По специальности 280104.65 – Пожарная безопасность

Екатеринбург

ТЕОРИЯ ГОРЕНИЯ И ВЗРЫВА. Методические указания и задания для выполнения контрольной работы слушателями II курса заочного обучения. – Екатеринбург: УрИ ГПС МЧС России, 2007. – 57 с.

Составители:

Беззапонная О.В. – доцент кафедры химии и процессов горения, к.т.н.

Вайтнер Е.В. – старший преподаватель кафедры химии и процессов горения, к.т.н.

Русинова Е.В. – профессор кафедры химии и процессов горения, д.х.н.

Рецензенты:

Баранова О.Ю. – доцент кафедры физики и теплообмена УрИ ГПС МЧС, к.т.н.

Терзиян Т.В. – доцент кафедры высокомолекулярных соединений УрГУ им. А.М. Горького, к.х.н.

В заданиях и методических указаниях для выполнения контрольной работы слушателями факультета заочного обучения приведены условия задач контрольной работы, даны рекомендации по выбору варианта контрольной работы и разобраны примеры решения типовых задач.

Методические указания рассмотрены и одобрены на заседании Методического совета Уральского института ГПС МЧС России 20 декабря 2007 г.

ВВЕДЕНИЕ

Изучение дисциплины «Теория горения и взрыва» на факультете заочного обучения слагается из цикла установочных и обзорных лекций, выполнения контрольной работы в межсессионный период, практических и лабораторно-практических занятий и сдачи итогового экзамена или зачёта.

Начинать самостоятельное изучение дисциплины в межсессионный период необходимо с анализа рабочей программы курса и подбора рекомендуемой литературы. После изучения каждой темы рекомендуется составлять краткий конспект. При записи формул необходимо приводить принятые обозначения и размерности, входящих в расчётные формулы величин.

Усвоив основные теоретические положения отдельных тем курса, слушатель может переходить к решению задач и выполнению контрольной работы по этой дисциплине.

При самостоятельном изучении дисциплины «Теория горения и взрыва» в межсессионный период слушатели выполняют одну письменную контрольную работу. Вариант контрольной работы определяется в соответствии с номером зачётной книжки слушателя. В контрольную работу включены семь задач по основным темам дисциплины.

При решении каждой задачи необходимо внимательно прочитать текст задачи, полностью переписать в тетрадь её условие, указать, что нужно рассчитать и привести ход решения задачи со всеми математическими преобразованиями. Ход решения задач должен сопровождаться краткими пояснениями. Должны быть записаны формулы, уравнения реакций, указаны соответствующие справочные пособия, которыми пользовался слушатель. В конце решения задачи следует сделать соответствующий вывод. Работа должна быть выполнена аккуратно, разборчивым почерком. В ней необходимо отвести поля для замечаний преподавателя, рецензирующего контрольную работу.

В помощь слушателям при самостоятельном выполнении контрольной работы в методических указаниях приведены примеры решения типовых задач. Приступая к самостоятельному решению задачи контрольной работы, необходимо обдумать план её решения, сравнивая её с предложенным вариантом типовой задачи. В случае появления неясностей при выборе решения следует обратиться к теоретическому материалу той темы, на которую построена задача. Для удобства слушателей при выполнении контрольной работы в приложении к методическим указаниям даны некоторые необходимые справочные данные.

ВЫБОР ЗАДАНИЯ И ВАРИАНТА

ДЛЯ ВЫПОЛНЕНИЯ КОНТРОЛЬНОЙ РАБОТЫ

1. Номер контрольного задания выбирается в соответствии с предпоследней цифрой номера зачётной книжки. Соответствующие ему номера задач для решения указаны в таблице 1.

2. Номер варианта каждой из задач выбирается в соответствии с последней цифрой номера зачётной книжки из таблицы к условию соответствующей задачи.

Пример. Номер зачётной книжки 02817. По предпоследней цифре зачётной книжки выбираем номер задания – задание № 1. По табл. 1 находим, что следует решать задачи 1, 3, 5, 7, 11, 12, 13. Для этих задач выбираем вариант, соответствующий последней цифре зачётной книжки (т.е. вариант № 7).

