• <tr id="yyy80"></tr>
  • <sup id="yyy80"></sup>
  • <tfoot id="yyy80"><noscript id="yyy80"></noscript></tfoot>
  • 99热精品在线国产_美女午夜性视频免费_国产精品国产高清国产av_av欧美777_自拍偷自拍亚洲精品老妇_亚洲熟女精品中文字幕_www日本黄色视频网_国产精品野战在线观看 ?

    基于最小自由能原理的二氧化碳致裂器發(fā)熱材料危險性研究

    2018-10-25 01:48:20超,劉玲,,李
    采礦技術(shù) 2018年5期
    關(guān)鍵詞:化學(xué)式熱力學(xué)危險性

    郭 超,劉 玲, ,李 娟

    (1.湖南安全技術(shù)職業(yè)學(xué)院, 湖南 長沙 410151;2.北京理工大學(xué), 北京 100081)

    0 引 言

    為了突破炸藥爆破的局限性,美國AIRDOX公司1938年開始研究高壓氣體爆破,20世紀(jì)50~60年代,采礦業(yè)發(fā)達的英、法、美、俄等國開始應(yīng)用高壓氣體爆破采煤設(shè)備,英國的 CARDOX 公司在20 世紀(jì) 50 年代開發(fā)研制了二氧化碳致裂器(稱為Cardox管)作為代替炸藥的采煤器[1]。二氧化碳致裂器是通過發(fā)熱材料對裝在儲液管內(nèi)的液態(tài)二氧化碳加熱,使其迅速氣化,管內(nèi)壓力升高,沖破剪切片釋放出來,對介質(zhì)做功,形成爆破[2]。由于其具有無明火,不產(chǎn)生有毒、有害氣體,操作簡單,安全性高等優(yōu)勢,20世紀(jì)90年代,我國煤礦開始引進該技術(shù),2014年開始廣泛應(yīng)用于煤礦煤層預(yù)裂增透強化抽采、強制放頂、落煤及煤倉清堵,非煤行業(yè)采石場、水泥廠、電廠、鋼鐵廠、城市工程建設(shè)、水下爆破、鍋爐清堵等[1]。

    二氧化碳致裂器的研究主要集中在參數(shù)設(shè)計、施工工藝、巖土致裂機理、產(chǎn)品可靠性和安全性等方面[3-6]。而發(fā)熱材料在生產(chǎn)和運輸過程中的危險性被忽視。發(fā)熱材料是二氧化碳致裂器中一個重要的部分,一般由幾種固體化工原料粉碎后混合而成,電點火頭引燃后,發(fā)生劇烈的化學(xué)反應(yīng),釋放大量的熱,用于液態(tài)二氧化碳的相變。現(xiàn)發(fā)熱材料均為二氧化碳致裂器生產(chǎn)企業(yè)自行配制,配方多樣,無統(tǒng)一產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)及技術(shù)規(guī)范,大規(guī)模生產(chǎn)過程存在較大風(fēng)險。2016年5月21日,河南昌弘精密設(shè)備有限公司二氧化碳致裂器發(fā)熱材料在生產(chǎn)過程發(fā)生爆炸,造成 7人死亡,6人受傷,直接經(jīng)濟損失2348.56萬元。因而很有必要對發(fā)熱材料的危險性進行研究,為安全生產(chǎn)監(jiān)管提供參考依據(jù),從而保障二氧化碳爆破技術(shù)持續(xù)發(fā)展和應(yīng)用。

    含能材料的測試對設(shè)備響應(yīng)速度要求高、測試成本高、影響數(shù)據(jù)一致性的因素多,因而本文以二氧化碳致裂器發(fā)熱材料為研究對象,基于最小自由能原理,建立熱力學(xué)平衡態(tài)模型,用 Lagrange 不定乘子法,計算、比較其爆轟參數(shù),分析其危險性。

    1 計算方法

    含能材料的危險性包括發(fā)生意外燃燒爆炸的可能性和發(fā)生意外后的破環(huán)能力。爆速、爆壓、爆熱是衡量含能材料破壞能力的重要指標(biāo)。本研究選取三類典型發(fā)熱材料和兩類典型含能材料如表1所示,計算其爆速、爆壓、爆熱,其中1#~3#是二氧化碳致裂器3種典型發(fā)熱材料,4#是黑火藥,5#是高氯酸銨。

    表1 發(fā)熱材料和典型含能材料

    發(fā)熱材料燃燒形成多組分、多相態(tài)復(fù)雜體系,很難直接確定反應(yīng)產(chǎn)物及相關(guān)熱力學(xué)參數(shù)。根據(jù)最小自由能原理,當(dāng)化學(xué)反應(yīng)體系達到平衡時,體系的吉布斯自由能G=(Σuini)最小[7]。因此復(fù)雜化學(xué)平衡計算的基本問題就是在一定的溫度/壓力下,求一組ni(產(chǎn)物的摩爾數(shù))值,使體系的G為最小。同時,ni應(yīng)滿足以下兩個條件:

    (1)所有產(chǎn)物的ni值不小于0,即ni≥0;

