CHÁY NỔ DO CÁC HẠT BỤI - Phần 3

Chia sẻ: Lit Ga | Ngày: | Loại File: DOC | Số trang:24

Thêm vào BST

Báo xấu

92
lượt xem 13
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Các tài liệu trình bày các phương pháp rất dài và có điều kiện khi ứng dụng các công thức. Trên đây các công thức trình bày với mục đích là cho các bạn có một khái niệm cách tính như thế nào nên các công thức trình bày trên đây không nêu hết các điều kiện để ứng dụng cho các công thức.

Chủ đề:

Bình luận(0) Đăng nhập để gửi bình luận!

Lưu

Nội dung Text: CHÁY NỔ DO CÁC HẠT BỤI - Phần 3

CHÁY NỔ DO CÁC HẠT BỤI Phần Ba 1. Lời mở đầu o Các tài liệu trình bày các phương pháp rất dài và có điều kiện khi ứng dụng các công thức. Trên đây các công thức trình bày với mục đích là cho các bạn có một khái niệm cách tính như thế nào nên các công thức trình bày trên đây không nêu hết các điều kiện để ứng dụng cho các công thức. o Các tài liệu trên đây đã cũ, nên tham khảo các tài liệu mới để cập nhật các kinh nghiệm mới hơn. o Phương pháp (PP) tốt nhất cho việc nghiên cứu cháy nổ là CFD (computational Fluid Dynamics). Đây là PP dùng máy điện toán để giải mô hình toán học. Mô hình toán học được phát triển từ hiện tượng vật lý và hoá học trong điều kiện đã cho. 2. Phương pháp của National Fire Protection Association [1] Phương pháp (PP) của National Fire Protecttion Association (NFPA) được công bố 2–12–1987. PP NFPA trình bày ở đây dựa vào tài liệu 1988. Tài liệu này đã được hoàn chỉnh bởi The American National Standards Institute. Cho các đọc giả muốn nghiên cứu nên tìm tài liệu mới hơn. Bình chứa có sức chịu đựng thấp (Pred
Aaf là diện tích của lỗ thoát (m2), C là hằng số do thực nghiệm ((kPa)0,5), hằng số C chỉ ở Bảng 3.1. A s là diện tích chung quanh ở phía trong của bình chứa (m 2), Pred là áp suất giảm (áp suất tối đa có thể đạt được nếu có hiện tượng nổ) (kPa). Vì bình chứa có lỗ thoát, do đó khi có hiện tượng nổ, lỗ thoát sẽ tự động mở ra và làm giảm áp suất tăng trong bình. Phương trình (PT) (1) chỉ có giá trị cho bình chứa có tỉ lệ chiều dài đường kính (L/D) nhỏ hơn hoặc bằng 3 (L/D ≤ 3). Cho bình chứa không có tiết diện hình tròn, D sẽ trở thành D h (hydraulic diameter) và Dh có công thức (2) Angang là diện tích ngang của bình (m2), O là chu vi ngang của bình (m) Chất đốt C [(kPa)0,5] Khí methane 0,37 Khí đốt với SL 0,1 bar) b) Để cho việc tính cửa sổ của lỗ thoát, người ta đưa ra một lực mới gọi là “lực mở” có nghĩa là lực để mở cửa của lỗ thoát [2]
(3) Fv gọi là lực mở tác dụng vào cánh cửa của lỗ thoát (N), Aaf là diện tích của lỗ thoát (m2), Pred là áp suất giảm (105 bar hay N/m2). Pred ở đây có nghĩa là khi xảy ra trường hợp cháy nổ trong bình chứa, áp suất tăng lên cho tới khi áp suất P bằng Pred (P = Pred) , thì cánh cửa của lỗ thoát sẽ mở ra. Chúng ta có thể quyết định được Pred bằng cách như tính lực của lò xo để giữ cánh cửa sổ của lỗ thoát đóng. Trong thực tế, cửa sổ của lỗ thoát mở rất chậm so với sự tăng trưởng mau lẹ của áp suất, do đó thời gian mở và đóng cửa sổ cũng phải được tìm hiểu. Thời gian cho mỗi lần mởđóng được tính như sau [2] (4) tF là thời gian cho một lần mởđóng (s), Kst là hằng số của hạt nổ () (có thể coi bài trước) , V là thể tích bình chứa (m3), Pred là áp suất giảm (N/m2), Aaf là diện tích lỗ thoát (m2). c) Phương pháp đồ thị cho chất khí PP đồ thị dựa vào các dữ kiện từ thí nghiệm. Vài điều lưu ý khi dùng PP này là: PP này có thể không thích hợp cho việc tính diện tích của lỗ thoát. o o PP này ứng dụng cho bình chứa với tỉ lệ dàiđường kính (L/D) nhỏ hơn 5