Таблица 1

Номер задания	Номера задач
	1, 3, 5, 7, 11, 12, 13.
	2, 4, 6, 8, 9, 10, 13.
	1, 3, 5, 8, 11, 12, 13.
	1, 4, 5, 7, 9, 11, 13.
	2, 3, 6, 8, 10, 12, 13.
	1, 4, 6, 7, 9, 11, 13.
	1, 4, 5, 7, 10, 11, 13.
	2, 3, 5, 8, 9, 11, 13.
	1, 3, 5, 8, 10, 12, 13.
	2, 4, 6, 7, 9, 11, 13.

Работы, выполненные не в соответствии с данными указаниями, к проверке не принимаются.

Задача 1.

Рассчитать объём воздуха и продуктов горения (в об. %), образующихся при сгорании 10 кг вещества (табл. 2), если горение происходит при заданных условиях (табл. 2) и коэффициенте избытка воздуха a (табл. 2). Объём продуктов горения привести к заданным условиям.

Таблица 2

Номер варианта	Название вещества	Химическая формула	Температура t °С	Давление P, кПа	a
	Этанол	С₂Н₆О		100, 0	1, 1
	Пропанол-1	С₃Н₈О		100, 0	1, 2
	Бутанол-1	С₄Н₁₀О		105, 0	1, 3
	Толуол	С₇Н₈		105, 0	1, 4
	Анилин	С₆Н₅NН₂		105, 0	1, 5
	Глицерин	С₃Н₅(ОН)₃		110, 0	1, 6
	Этиленгликоль	С₂Н₄(ОН)₂		110, 0	1, 7
	Ацетон	С₃Н₆О		110, 0	1, 8
	Диэтиловый эфир	С₄Н₁₀О		115, 0	1, 9
	Пропилацетат	С₅Н₁₀О₂		115, 0

Задача 2. Рассчитать объём воздуха и продуктов горения при сгорании горючего газа (табл. 3) объёма V при заданных условиях (табл. 3), если горение происходит при избытке воздуха a.

Таблица 3

Номер варианта	Название вещества	Химическая формула	Температура t, °С	V, м³	a
	Метан	СН₄			1, 4
	Этан	С₂Н₆			1, 3
	Пропан	С₃Н₈			1, 1
	Бутан	С₄Н₁₀			1, 5
	Ацетилен	С₂Н₂			1, 1
	Метилэтиловый эфир	С₃Н₈О			1, 4
	Диметиловый эфир	С₂Н₆О			1, 6
	Диметилпропан	С₅Н₁₂			1, 4
	Сероводород	Н₂S			1, 2
	Водород	Н₂			1, 3

Задача 3. Определить объём и состав продуктов горения (в об. %) смеси газов (табл. 4), если горение происходит при коэффициенте избытка воздуха a.

Таблица 4

Состав смеси, %	Номер варианта

Оксид углерода	-		-	-	-		-		-
Водород		-	-	-	-		-
Метан	-	-		-	-		-
Этан	-	-	-
Пропан	-	-	-	-	-
Бутан		-	-	-
Этилен				-
Пропен	-	-	-
Ацетилен	-		-
Углекислый газ
Азот	-
Кислород
a	1, 2		1, 3	1, 1	1, 2	1, 2	1, 2	1, 4	1, 1	1, 3

Задача 4. Определить, какое количество вещества (табл. 5) может выгореть в закрытом помещении объёмом V_п, если известно, что горение прекращается при содержании кислорода в помещении, равном . Для расчёта коэффициента избытка воздуха рекомендуется воспользоваться формулой (11).

Таблица 5

Номер варианта	Название вещества А	Химическая формула	V_п, м³	.
	Ацетон	СН₃СОСН₃
	Бензол	С₆Н₆
	Метанол	СН₃ОН
	Этанол	С₂Н₅ОН
	Глицерин	С₃Н₅(ОН)₃
	Гексан	С₆Н₁₄
	Диэтиловый эфир	С₂Н₅ОС₂Н₅
	Толуол	С₆Н₅СН₃
	Стирол	С₆Н₅С₂Н₃
	Бутанол	С₄Н₉ОН

Задача 5. Методом последовательных приближений рассчитать адиабатическую температуру горения для стехиометрической смеси горючего вещества с воздухом (табл. 6)

