Свойства газов. - раздел Образование, ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ ГОРЕНИЯ И ВЗРЫВА
Основное Уравнение Кинетической Теории Газов Имеет Вид:
...
Основное уравнение кинетической теории газов имеет вид:
, (2.1)
где: WK – суммарная кинетическая энергия поступательного движе-
ния n молекул газа, находящегося в объеме V;
mi, ui – масса и скорость движения i-той молекулы.
В результате беспорядочного движения и соударений газа происходит изменение скорости и энергий частиц. Возникают явления направленного пе-реноса внутренней энергии, т.е. теплопроводность, и переноса массы частиц, – диффузия с выравниванием того и другого в объеме вещества.
Теплопроводность возникает в веществе при наличии градиента тем-ператур:
, (2.2)
где: dQ – количество теплоты переносимой за время dT через поверх-ность dS по направлению нормали Х к этой поверхности в сторо-ну убывания температуры;
(dT/dх) – градиент температуры;
k – коэффициент теплопроводности, равный количеству теплоты, перенесенный через единицу поверхности за единицу времени при градиенте dT/dх=1.
Согласно кинетической теории газов:
, Дж/(см×сек×град) (2.3)
где: υ – средняя скорость теплового движения молекул;
l - средняя длина свободного пробега молекул;
r - плотность газа;
CV – удельная теплоемкость газа при постоянном объеме.
Диффузией называется процесс установления внутри фаз какой-то сис-темы равномерного распределения концентрации газа.
Фазой называется совокупность всех гомогенных частей системы. В гомогенной системе нет поверхностей раздела фаз (например, газовая фаза, раствор, твердая фаза), т.е. фаза находится в одном агрегатном состоянии. Система, состоящая из двух и более фаз, называется гетерогенной.
В двухкомпонентной системе явление диффузии описывается законом Фика:
, (2.4)
где: dM – масса первого компонента, которая переносится за время dt через площадь dS в направлении нормали Х к этой площадке в сторону убывания плотности первого компонента;
dr/dx – градиент плотности;
d – коэффициент диффузии.
, см2/сек. (2.5)
Теплоемкостью называется количество тепла, необходимое для повы-шения температуры вещества на один градус:
, Дж/(г×К) (2.6)
Различают CP – теплоемкость при P=const и CV – теплоемкость при V=const, которые объединяются соотношением:
, (2.7)
где: R – универсальная газовая постоянная, равная работе, совершае-мой 1 молем идеального газа при изобарном нагреве P=const на 1 градус:
.
Понятия «моль», «R» вытекают из основных законов идеальных газов (идеальным газом называется газ, молекулы которого не взаимодействуют друг с другом).
Кроме закона Бойля-Мариотта это следующие законы:
1. Закон Авогадро: Равные объемы газов при одинаковых температуре и давлении содержат одинаковое число молекул.
Различие в массах веществ определяется разными весами их атомов и молекул. За единицу массы в молекулярной теории принят моль (г-молеку-ла). 1 моль – такая масса химически однородного вещества, которая (в грам-мах) численно равна его молекулярному весу.
Иногда закон Авогадро гласит так: «При одинаковых давлениях и тем-пературах грамм-молекулы различных идеальных газов имеют одинаковые объемы».
Число Авогадро: в 1 моле газа содержится 6,02×1023 молекул. Тогда 1 моль любого газа при 0 оС и 101,3 кПа занимает объем 22,414 л.
Другими словами, молекулярный вес – это вес 6,02×1023 молекул газа, выраженный в граммах. Тогда PV=22,4 л×атм/моль при 0 0С.
Например: атомный вес кислорода – 16. Молекулярный вес 16´2=32 г. Тогда в 32 г О2 содержится 6,02×1023 молекул О2.
Можно рассчитать удельный вес (плотность) газа при нормальных фи-зических условиях:
.
где: m - молекулярный вес газа.
2. Закон Гей-Люссака: при P=const объем массы газа прямо пропорцио-нален его абсолютной температуре:
, (2.8)
где: Т0=273 К;
V0 – объем газа при Т0.
3. Закон Шарля: при V=const давление данной массы газа прямо про-порционально его абсолютной температуре:
, (2.9)
где: P0 – давление при Т0=273 К.
4. Уравнение состояния идеального газа для 1 моля газа:
, (2.10)
где: P, Vμ и T – давление, молекулярный объем и абсолютная темпе-
ратура газа.
5.Уравнение Менделеева-Клайперона для произвольной массы газа (М):
, (2.11)
Связь ТГВ с рассмотренными законами и свойствами газов можно показать на следующих примерах.
