Процессы горения и проблемы экологии и безопасности


Презентация изнутри:

Слайд 0

Процессы горения и проблемы экологии и безопасности Андрей Никонович Золотко Институт горения и нетрадиционных технологий Одесского национального университета им. И.И. Мечникова


Слайд 1

2 Содержание Физико-химические основы горения. Специфика процессов горения. Прикладные аспекты горения. Экологические проблемы горения. Горение и пожаро-взрывобезопасность. Резюме.


Слайд 2

3 1. Физико-химические основы горения Горение - раздел химической физики – наука о быстропротекающих самоускоряющихся процессах с положительной обратной связью. Главный участник – химическая реакция, скорость которой увеличивается в геометрической прогрессии при росте температуры ( рис.1). При горении происходит быстрое превращение горючего и окислителя в продукты сгорания. При этом: потенциальная энергия реагентов ХР преобразуется в другие виды энергии: тепловую, энергию электромагнитного излучения в широком диапазоне длин волн: УФ-видимое-ИК-радиодиапазон. Научный фундамент физики горения: химическая и физическая кинетика, катализ, ТМО, ФП, физика жидкости и твердого тела, термодинамика, газодинамика, теория турбулентности, электродинамика.


Слайд 3

4 Условие возникновения горения Рис. 1


Слайд 4

5 Схемы процессов горения Рис. 2. Схема процесса горения Рис. 3. Протекание горения во времени – кинетика процесса


Слайд 5

6 2. Специфика процессов горения Критические условия - воспламенение, потухание - резкое изменение состояния системы при малом изменении какого-либо ее параметра. Описание базируется на теории катастроф (В.И. Арнольд) и теории цепных реакций ( Н.Н. Семенов). Аналоги процессов воспламенения: ядерный взрыв, электрический пробой диэлектриков, гидродинамический взрыв при вязких течениях, тепловая неустойчивость движения ледников, взрывы Н2 на периферии звезд, кризисы в экономике, социальные взрывы. Характеристики тепловых КУ: Tв, tв, НКПВ, МВСК, Ез ,tз, Тг, Тп , ,Lп - функции параметров среды и реагентов.


Слайд 6

7 2. Специфика процессов горения (продолжение). 2.2. Пространственное распространение фронта пламени. Фронт пламени – микрореактор – самоорганизующаяся упорядоченная структура. (синергетика – наука о порядке в беспорядке). Аналоги: волны тушения люминесценции, полимеризации, спекания, фазовых превращений в метастабильных системах, цунами, распространения нервного импульса. Характеристики фронта пламени: Uн, Тг, НКПР,QR, dP/dt ,Pmax, ?, состав продуктов сгорания – функции параметров среды и реагентов.


Слайд 7

8 3. Прикладные аспекты горения Задача: Обеспечение жизни – тепло, свет, полезные материалы – продукты сгорания. Энергетика (96%) – уголь, торф, нефть, газ, древесина плюс интенсификация добычи ( внутрипластовое горение, подземная газификация угля, очистка стенок нефтяных скважин от тяжелых углеводородов); МГД – генераторы. Транспорт – автомобильный, железнодорожный, водный, воздушный - ДВС, реактивные и поршневые авиационные двигатели, газотурбинные двигатели. Военная техника: ствольная - метательная, ВВ, излучающие боеприпасы, ГДЛ, ракетная и космическая техника, пиротехника.


Слайд 8

9 3. Прикладные аспекты горения. Химическая технология на горении Цель – продукты сгорания доменный процесс, производство сажи, получение SO2 сжиганием серы в кислороде, внепечная алюмотермическая выплавка ферросплавов и т.д. СВС – твердофазное горение – быстро, выгодно, удобно. Синтезированно более 600 соединений: оксиды, нитриды, гидриды, силициды, халькогениды, карбиды металлов – термостойкие, антикоррозионные, сверхтвердые материалы, сухие смазки, сверхпроводники, элементы с памятью формы, абразивы – материалы для эксплуатации в экстремальных условиях (сверхвысокие и сверхнизкие Т, Р, агрессивные среды, проникающие излучения) (см.видео клип)


Слайд 9

10 Демонстрация процесса СВС Al+Ni -> AlnNim


Слайд 10

11 Химическая технология на горении ГДС при факельном сжигании пылей – прямой синтез нанооксидов металлов для гибких керамик, неорганических пен, суперфинишных полировальных материалов, сорбентов (в том числе ОВ), красителей, высокотемпературных стекол, компаундов, наполнителей для косметики, сверхтонких антикоррозионных и упрочняющих покрытий, новых стоматологических материалов и т.д. Синтезы на горении открыли дорогу новому разделу науки – структурной макрокинетике. Утилизация промышленных и бытовых отходов методами сжигания (EC- до 90%). Дополнительный выход – тепло, материалы (гравий и т.п.)


Слайд 11

12 Пылевой факел частиц алюминия и железа


Слайд 12

13 4. Экологические проблемы горения Задача – не навредить при сжигании топлив. Негативные проявления: 4.1. Техногенное тепловыделение соизмеримо с компонентами теплового баланса атмосферы; 4.2. Акустический шум турбулентных пламен при работе авиационных и ракетных двигателей – загрязнитель окружающей среды


Слайд 13

14 4. Экологические проблемы горения (продолжение) 4.3. Выброс вредных продуктов сгорания – окислов азота, окислов металлов, угарного газа (при высоких Тг), окислов серы, канцерогенных веществ – продуктов неполного пиролиза органических горючих, сажи, углекислого газа (при низких Тг) – является причиной: изменения оптических свойств атмосферы и уменьшения потока солнечного излучения, возникновения кислотных дождей, усиления «парникового эффекта», разрушения озонового слоя Земли, негативного воздействия на флору и фауну, здания и конструкции. Общий итог : глобальное потепление, климатические катастрофы (циклоны, бураны, смерчи, цунами, наводнения, засухи, сходы лавин, сели)..


Слайд 14

15 5. Горение и пожаро- взрыво безопасность 5.1. Горение в природе – есть горючее, окислитель, поджигающее устройство (молния). Примеры: лесные, торфяные, степные пожары. Предельный случай – «ядерная зима». 5.2. Производственные и бытовые пожары. Причины – многообразие и сложность процессов горения и неумелое их использование. Наиболее опасные – пылевые пожары (угольные шахты, предприятия по производству любых порошков, сельхозпредприятия, мельницы и т.д.). Особенность – «прыгающие» пожары 5.3 Способы борьбы с пожарами: грамотность – предотвращение (предварительные оценки риска, соблюдение ТБ и учет «человеческого фактора») - эффективные средства пожаротушения.


Слайд 15

16 Взрыв смеси высокодисперсной пыли угля с метаном в воздухе


Слайд 16

17 Резюме Процессы горения во всем их многообразии приносят человечеству и пользу и беды. Задача: научиться управлять процессами горения и оптимизировать их, чтобы увеличить «плюсы» и уменьшить «минусы». Для этого – обширные НИР и ОКР, эксперименты и математическое моделирование, современная аппаратура и техника, кадры и, главное, финансовое обеспечение.


×

HTML:





Ссылка: