,(1
据此可求出煤气的化学计量浓度为c=?
10(0
1+0.882(1+3.77)19.2%
1.1爆炸热效应计算
爆炸热效应的计算是依据盖斯定律,即在定容或定压条件下,反应的热效应与反应的途径无关,只
定于反应的初态和终态.由于燃料-空气混合物反应前后量的变化不大,定容热效应与定压热效应近
似相等,可以直接利用热化学表中的焓值计算得到.燃料空气混合物的爆热Q可由式(2)求得
△11.298
;△I:20),
式中j表示产物;i表示反应物
当100摩尔19.2%的煤气参与反应时,其反应方程为
(1.8CO2+0.2(2+1.8C2H4+5.6C()+64.4H2+24.CH1+2.2N2)+88.2(2+3.77N2)
35CO2+16H2+331.7N2+Q
3)
爆热
Q=(n△H:3)
△
35×(-393.78)+116メ(-242)一1.8X(一393.78)一1.8×52.32
5.6×(一110.6)-24.0×(一74.9)=-388.23kJ.
因此该反应的最终热化学方程式可简写为
a.3H2.2(O)a.esNa.oa+0.882(O2+4N2)→0.35C0)2+1.16H2O)+3.55N2-388.23k』」(1)
1.2爆温(火焰温度)的计算
以上所讨论的是等温反应,即反应过程中所释放(或吸收)的热量能够及时逸散(或供给),始终态处
于相同的温度.但是如果反应完全在绝热情況下进行,其反应的终了温度可按如下方法求出:把体系的
状态从改变到298K,该过程的热效应为△1,然后设想反应在298K时进行,该过程的热效应为
△I2最后再把产物从298K改変到T2(T2是未知数),该过程的热效应为△
か(反应物
△H2是298K时的反应热,可自生成热的表值计算求出
p(生成物
由于焓是状态函数,所以△1+△H2+△H3=0或△Ha=ー(△H1+△H2)从该式右方可以算出其具体数
值,左方是T2的函数值,因此可结出终了态的温度T23
依据上述方法求煤气在当量浓度时定容、绝热爆炸的最高火焰温度.设想体系在298时进行反应
反应的热效应为△I1(I1=-388.23kJ),而后再改变终态的温度到T2(T2待定)
cp生成物
(141.23+44.94×10
38.56×107T2)dT
141.2372-141.23×298
44.94×1(
2-2982],
由于△H=(△H1+ムH2)=0,所以△H2=ー△H1,即22.47X10-3T2+141.2312ー432312.70=0,由该
式求得T,≈2253.