تحقیق بررسی احتراق (آتش)

تحقیق بررسی احتراق (آتش) در 44 صفحه ورد قابل ویرایش
دسته بندی فنی و مهندسی
فرمت فایل doc
حجم فایل 117 کیلو بایت
تعداد صفحات فایل 44

تحقیق بررسی احتراق (آتش)

فروشنده فایل

کد کاربری 6017

تحقیق بررسی احتراق (آتش) در 44 صفحه ورد قابل ویرایش

احتراق

احتراق عبارت است از اكسیداسیون سریع مواد، همراه با آزاد شدن سریع انرژی.

یكی از تعاریف اكسیداسیون عبارت است از تركیب شیمیایی یك ماده با اكسیژن. تعریف دیگر اكسیداسیون چنین است: واكنش شیمیایی كه شامل اكسیژن باشد، به طوریكه یك یا تعداد بیشتری از مواد با اكسیژن تركیب شوند.

افروزش

برای آغاز این فرآیند به یك منبع تولید گرما، مواد سوختی و هوا نیاز است. مواد از نظر قابلیت شعله وری متفاوت اند و خصوصیات فیزیكی و شیمیایی در این موضوع مؤثر است. مثلاً موادی كه به شكل ورقه ای هستند، فوم ها و یا یك تكه پارچه خیلی ساده تر از بلوكهای ضخیم مواد جامد آتش می‌گیرند. طبق تعریف، آغاز فرآیند سوختن را افروزش می‌نامند. برای پایین آوردن قابلیت افروزش مواد در مقابل منابع كوچك تولید گرما می‌توان كارهایی انجام داد اما اینها لزوماً بر روی سرعت سوختن این مواد مؤثر نخواهد بود.

آتش (حریق)

ساده ترین تعریف احتراق، چیزی است كه به آن آتش اطلاق می‌شود و عبارت است از تركیب شیمیایی سریع مواد با اكسیژن كه هم نور و هم گرما تولید می‌كند. شعله ور شدن (مشتعل شدن) و سوختن همراه با دود (سوختن سطحی) دو نوع احتراق هستند كه ممكن است اتفاق بیفتند.

برای انجام شدن عمل احتراق باید یك اكسید كننده موجود باشد. تقریباً همه آتشها با اكسیژن موجود در اتمسفر به عنوان عامل اكسیدكننده انجام می‌گیرد، اما اكسیدكننده های دیگری نیز موجود است.

بیشتر این اكسیدكننده ها زمانی كه در معرض حرارت، فشار یا هر دوی آنها قرار می‌گیرند اكسیژن آزاد می‌كنند. علاوه بر آن اكسیدكننده های دیگری نیز وجود دارد مثل هالوژنها (فلوئور، كلر، برم و ید) كه احتراق را تقویت می‌نماید، اما در اینجا فقط احتراق با اكسیژن هوا مورد بحث است.

سوختن و بیشتر انفجارها، نمونه هایی از واكنشهای شیمیایی هستند كه از آنها به عنوان آتش (حریق) نام برده می‌شود و در واقع واكنشهای شیمیایی هستند كه شامل اكسیداسیون سریع مواد است. با وجود این، سرعت این واكنشها ممكن است صدها یا هزاران مرتبه سریعتر از یك حریق باشد. به عبارت ساده تر، سوختن واكنش اكسیداسیونی است كه به طور قابل توجهی سریعتر از حریق است، اما آهسته تر از انفجار است.

مثلث آتش

این تئوری به صورت یك مثلث ارائه گردیده است. به دلیل اینكه سه جزء (وجه) اصلی در آن وجود دارد و مثلث یك شكل بسته است كه نمایانگر یك سیستم بسته می‌باشد. قسمتی از تئوری تأكید دارد كه برای اینكه یك آتش موجود باشد بسته بودن سیستم الزامی‌است بدین معنی كه اگر یكی از سه وجه مثلث در تماس با وجه بعدی نباشد وقوع حریق ممكن نیست. در شكل (1 ـ 1) مثلث آتش نشان داده شده است.

مقابله با آتش

معمولی ترین روش خاموش كردن آتش، خارج كردن وجه انرژی از مثلث آتش است. بهترین راه آن این است كه گرما (انرژی) را، به وسیلة خنك كردن سوخت تا زیر درجه حرارت افروزش با استفاده از آب، از نزدیكی سوخت دور كنیم. راههای دیگری نیز برای خنك كردن آتش وجود دارد. در بعضی از مواقع، آب نمی‌تواند به عنوان یك عامل خاموش كنندة آتش به كار رود، مثل آتش (سیمهای الكتریكی باردار) یا آتشی كه شامل موادی باشد كه با آب واكنش دهد.