o “Ống” của lỗ thoát có thể làm tăng áp suất vì sự rối xảy ra trong đó. Nếu xử dụng ống cho việc tíng lỗ thoát thì diện tích lỗ thoát phải lớn hơn diện tích đã tìm ra. o Độ cong của ống cũng có thể làm tăng áp suất vì sự rối loạn. Đồ thị dùng để tíng diện tích lỗ thoát (DTLT) cho khí methane (CH4) chỉ trong Hình 3.2, propane (C3H8) Hình 3.3, khí từ than đá (coal gas) hình 3.4, hydrogen (H2) 3.5. Những đồ thị kể trên được phát triển với những điều kiện sau: o Không có sự rối loạn vào lúc bắt đầu mồi lửa (sự rối loạn ban đầu bằng 0). o Năng lượng mồi rất thấp (10 J hoặc nhỏ hơn). o Áp suất ban đầu bằng áp suất của atmosphere. Hình 3.2 – 3.5 chỉ đồ thị dùng tính diện tích lỗ thoát cho bình chứa cho các chất khí methane (CH4), propane (C3H8), khí than đá (coal gas) và hydrogen (H2)
Hình 3.2: Đồ thị tính DTLT cho hỗn hợp khí methane (CH4) và không khí.
Hình 3.3: Đồ thị tính DTLT cho hỗn hợp khí propane (C3H8) và không khí.
Hình 3.4: Đồ thị tính DTLT cho hỗn hợp khí từ than đá (coal gas) và không khí.
Hình 3.5: Đồ thị tính DTLT cho hỗn hợp khí hydrogen (H2) và không khí. Đồ thị trong Hình 3.2 – 3.5 có thể tính theo công thức từ thực nghiệm như sau. Công thức này phát triển từ đồ thị nên không tốt (chính xác) hơn đồ thị (5) Aaf là diện tích lổ thoát (m2), V là thể tích bình chứa (m3), Pred là áp suất giảm (bar), Pstat là áp suất thủy tĩnh, a, b, c và d là hằng số do thực nghiệm (xem Bảng 3.2)
a b c d Methane (CH4) 0,105 0,770 0,823 1,230 Propane (C3H8) 0,148 0,703 0,671 0,942 Khí than đá 0,150 0,695 0,707 1,380 Hydrogen (H2) 0,279 0,680 0,393 0,755 Bảng 3.2: Hằng số a, b, c và d trong PT(5). [2] o Nếu khí đốt với vận tốc cháy tầng (VTCT) (laminar burning velocity) (khoảng 60 cm/s) vào khoảng 1,3 lần VTCT của propane có thể dùng đồ thị trong Hình 3.3. o Nếu VTCT của khí đốt lớn hơn 1,3 VTCT của khí propane thì xử dụng đồ thị trong Hình 3.5. o Nếu khí đốt không biết VTCT dùng đồ thị trong Hình 3.5. Thí dụ Cho: Áp suất tương đối (áp suất lớn hơn áp suất atmosphere) tối đa trong bình chứa Pred = 0,8 bar, Pstat = 0,2 bar. Vận tốc tăng trưởng tối đa của áp suất (dP/dt)max = 730 bar/s. Giải: Từ Hình 3.3 cho propane (C3H8) và Hình 3.5 cho hydrogen (H2), ta đọc được diện tích của lỗ thoát là 11,0 m2. Vận tốc tăng trưởng tối đa áp suất cho propane là 369 bar/s và hydrogen là 2029 bar/s cho cùng một điều kiện thử. Dùng PP interpolation để tính diện tích lỗ thoát cho loại khí đốt ở trên