1. Горение представляет собой комплекс взаимосвязанных физических и химических процессов. Важнейшими из них при горении являются тепло- и массоперенос. Наиболее общим свойством горения является способность возникшего очага (фронта) пламени перемещаться по горючей смеси путем теплопроводности и диффузии активных частиц из зоны горения в свежую смесь. Таким образом, скорость распространения пламени при горении и взрыве зависит от теплопроводности реагирующих веществ. С увеличением теплопроводности скорость горения возрастает.
2. Теплоемкость учитывается в термодинамических расчетах горения и выборе огнетушащих средств. Этот параметр относится как к физике, так и к термохимии, т.к. горение – это химическая реакция. Зависимость теплоемко-сти от температуры веществ выражается уравнением:
CP =a+bT+cT2, (2.12)
где: а, b, c – термодинамические константы.
3. R входит во все уравнения ТГВ.
4. Диффузия объясняет возникновение и протекание так называемого диффузионного горения.
5. На базе основных законов идеальных газов выведены постулаты тео-рии горения и самовоспламенения.
6. Законы идеальных газов являются основой расчетов давления, объе-ма, температуры в процессах горения и взрыва.
В И ГОВОРОВ В М ПЛОТНИКОВ Е В КАРАТАЙ... ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ ГОРЕНИЯ И ВЗРЫВА...
Если Вам нужно дополнительный материал на эту тему, или Вы не нашли то, что искали, рекомендуем воспользоваться поиском по нашей базе работ:
Свойства газов.
Что будем делать с полученным материалом:
Если этот материал оказался полезным ля Вас, Вы можете сохранить его на свою страничку в социальных сетях:
Свойства газовых смесей.
При рассмотрении смесей газов добавляются понятия: «концентрация» и «парциальное давление».
1. Весовая концентрация Сi i–го газа, входящего в со
Парциальные давление и объем.
Давление – это сила, действующая на единицу поверхности. Оно прямо пропорционально числу молекул, сталкивающихся с этой поверхностью. Давление зависит не только от числа молекул, но и от скорости и
Свойства жидкостей.
До сих пор мы рассматривали газы. Но одно и то же вещество в зави-симости от соотношения между средней кинетической и средней потенци-альной энергиями частиц может находиться в одно
Свойства сжиженных газов.
Сжижение газов осуществляется путем охлаждения их ниже темпера-туры кипения. Промышленный метод сжижение газов основан на использо-вании положительного эффекта Джоуля-Томпсона, т.е.
Свойства твердых веществ.
Сильный нагрев твердого тела приводит к плавлению и переходу в жидкое состояние, а затем при испарении – в газ. Ряд твердых веществ может непосредственно из твердой фазы перейти в г
Химизм реакций горения.
Как Вы уже уяснили, горением называется быстропротекающая хими-ческая реакция, сопровождающаяся выделением тепла и свечением (пламе-нем). Обычно – это экзотермическая окислительная
Тепловой эффект реакции.
То, что в каждом индивидуальном веществе заключено определенное количество энергии, служит объяснением тепловых эффектов химических реакций.
По закону Гесса: Тепловой эффек
Кинетические основы газовых реакций.
По закону действующих масс скорость реакции при постоянной темпе-ратуре пропорциональна концентрации реагирующих веществ или, как гово-рят, «действующих масс».
Скоростью химической реакции
Энергия активации реакции.
Для объяснения данного явления часто пользуются следующим приме-ром (рис. 9):
На площадке лежит шар. Площадка расположена перед горкой. Поэто-му шар мог бы скатиться сам вн
Катализ.
Кроме повышения температуры и концентрации веществ, для ускоре-ния химической реакции используют катализаторы, т.е. вещества, которые вводятся в реагирующую смесь,
Адсорбция.
Адсорбция – поверхностное поглощение какого-либо вещества из га-зообразной среды или раствора поверхностным слоем другого вещества – жидкости или твердого тела.
Горение газообразных, жидких и твердых веществ.
В зависимости от агрегатного состояния горючего вещества различают горение газов, жидкостей, пылевидных и компактных твердых веществ.
Согласно ГОСТ 12.1.044-89:
1.
Гомогенное и гетерогенное горение.
Исходя из рассмотренных примеров, в зависимости от агрегатного со-стояния смеси горючего и окислителя, т.е. от количества фаз в смеси, разли-чают:
1. Гомогенное гор
Диффузионное и кинетическое горение.
По степени подготовки горючей смеси различают диффузионное и ки-нетическое горение.
Рассмотренные виды горения (кроме взрывчатки) относятся к диффу-зионному горению. Пламя,
Нормальное горение.
В зависимости от скорости распространения пламени при кинетиче-ском горении может реализоваться либо нормальное горение (в пределах не-скольких м/с), либо взрывное дефлаграционное (
Дефлаграционное (взрывное) горение.