و برای خاموش كردن آتشهایی كه شامل پلاستیكها است نیز مورد استفاده قرار می‌گیرد. در بعضی مواقع، گرمای جذب شده توسط پلاستیكها ممكن است باعث شود آنها به صورت مایع جاری درآیند. در این مواقع استفاده از قطره های ریز آب به صورت اسپری سریعاً مایع را سرد می‌كند و آن را به حالت جامد اولیه برمی‌گرداند، همچنین این آب باعث خاموش شدن آتش نیز می‌شود.

دومین روش خاموش كردن آتشها، براساس ضلع اكسیژن مثلث آتش است. كاربرد كف برای آتشهای مایع، یا استفاده از دی اكسیدكربن برای آتشهای مواد قابل احتراق كه از رسیدن اكسیژن اتمسفر به آتش جلوگیری می‌نماید، معمول است. استفاده از آب برای محصوركردن یك مایع درحال سوختن (مایع سوختنی باید غیرقابل حل در آب و وزن مخصوص بیشتری از آب داشته باشد) نیز می‌تواند مانع رسیدن اكسیژن به آتش شود. به طور كلی یك مایع یا جامد را می‌توان به هر طریقی پوشش داد كه اكسیژن به آن نرسد. مثلاً انداختن شیء درحال سوختن، در آب و غرق شدن جسم در زیر آب باعث می‌شود سوخت سریعاً سرد شود و اكسیژن نیز به آن نرسد.

سومین روش خاموش كردن آتش، برمبنای تئوری مثلث آتش، خارج نمودن سوخت است. این كار ممكن است سریع و ساده باشد مثل خارج كردن یك مادة سوختنی از یك خانه. یك مثال پیچیده از دور نمودن سوخت، انتقال دادن مایعی است كه درحال سوختن است از یك تانك به تانك دیگر به وسیلة لولة ارتباطی، همچنانكه سطح مایع در داخل تانك درحال سوختن كمتر می‌شود، سوخت كمتری در معرض سوختن خواهد بود تا جائیكه تمام مایع از تانك خارج و از طریق لوله ارتباطی وارد تانك دیگر می‌شود. در نتیجة این عمل آتش خاموش می‌شود چون چیزی برای سوختن باقی نمانده است.

پیرولیز

ریشه كلمه پیرولیز از دو كلمه یونانی پیرو به معنای آتش و كلمه لیز به معنای تجزیه كردن گرفته شده است. بنابراین ممكن است پیرولیز به صورت سادة زیر تعریف شود:

تجزیه و شكسته شدن مولكولها بر اثر حرارت

زمانی كه یك ماده پیرولیز پیوندهای كووالانسی داخل مولكولها شكسته می‌شود و معمولاً گرمای زیادی نیز تولید می‌شود و در حقیقت عامل به وجود آورندة آتش همان شكسته شدن سوخت به مواد ساده تر است. پیرولیز كلاسیك (بهترین فرم پیرولیز) زمانی اتفاق می‌افتد كه به یك ماده جامد مثل چوب و دیگر مواد سلولزی حرارت داده می‌شود. اغلب این كار در غیاب هوا صورت می‌گیرد اگرچه در حضور هوا نیز چوب پیرولیز می‌شود. در نتیجة چنین عملی محصولات پیرولیز شده موادی هستند كه در واكنشهای احتراقی سهیم هستند. به عبارت دقیق تر، پیرولیز شكسته شدن پیوندهای كووالانسی تركیبات بر اثر حرارت است. بنابرانی می‌توان چنین استنباط كرد كه مایعات گازهای قابل اشتعال تركیباتی هستند كه دارای پیوند كووالانسی هستند.

نكته قابل توجه در اینجا این است كه مایعات نمی‌سوزند و زمانی كه ترمهایی مثل «قابل اشتعال یا قابل احتراق» همراه مایعات می‌آید فقط به این منظور مورد استفاده قرار می‌گیرد كه بین دو گروه از مایعات با محدودة نقطه اشتعال متفاوت، فرقی قائل شده باشند. بسیاری از مردم معتقدند كه مایعات قابل اشتعال می‌سوزند، ولی حقیقت این است كه فقط بخار این گونه مایعات می‌سوزد. بنابراین مایع قابل اشتعال یا قابل احتراق مایعی است كه بر اثر سوختن بخار تولید نماید.