Trong trường hợp có sự hiện diện của của sự rối loạn (turbulence) trong bình chứa, PP đồ thị không thể ứng dụng trực tiếp. Với khí đốt có (dP/dt)max ≤ (dP/dt)max,p (trong trường hợp cháy tầng), đồ thị cho hydrogen (Hình 3.5) có thể ứng dụng trong trường hợp rối loạn. “Extrapolation” cho đồ thị có thể ứng dụng nếu Pstat ≤ 0,05 bar và 0,1 ≤ Pred ≤ 2,0 bar. Pstat có thể “extrapolate” lên nhưng Pred – Pstat ≤ 0,05 bar. Phương pháp đồ thị cho chất rắn (hạt bụi) d) Hình 3.6 – 3.11 chỉ các đồ thị dùng tính diện tích lỗ thoát (DTLT) cho hạt bụi và không khí (KK). Các đồ thị này dựa vào nhiều thí nghiệm với bốn loại bụi và bốn loại bình chứa (1, 10, 30 và 60 m3). Đồ thị này trình bày trong VDI Richlinie 3673 [4] Hình 3.6 – 3.13 chỉ đồ thị dùng tính diện tích lỗ thoát cho bình chứa cho các hạt bụi Hình 3.6: Đồ thị tính DTLT cho hạt bụi và không khí. Biết Kst, Pstat = 0,1 bar.
Hình 3.7: Đồ thị tính DTLT cho hạt bụi và không khí. Biết Kst, Pstat = 0,2 bar.
Hình 3.8: Đồ thị tính DTLT cho hạt bụi và không khí. Biết Kst, Pstat = 0,5 bar.
Hình 3.9: Đồ thị tính DTLT cho hạt bụi và không khí. Biết loại hạt bụi (Classes of Dusts, St) , Pstat = 0,1 bar.
Hình 3.10: Đồ thị tính DTLT cho hạt bụi và không khí. Biết loại hạt bụi (Classes of Dusts, St) , Pstat = 0,2 bar.
Hình 3.11: Đồ thị tính DTLT cho hạt bụi và không khí. Biết loại hạt bụi (Classes of Dusts, St) , Pstat = 0,5 bar.
Hình 3.12: Đồ thị tính DTLT cho hạt bụi và không khí. Loại hạt bụi St1 , Pmax = 9,0 bar.
Hình 3.13: Đồ thị tính DTLT cho hạt bụi và không khí. Loại hạt bụi St2 , Pmax = 9,0 bar. Hình 3.6 – 3.13 có thể biểu diễn bằng các công thức từ thực nghiệm như sau. Chú ý các công thức này tính gần đúng từ các đồ thị nên sự chính xác kém hơn các đồ thị. Hình 3.6 –3.8 (6) với a = 0,000571∙exp{2∙Pstat}; b = 0,978∙exp{0,105∙Pstat}; c = 0,687∙exp{0,226∙Pstat}
Hình 3.9 (Pstat = 0,1 bar) (7) với C = 1,88854 cho St1 støv C = 1,69846 cho St2 støv C = 1,50821 cho St3 støv Hình 3.10 (Pstat = 0,2 bar) (8) với C = 1,93133 cho St1 støv C = 1,71583 cho St2 støv C = 1,50115 cho St3 støv Hình 3.11 (Pstat = 0,2 bar) (9) với C = 1,94353 cho St1 støv C = 1,69627 cho St2 støv C = 1,50437 cho St3 støv
Các hạt bụi được phân loại như sau Kst (bar m/s) Loại hạt bụi St1 ≤ 200 St2 201 – 300 St3 > 300 Aaf là diện tích lổ thoát (m2), V là thể tích bình chứa (m3), Kst là hằng số nổ, Pred là áp suất giảm (bar), Pstat là áp suất thủy tĩnh, a, b, c, d và C là hằng số do thực nghiệm. Đồ thị trong Hình 3.12 và 3.13 có thể ứng dụng thay thế các đồ thị khác. Hai hình này chỉ giá trị cho hai loại hạt bụi St1 và St2 và Pmax = 9,0 bar. e) Bình chứa là các ống dài Trường hợp bình chứa là các ống dài hoặc bình chứa có hình dáng khá phức cần phải nghiên cứu kỹ hơn. Phần này có thể xem trong tài liệu [1] và các tài liệu khác. 3. Phương pháp của VDI [4] Verein Deutscher Ingenieure (VDI) phân ra hai loại bình chứa: 1) loại bình ngắn và 2) loại bình dài. Bình ngắn theo VDI là bình có tỉ lệ giữa chiều dài và đường kính (chiều ngang) (L/D) nhỏ hơn hoặc bằng 2 (L/D ≤ 2) và bình dài là bình có L/D > 2.
Hai loại trộn lẫn giữa hạt bụi và không khí (KK) được định nghĩa: 1) trộn đều và 2) trộn không đều. Trộn đều có nghĩa là KK trộn lẫn với các hạt đều nhau và trộn không đều là ngược lại các hạt dính chùm với nhau. Các hạt bụi cháy nổ phân loại như sau: St1: 0