Удельным теоретическим расходом воздуха Vв° именуется минимальное его количество, нужное для полного сгорания единицы массы горючего вещества при обычных условиях.
Теоретическое количество воздуха (либо другого окислителя) рассчитывается по уравнению материального баланса горения с учетом стехиометрических коэффициентов, другими словами в то время, когда окислитель и горючее находятся в стехиометрическом соотношении.
Стехиометрическое количество воздуха в уравнении реакции горения предполагает, что при данном соотношении компонентов, участвующих в реакции горения, воздушное пространство расходуется абсолютно. Количество воздуха в этом случае именуется теоретическим (Vвтеор).
Горение может происходить не только при стехиометрическом соотношении компонентов, но и при большом отклонении от него. В большинстве случаев, в условиях пожара на сгорание вещества воздуха затрачивается больше, чем определяется теоретическим расчетом. Избыточный воздушное пространство DVв в реакции горения не расходуется и удаляется из территории реакции вместе с продуктами горения. Так, практический количество воздуха равен :
Vвпр = Vвтеор + DVв (1)
и, следовательно, избыток воздуха будет равен
DVв= Vвпр — Vвтеор (2)
В большинстве случаев в расчетах избыток воздуха при горении учитывается посредством коэффициента избытка воздуха (a). Наряду с этим направляться не забывать, что в избыток воздуха входит лишь азот и кислород.
Коэффициент избытка воздуха при кинетическом горениипоказывает отклонение газопаровоздушной смеси от стехиометрической концентрации. При стехиометрической концентрации ?=1. В этом случае коэффициент избытка воздуха возможно как больше, так и меньше 1, но ограничен область воспламенения.
Величина a есть серьёзной чёртом автомобилей и агрегатов, в которых осуществляется организованное горение.
Для горючих смесей стехиометрического состава (т.е. состава, соответствующего уравнению реакции горения), где коэффициент избытка воздуха a = 1, настоящий расход воздуха равен теоретическому. В этом случае обеспечивается оптимальный режим горения. Но добиться полной однородности смеси очень тяжело. Существующие для данной цели технические средства не разрешают полностью обеспечить стехиометрическое соотношение компонентов при реакции горения и создать однородную смесь. Регулирование значения коэффициента избытка воздуха позволяет максимально приблизиться к оптимальным условиям сжигания.
Практически в любое время a больше единицы и находится в промежутке значений:
1,02 – 1,3 в зависимости от характера сжигаемого вещества. Конкретно этим обусловлено наименование коэффициента a- коэффициент избытка воздуха. В конечном итоге для кинетического горения его значения смогут быть как больше, так и меньше 1.
При a 1 горючую смесь именуют бедной по горючему компоненту, а при a 1 – богатой по горючему компоненту.
Избыток воздуха имеется лишь в смеси, бедной по горючему компоненту. Избыток воздуха равен:
DVв= Vвтеор(a -1) (3)
В условиях пожара в большинстве случаев преобладает диффузионный режим горения.В закрытом количестве диффузионное горение большинства горючих материалов допустимо лишь до определенной пороговой концентрации кислорода, так называемой остаточной концентрации кислорода в продуктах горения. Т.е. при диффузионном горении, кислород воздуха отнюдь не весь задействуется на горение. Для материалов и различных веществ остаточное содержание кислорода в продуктах сгорания может составлять 8-16%. Так, на горение расходуется лишь часть кислорода, исходя из этого для полного сгорания разглядываемого вещества потребуется воздуха больше, чем теоретически нужное.
Коэффициент избытка воздуха для диффузионного горения вернее назвать коэффициент участия воздуха в горении. Эта характеристикаболее полно отражает сущность процесса горения на пожаре и не дает ошибочных понятий и представлений. Это ответственный параметр, определяющий динамику развития пожара и, как следствие, развитие его страшных факторов.
Отношение количества воздуха, фактически отправившегося на горение при диффузионном горении, к теоретически нужному, именуется коэффициентом избытка воздуха и обозначается греческой буквой ? (альфа):
(4)
его возможно выяснить кроме этого по выражению:
(5)
где:
концентрация кислорода в воздухе до начала горения, в объемных %, в большинстве случаев, если не задано иное, принимают 21%;
— концентрация кислорода в воздухе, при которой заканчивается горение данного вещества (остаточное содержание кислорода), в объемных %.
Физический суть коэффициента избытка воздуха при диффузионном горении содержится в том, на какое количество не абсолютно возможно (либо был) задействован кислород воздуха при горении.
Формула для расчета практического количества воздуха для сгорания заданного количества горючего вещества имеет форму:
, м3; (6)
где:
? — коэффициент избытка воздуха.
Очевидным есть, что при горении в диффузионном режиме, коэффициент избытка воздуха может иметь значения более 1. На практике значение этого коэффициента в большинстве случаев образовывает 2-5.
Расчет количества воздуха, нужного для горения, предполагает вычисление:
а) теоретического количества воздуха Vвтеор и б) практического количества воздуха Vвпр, затраченного на горение (с учетом коэффициента избытка воздуха).
Метод расчета теоретического количества воздуха зависит от агрегатного состояния вещества и его химической природы. Для удобства вычислений горючие вещества подразделяют на три главные группы:
- личные химические соединения с известной химической формулой (метан, ацетон, спирты и т.д.);
- конденсированные горючие вещества малоизвестного химического строения, но с известным элементным составом (элементный состав отражает содержание в веществе химических элементов С, Н, О, S, N, C1 и др. в % весов.);
- смесь газов либо паров.