Нормальное горение неустойчиво и в закрытом пространстве склонно к самоускорению. Причиной этому является искривление фронта пламени вследствие трения газа о стенки сосуда и изменен
Общие показатели для горючих веществ и видов горения.
Общими показателями для любых веществ и видов горения являются:
1) Группа горючести —это способность вещества или материала к го-рению. По горючести вещества и материалы п
И пылевоздушных смесей.
Показателями взрывной и пожарной опасности газов, паров жидкостей и пылевоздушных смесей (пылевого облака) являются:
1) Нижний и верхний концентрационные пределы воспламенения (рас
Видных веществ.
Показателями пожарной опасности при диффузионном горении твер-дых веществ и осевшей пыли являются:
1) Температура самонагревания– это самая низкая температ
Тепловое самовоспламенение (тепловой взрыв).
Самовоспламенение – это явление резкого увеличения скорости экзо-термических реакций, приводящее к самопроизвольному возникновению го-рения вещества в отсутствии ис
Самовозгорание.
Самовозгорание представляет собой процесс низкотемпературного окисления дисперсных материалов, заканчивающийся тлением или пламен-ным горением. Склонность к самовозгоранию веществ о
Цепное самовоспламенение (цепной взрыв).
По теории Аррениуса скорость химической реакций определяется чис-лом молекул, обладающей энергией активации. Однако саморазогрев горю-чей смеси при экзотермической реакции из-за нед
Зажигание.
Зажигание– это процесс инициирования начального очага горения в горючей смеси за счет ввода в смесь извне высокотемпературного источника тепловой энергии. Происхожд
Тепловая теория горения.
При адиабатическом, т.е. не сопровождающемся тепловыми потерями сгорании, весь запас химической энергии горючей системы переходит в тепловую энергию продуктов реакции. Температура п
Горение в замкнутом объеме.
При горении газов в открытой трубе и в потоке продукты реакции свободно расширяются, давление остается практически постоянным. Сжигание в замкнутом сосуде связано с ростом давления.
Движение газов при горении.
Расширение газов в пламени (по закону Гей-Люссака) приводит к тому, что горение всегда сопровождается движением газов. Обозначим через ρг – плотность исходной среды,
Факторы ускорения горения.
Различные режимы дефлаграционного горения отличаются только ско-ростью распространения пламени в связи с неодинаковым развитием повер-хности фронта пламени. Горение первоначально н
Условия возникновения взрыва.
Как мы выяснили ранее, взрывом называется химическое или физиче-ское превращение вещества, сопровождающееся крайне быстрым переходом его энергии в энергию сжатия и движения исходны
Ударные волны в инертном газе.
Ударное сжатие.При любом резком повышении давления в газе или жидкости возникает волна сжатия – ударная волна. Она распространяется по сжимаемой среде, переводя ее
Воспламенение при быстром сжатии.
Горючая среда может воспламеняться не только при введении в нагре-тый сосуд. Возможен и другой режим воспламенения, уже не самопроизволь-ного, а вынужденного – при нагревании горючей среды в сосуде
Возникновение детонации.
Ускорение горения в трубах. Для возникновения детонации необходи-ма сильная ударная волна, в которой происходит достаточное нагревание взрывчатой среды. Така
Стационарный режим распространения детонации.
Достаточно сильная ударная волна может вызвать воспламенение на-гретой ею взрывчатой среды. Однако горение, вызванное одиночным импуль-сом сжатия, может быть нестационарным. При оди
Вырождение детонации.
Концентрационные пределы детонации. Тепловые потери из зоны реакции детонационной волны в стенках приводят к отклонениям от зако-номерностей детонации, изложенных в
Концентрационные пределы распространения пламени.
Из теории горения следует, что по мере понижения содержания недос-тающего компонента горючей смеси, а с ним и температуры горения, умень-шается нормальная скорость пламени. Изложенн
Затухание пламени в узких каналах.
Если в затухании пламени главную роль играет теплоотвод излучением, который определяет пределы распространения пламени, то для быстрогоря-щих газовых смесей радиационные потери малы
Механизм флегматизации взрывоопасных смесей.
Достаточно широко используется метод обеспечения взрывобезопасно-сти, основанный на снижении концентрации горючего меньшей нижнего концентрационного предела. Для его объя
Хотите получать на электронную почту самые свежие новости?
Подпишитесь на Нашу рассылку
Наша политика приватности обеспечивает 100% безопасность и анонимность Ваших E-Mail
, (2.1)
, (2.2)
, Дж/(см×сек×град) (2.3)
, (2.4)
, см2/сек. (2.5)
, Дж/(г×К) (2.6)
, (2.7)
.
.
, (2.8)
, (2.9)
, (2.10)
, (2.11)
Новости и инфо для студентов