    (2)e元素的豐度Be滿足:ΣNieni=Be,式中Nie為元素 e在產(chǎn)物 i化學(xué)式中的原子數(shù)目。用Lagrange不定乘子法對自由能最小化處理,建立平衡組成的計算模型。根據(jù)平衡組成及其熱力學(xué)數(shù)據(jù),計算反應(yīng)體系在平衡狀態(tài)下的熱力學(xué)參數(shù)。

    熱力計算的基本假設(shè)如下:

    (1)在燃燒室中,燃料的燃燒反應(yīng)達到化學(xué)平衡;燃燒過程為等壓絕熱過程,即熱力學(xué)等焓過程;燃燒產(chǎn)物的分布均勻,即流體動力學(xué)中的零維假設(shè);

    (2)氣相燃燒產(chǎn)物遵循完全氣體狀態(tài)方程,凝相產(chǎn)物的體積忽略不計。

    確定燃燒產(chǎn)物平衡組分是熱力計算的核心,平衡產(chǎn)物的計算依據(jù)最小自由能原理。熱力計算的步驟為:

    (1)計算反應(yīng)體系的假想化學(xué)式;

    (2)在滿足質(zhì)量守恒前提下,采用體系的自由能達到極小值條件,計算給定壓強和溫度下反應(yīng)產(chǎn)物的平衡組分;

    (3)依據(jù)能量守恒方程,進行C-J爆轟點的參數(shù)計算。依據(jù)等焓方程,計算爆速、爆壓、爆熱及其它熱力性質(zhì)參數(shù)。

    2 計算結(jié)果及討論

    2.1 配方參數(shù)計算

    根據(jù)配方的組分計算假想化學(xué)式和氧平衡。結(jié)果如表2所示。

    表2 假想化學(xué)式和氧平衡

    由表2可見,市場常見的幾類發(fā)熱材料中,1#鋁熱劑與 2#、3#這類高氯酸鉀和含 N化合物的混合物氧平衡數(shù)有較大差別。

    2.2 平衡產(chǎn)物計算

    根據(jù)最小自由能原理,計算平衡產(chǎn)物。氣態(tài)產(chǎn)物總量和凝聚相產(chǎn)物總量,結(jié)果如表3所示。

    表3 平衡產(chǎn)物計算結(jié)果

    通過計算,1 mol材料,1#反應(yīng)產(chǎn)物主要為凝聚相,5#全部是氣體產(chǎn)物,2#氣體產(chǎn)物和凝聚相產(chǎn)物的比例與3#相仿。

    2.3 C-J爆轟點參數(shù)計算

    根據(jù)平衡產(chǎn)物及控制方程,計算處于C-J點的爆轟參數(shù)。結(jié)果如表4、圖1所示。通過圖1可以看出,1#的爆速非常低,要保持穩(wěn)定爆轟需要比較苛刻的條件,2#、3#材料釋放的熱量略低 1#材料,高于 4#、5#,但爆速和爆壓都遠(yuǎn)大于 1#,且大于 4#、5#,一旦發(fā)生意外燃燒,易轉(zhuǎn)成爆轟,且爆炸威力大于黑火藥、高氯酸銨這類火炸藥。

    表4 爆轟參數(shù)計算結(jié)果

    圖1 爆轟參數(shù)比較

    3 結(jié) 論

    基于最小自由能原理,通過計算,得出以下結(jié)論:

    (1)基于最小自由能原理的計算方法,可應(yīng)用于二氧化碳致裂器發(fā)熱材料的配方設(shè)計,危險性比較等方面。

    (2)1#材料產(chǎn)熱量大,爆炸威力小,甚至難以維持穩(wěn)定的爆轟,因而具有較好的安全性。

    (3)2#、3#材料性質(zhì)相仿,爆炸威力大于 4#黑火藥和5#高氯酸銨。

    (4)除了爆炸威力,還應(yīng)從材料的感度等方面評價其危險性。

    猜你喜歡
    化學(xué)式熱力學(xué)危險性
    解讀化學(xué)式與化合價
    O-3-氯-2-丙烯基羥胺熱危險性及其淬滅研究
    化學(xué)式與化合價知識點撥
    危險性感
    輸氣站場危險性分析
    教你學(xué)好化學(xué)式與化合價
    基于AHP對電站鍋爐進行危險性分析
    點析化學(xué)式與化合價
    Fe-C-Mn-Si-Cr的馬氏體開始轉(zhuǎn)變點的熱力學(xué)計算
    上海金屬(2016年1期)2016-11-23 05:17:24
    活塞的靜力學(xué)與熱力學(xué)仿真分析
    電子制作(2016年19期)2016-08-24 07:49:54
    仁寿县| 苍山县| 潮安县| 浪卡子县| 东至县| 霸州市| 黄梅县| 双桥区| 永福县| 荔浦县| 普洱| 如皋市| 丹寨县| 廊坊市| 开化县| 攀枝花市| 佳木斯市| 莒南县| 余庆县| 北票市| 油尖旺区| 濉溪县| 昌江| 铜山县| 射洪县| 无极县| 柳河县| 常州市| 马关县| 寿阳县| 白朗县| 三门峡市| 株洲市| 股票| 乐昌市| 枞阳县| 敖汉旗| 沙洋县| 平凉市| 宜川县| 宜宾市|