Таблица 6

Номер варианта	Горючее вещество	Химическая формула
	Толуол	С₇Н₈
	Анилин	С₆Н₅NН₂
	Глицерин	С₃Н₅(ОН)₃
	Этиленгликоль	С₂Н₄(ОН)₂
	Ацетон	С₃Н₆О
	Диэтиловый эфир	С₄Н₁₀О
	Пропилацетат	С₅Н₁₀О₂
	Этанол	С₂Н₆О
	Пропанол-1	С₃Н₈О
	Бутанол-1	С₄Н₁₀О

Задача 6. Вычислить температуру горения горючего вещества (табл. 7), если горение протекает при коэффициенте избытка воздуха a, а доля потерь тепла излучением составляет h.

Таблица 7

Номер варианта	Название вещества	Элементный состав вещества, масс. %	a	h
С	Н	О	S	N	W	зола
	Антрацит				0, 5	1, 0		21, 5	1, 1	0, 2
	Горючий сланец	24, 2	1, 8	4, 5	3, 0	2, 0		39, 5	1, 2	0, 3
	Керосин		13, 7	0, 3	-	-		-	1, 3	0, 4
	Бензин		8, 0	5, 0	-	2, 0			1, 4	0, 3
	Соляровое масло	86, 0	12, 0	1, 2	0, 8	-	-	-	1, 5	0, 2
	Мазут					-		-	1, 6	0, 3
	Древесина				-			-	1, 7	0, 4
	Уголь							-	1, 8	0, 3
	Церезин				-	-	-	-	1, 7	0, 2
	Горючий сланец								1, 6	0, 3

Задача 7. Рассчитать, какое минимальное количество горючей жидкости (табл. 8) должно испариться в закрытом помещении объёмом V_п при нормальных условиях, чтобы создалась взрывоопасная концентрация горючих паров. Условно принять, что пары горючей жидкости равномерно распределены в объёме помещения. Нижний концентрационный предел распространения пламени рассчитать по предельной теплоте сгорания.

Таблица 8

Номер варианта	Название горючей жидкости	Химическая формула	V_п, м³
	Этиленгликоль	С₂Н₄(ОН)₂
	Ацетон	СН₃СОСН₃
	Толуол	С₆Н₅СН₃
	Гексан	С₆Н₁₄
	Глицерин	С₃Н₅(ОН)₃
	Бензол	С₆Н₆
	Пропанол	С₃Н₇ОН
	Этанол	С₂Н₅ОН
	Метанол	СН₃ОН
	Бутанол	С₄Н₉ОН

Задача 8. Рассчитать концентрационные пределы распространения пламени сложного состава при заданных условиях среды (табл. 9).

Таблица 9

Номер варианта	Состав смеси, %	Условия среды
СН₄	СО	Н₂	Н₂О	С₃Н₈	t, °С	Р, кПа
					-
					-
				-


				-
					-
	-
			-
		-

Задача 9. Рассчитать минимальную флегматизирующую концентрацию инертного разбавителя, об. %, исходя из минимальной адиабатической температуры горения паровоздушной смеси вещества А при разбавлении её флегматизатором Ф (табл. 10), а также минимальное взрывоопасное содержание кислорода и безопасную концентрацию кислорода.

Таблица 10

Номер варианта	Название вещества А	Химическая формула	Флегматизатор Ф
	Пентан	С₅Н₁₂	Азот
	Гексан	С₆Н₁₄	Азот
	Уксусноэтиловый эфир	СН₃СООС₂Н₅	Водяной пар
	Диэтиловый эфир	С₄Н₁₀О	Водяной пар
	Этиловый спирт	С₂Н₆О	Диоксид углерода
	Метиловый спирт	СН₄О	Диоксид углерода
	Ацетон	СН₃СОСН₃	Азот
	Бензол	С₆Н₆	Азот
	Пропилен	С₃Н₆	Диоксид углерода
	Пропиловый спирт	С₃Н₈О	Диоксид углерода

Задача 10. Рассчитать температурные пределы распространения пламени горючего вещества (табл. 11) по его концентрационным пределам распространения пламени, значения которых рассчитать по аппроксимационной формуле.