مایع قابل اشتعال، مایعی است كه نقطه اشتعال آن كمتر از 100 درجه فارنهایت و مایع قابل احتراق، مایعی است كه نقطه اشتعال آن در حدود 100 درجه فارنهایت و یا بالاتر باشد. نقطه اشتعال به صورت زیر تعریف می‌شود:

می‌نیمم درجه حرارتی كه در آن مایع، بخار كافی تولید نماید كه بتواند یك مخلوط قابل افروزش در نزدیكی سطح مایع یا ظرف به وجود آورد.

مایعات در پایین تر از نقطه جوش خود با سرعت معینی تبخیر می‌شوند و سرعت تبخیر آنها در نقطه جوش به ماكزیمم مقدار خود می‌رسد. بخار تولید شده با هوا تركیب و آماده سوختن می‌شود، اما اگر تئوری چهار وجهی آتش صحیح باشد باید یك مرحلة دیگر (تشكیل رادیكالهای آزاد) نیز اتفاق بیفتد. منبع افروزش باعث شكسته شدن مولكولها و تبدیل آنها به مواد ساده تر (رادیكالهای آزاد) می‌شود و زمانی كه سوخت با درصد مناسب (در محدودة شعله وری) با هوا مخلوط می‌شود باید دمای مخلوط تا دمای افروزش سوخت افزایش یابد و در این مرحله است كه حریق شروع می‌شود.
شرح دستگاه

دستگاه كالریمتر مخروطی از قسمتهای اصلی زیر تشكیل شده است.

1. هیتر (گرم كننده) الكتریكی به شكل مخروط ناقص (منبع انرژی تشعشعی سیستم) و ابزارآلات متصل شده به آن برای كنترل شدت جریان (كنترل درجه حرارت هیتر)
3. نگهدارنده تجزیه كننده (آنالیزور) اكسیژن و دیگر گازها
5. سیستم اندازه گیری غلظت دود
6. رادیومتر حرارتی (دستگاه اندازه گیری شار حرارتی)

2. سیستم دودكش و كانال خروجی گازها
4. جرقه زن الكتریكی و تایمر

1 ـ همان طور كه اشاره شد هیتر به شكل مخروط ناقص درست شده است و این امر بدان علت است كه در تست احتراق مشخص شده است كه قابلیت تشعشعی (تابشی) آن در گسترة وسیعی قرار دارد. عامل فعال و گرم كنندة هیتر یك سیم مقاومت الكتریكی است كه یك لایه از جسم نسوز (اكسید منیزیم)، آن را پوشانده و در نهایت در یك محافظ آلیاژی. مقاوم در درجه حرارتهای بالا، قرار گرفته است. این مجموعه در قسمت داخلی یك مخروط ناقص دوجدارة فولادی به صورت مارپیچ مطابق شكل (3 ـ 2) قرار گرفته است.

در ولتاژ 240 ولت كه جریان الكتریكی مورد نیاز دستگاه است ماكزیمم بار حرارتی هیتر برابر kw5 است كه این مقدار توان الكتریكی قادر است انرژی تا حد را به وجود آورد. انرژی تشعشعی مورد نیاز با یك كنترل كننده الكترونیكی قابل تنظیم است. یك ترموكوپل كه در تماس مستقیم با المان حرارتی است متصل به یك كنترل كننده است كه این كنترل كننده قادر است درجه حرارت را در محدودة صفر تا با خطای یا بهتر در درجه حرارت موردنظر تنظیم نماید.

2 ـ سیستم دودكش و كانال خروجی گازها

ابعاد دودكش و كانال خروجی طوری طراحی شده است كه قادر باشد كل گازهای حاصل از احتراق (جریان تا حد35) را به راحتی از محفظه احتراق خارج نماید.

مطابق شكل (3 ـ 3) این سیستم شامل كلاهك دودكش (هود)، كانالهای ارتباطی، فن، حلقه نمونه گیر گاز برای تجزیه كننده اكسیژن و دیگر گازها، صفحه سوراخدار همراه با دریافت كننده های فشار برای اندازه گیری اختلاف فشار گاز در دو طرف این صفحه و ترموكوپل برای تعیین دمای گازهای خروجی است.

