Нормальная скорость распространения пламени (НСРП) – это скорость перемещения фронта пламени относительно несгоревшего газа в направлении, перпендикулярном к его поверхности. Другими словами это скорость распространения фронта химической реакции горения относительно свежей смеси, измеренная по нормали к фронту. В некоторой литературе данный показатель определяют как фундаментальная скорость горения.
Пламя, возникшее в горючей смеси, способно распространяться в сторону несгоревшего газа. В практических условиях встречаются пламена, распространяющиеся в замкнутом объеме первоначально неподвижного газа, и пламена, горящие в струе газа, поступающего с определенной скоростью в зону горения. Примером пламени, распространяющегося в замкнутом объеме, является пламя, возникающее в трубе или сферической колбе при поджигании содержащейся в них горючей смеси нагретой проволокой или электрической искрой. Примером пламени, распространяющегося в струе газа, служит любое стационарное пламя, горящее в трубе при пропускании через нее горючей смеси, (с определенной постоянной скоростью), или пламя горелки. Как при распространении в замкнутом сосуде, так и при горении в струе газа пламя характеризуется некоторой скоростью распространения, которая всегда является относительной скоростью, т.е. скоростью распространения фронта пламени по отношению к несгоревшему газу, находящемуся в непосредственной близости от фронта.
Нормальная скорость распространения пламени не зависит от гидродинамических условий протекания процесса и является единственным параметром процесса горения, имеющего свойство физико-химической константы для данной горючей смеси. Эта величина характеризует полноту химического превращения исходного горючего и окислителя в продукты реакции по отношению к начальному соотношению компонентов к горючей смеси.
Распространение фронта пламени
Нормальная скорость распространения пламени по горючей смеси данного состава является минимальным при определении значений температуры и давления. Как правило, максимум нормальной скорости распространения пламени, как функция содержания горючего в смеси, смещен в сторону смесей, содержащих избыток горючего по отношению к смеси стехиометрического состава.
Значение нормальной скорости распространения пламени следует применять в расчетах скорости нарастания давления взрыва газо- и паровоздушных смесей в закрытом, негерметичном оборудовании и помещениях, критического (гасящего) диаметра при разработке и создании огнепреградителей, площади легкосбрасываемых конструкций, предохранительных мембран и других разгерметизирующих устройств; при разработке мероприятий по обеспечению пожаровзрывобезопасности технологических процессов в соответствии с требованиями ГОСТ 12.1.004 и ГОСТ 12.1.010.
Сущность метода определения нормальной скорости распространения пламени изложена в приложении № 7 к ГОСТ 12.1.044-89 и заключается в приготовлении горючей смеси известного состава внутри реакционного сосуда, зажигании смеси в центре точечным источником, регистрации изменения во времени давления в сосуде и обработке экспериментальной зависимости «давление – время» с использованием математической модели процесса горения газа в замкнутом сосуде и процедуры оптимизации. Математическая модель позволяет получить расчетную зависимость «давление – время», оптимизация которой по аналогичной экспериментальной зависимости дает в результате изменение нормальной скорости в процессе развития взрыва для конкретного испытания.
Установка для определения нормальной скорости распространения пламени
1 – реакционный сосуд; 2 – электроды зажигания; 3 – термостат; 4 – линия подачи горючего; 5 – линия подачи окислителя; 6 – линия подачи флегматизатора; 7 – измеритель давления; 8 – клапаны; 9 – ртутный манометр; 10 – вакуумный насос; 11 – газовый смеситель; 12 – усилители тиристорные; 13 – регуляторы температуры; 14 – электронагреватели; 15, 24 – термоэлектрические преобразователи; 16 – датчик давления; 17 – регистратор динамического давления; 18 – пульт управления; 19 – зажигающее устройство; 20 – усилитель; 21 – смотровые окна; 22 – скоростная кинокамера; 23 – измеритель температуры.
Источники: Избранные труды. Химическая физика и гидродинамика. Зельдович Я.Б. –М., 1984; Теория горения и взрыва. Под редакцией Фролова Ю.В. –М., 1981; Теория топочных процессов. Хзмалян Д.М. –М., 1990; ГОСТ 12.1.044-89 (ИСО 4589-84) ССБТ. Пожаровзрывоопасность веществ и материалов. Номенклатура показателей и методы их определения; Кинетика химических газовых реакций. Кондратьев В.Н. Академия наук СССР. –М., 1958.