Таблица 11

Номер варианта	Название вещества	Химическая формула
	Аллиловый спирт	С₃Н₅ОН
	Бутиловый спирт	С₄Н₉ОН
	Пропиловый спирт	С₃Н₇ОН
	Метиловый спирт	СН₃ОН
	Ацетон	С₃Н₆О
	Бензол	С₆Н₆
	Толуол	С₆Н₅СН₃
	Октан	С₈Н₁₈
	Гексан	С₆Н₁₄
	Гептан	С₇Н₁₆

Задача 11. Рассчитать температуру вспышки или температуру воспламенения горючей жидкости (табл. 12) по формуле В.И. Блинова. Сравнить найденное значение с экспериментальным, взятым из справочника.

Таблица 12

Номер варианта	Название жидкости	Химическая формула	Определяемый параметр
	Уксусноэтиловый эфир	СН₃СООС₂Н₅	Температура вспышки (о.т.)
	Толуол	С₆Н₅СН₃	Температура вспышки (о.т.)
	Пентан	С₅Н₁₂	Температура воспламенения
	Гексан	С₆Н₁₄	Температура вспышки (з.т.)
	Метанол	СН₃ОН	Температура вспышки (о.т.)
	Этанол	С₂Н₅ОН	Температура вспышки (о.т.)
	Бутанол	С₄Н₉ОН	Температура воспламенения
	Ацетон	С₃Н₆О	Температура воспламенения
	Бензол	С₆Н₆	Температура вспышки (з.т.)
	Пропанол	С₃Н₈О	Температура вспышки (з.т.)

Задача 12. Рассчитать стандартную температуру самовоспламенения вещества (табл. 13) по средней длине углеродной цепи, определив число концевых групп и число цепей.

Таблица 13.

№ вар-та	Название вещества	Структурная формула
	2, 4–диметил–3-этилоктан	СН₃ – СН – СН - СН – СН₂- СН₂ – СН₂ – СН₃ ô ô ô СН₃ СН₂ СН₃ ô СН₃
	1, 2-диметил-4-бутилбензол	СН₃ – –СН₂ – СН₂ – СН₂ – СН₃ \| СН₃
	2, 4-диэтилпентанол-1	СН₂ – СН₃ \| ОН - СН₂ – СН – СН₂ - СН – СН₃ \| СН₂ – СН₃
	1-этил-2метил-5-пропилбезол	СН₃ \| СН₃ СН₂ – –СН₂ – СН₂ – СН₃
	2, 4-диметил-3-этилпентанол	ОН – СН₂ – СН – СН – СН - СН₃ ô ô ô СН₃ СН₂ СН₃ ô СН₃
	Изопентилбензол	СН₃ \| СН₃ СН₂ – С - \| СН₃
	3, 3-диметил-5-этилгексанол-2	СН₃ ô СН₃ – СН – СН – СН₂ – СН - СН₃ ô ô ô ОН СН₃ СН₂ - СН₃
	1-этил-3, 5-диизопропилбензол	СН₃ \| СН – СН₃ \| СН₃ СН₂ – –СН – СН₃ \| СН₃


	2, 2, 4, 4-тетраметилпентан	СН₃ СН₃ ô ô СН₃ – С – СН₂ – С – СН₃ ô ô СН₃ СН₃
	2, 2, 3-триметилгексан	СН₃ ô СН₃ – С – СН – СН₂ – СН₂ - СН₃ ô ô СН₃ СН₃

Задача 13. Сферический заряд ТНТ (тринитротолуол) массой W (табл. 14) взрывается при стандартных атмосферных условиях. Найти параметры падающей и нормально отражённой от препятствия взрывной волны на расстоянии R (табл. 14) от центра взрыва.

Таблица 14.

Номер варианта	Масса ТНТ W, кг	Расстояние R, м

МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ К ИЗУЧЕНИЮ ТЕОРЕТИЧЕСКОГО МАТЕРИАЛА ДИСЦИПЛИНЫ И РЕШЕНИЮ ЗАДАЧ

Приступая к изучению курса, необходимо представлять, что горение – основной процесс на пожаре. Знание сути явления, законов горения, механизмов и способов его прекращения необходимы для успешной работы инженера пожарной безопасности в любой области его деятельности.

12 3 4 5 6 7 8 Следующая ⇒