همانطور كه در شكل مشاهده می‌شود بعد از هود یك صفحه سوراخدار (قطر سوراخ آن mm57 است) قرار دارد كه كار ان اختلاط كامل گازهای حاصل از احتراق است. بعد از آن به فاصله 685 میلیمتری از هود یك حلقه نمونه گیر گاز قرار دارد كه این حلقه دارای دوازده سوراخ است و این امر بدان علت است كه نمونه گاز گرفته شده از نظر تركیب درصد نشان دهنده تركیب كل گازهای خروجی حاصل از احتراق باشد. برای تعیین دبی جرمی‌گازهای خروجی مطابق معادله (2 ـ 37) احتیاج به درجه حرارت این گازهاست كه برای این منظور از یك ترموكوپل استفاده می‌شود كه بعد از فن قرار دارد و موقعیت آن باید طوری باشد كه حداقل mm100 قبل از صفحه سوراخدار قرار داشته باشد. بعد از ترموكوپل صفحه سوراخدار برای ایجاد فشار قرار دارد (قطر سوراخ آن mm57 است). فاصله صفحه سوراخدار از فن باید حداقل mm350 باشد.

3 ـ نگهدارنده نمونه و ترازو

نگهدارنده نمونه به شكل مكعب مستطیلی است كه وجه بالایی آن كاملاً باز است جنس آن از فولاد ضدزنگ است و در ته آن (بین نمونه مورد آزمایش و نگهدارنده) یك لایه عایق حرارتی از جنس پشم با دانسیته كم(65) قرار داده می‌شود كه ضخامت این لایه حداقل باید mm13 باشد و این كار بدین علت است كه ترازو از تشعشع انرژی حرارتی محفوظ بماند (نوسانات حرارتی باعث می‌شود كه وسیلة توزین دقت كافی را نداشته باشد).

موقعیت نگهدارنده نسبت به مخروط ناقص طوری تنظیم می‌شود كه فاصله بین
پایین ترین قسمت مخروط و سطح رویی نمونه mm25 باشد. همچنین در حین آزمایش سطح زیرین نمونه و جوانب آن به وسیله فویل آلومینیومی‌پوشیده می‌شود. طرز
قرار گرفتن نگهدارنده نمونه در محفظه احتراق در دو حالت افقی و عمودی به ترتیب در شكلهای (3 ـ 5) و (6ـ3) نشان داده شده است.

نگهدارنده روی یك ترازو قرار می‌گیرد ك دقت آن g1/0 است و این ترازو برای تعیین كاهش جرم نمونه در محاسبات مورد استفاده قرار می‌گیرد.

4 ـ تجزیه كننده گازها

نمودار جریان این مجموعه در شكل (3 ـ 7) نشان داده شده است و مطابق این شكل قسمتهای مختلف آن عبارتند از: حلقه نمونه گیر گازها، فیلتر دودگیر، تله سردكننده، پمپ، ستونهای سیلیكاژل و قلیای آهكی تجزیه كننده گاز اكسیژن، تجزیه كننده گاز دی اكسیدكربن و منواكسیدكربن، تجزیه كننده گاز اكسیژن از نوع پارا مغناطیسی است و اكسیژن را در محدودة صفر تا 5/0 اندازه گیری می‌نماید. چون این تجزیه كننده به فشار حساس است قبل از اینكه گازها وارد آن شوند باید از یك تعدیل كننده فشار عبور نمایند.

5 ـ جرقه زن الكتریكی و تایمر

برای افروختن نمونه ها از یك شمع الكتریكی استفاده می‌شود كه با برق 10 كیلوولت تغذیه می‌شود (با استفاده از ترانسفورماتور افزاینده) و بین دو سر شمع یك فاصله 3 میلیمتری وجود دارد. طول الكترود و طرز قرار گرفتن آن مطابق شكل (3 ـ 6) طوری انتخاب شده است كه شمع درست در مركز نمونه و به فاصله 13 میلیمتری از سطح نمونه قرار گرفته است.

شمع موردنظر با یك كنترل كننده دستی كنترل می‌شود و برای قراردادن شمع در مجاورت نمونه (همراه با جرقه زدن) و برگرداندن شمع به جای اولیه اش (همراه با قطع نمودن جرقه) مورد استفاده قرار می‌گیرد. در ضمن برای تعیین زمان افروزش به یك زمان سنج (تایمر) احتیاج است كه حداكثر خطای آن یك ثانیه در یك ساعت است.

6 ـ دستگاه اندازه گیری غلظت دود

روش صحیح و مناسب برای اندازه گیری ضریب تیرگی برمبنای استفاده از یك سیستم با منبع نور سفید و سیستم آشكارگری كه در محدودة میانی طول موجهایی كه چشم انسان به آنها حساس است قرار دارد.

پاسخ دهید

نشانی ایمیل شما منتشر نخواهد شد. بخش‌های موردنیاز علامت‌گذاری شده‌اند *