Самовозгорание

Нагревание эффективности

Как нагревающаяся технология, у Омического нагрева есть коэффициент исполнения 1,0, означая, что каждый джоуль поставляемой электроэнергии производит один джоуль высокой температуры. Напротив, у теплового насоса может быть коэффициент больше чем 1,0, так как он перемещает дополнительную тепловую энергию от окружающей среды до горячего пункта.

Определение эффективности процесса нагрева требует, чтобы определение границ системы было рассмотрено. Нагревая здание, полная эффективность отличается, считая нагревающийся эффект за единицу электроэнергии обеспеченным на стороне клиента метра, по сравнению с полной эффективностью, также рассматривая потери в электростанции и передаче власти.

Грузоведение

2.3. Химичесие свойства грузов

Самонагревание — повышение температуры груза в результате экзотермических реакций, происходящих в массе груза, или дыхания. Самонагреванию подвержены зерно, волокнистые материалы, сено, жмых, каменные и бурые угли, торф, сланцы, некоторые руды и их концентраты и др. Самонагревание груза каждого наименования объясняется характерными для него причинами.

Процесс самонагревания грузов сельскохозяйственного производства объясняется наличием процесса дыхания продукта, жизнедеятельностью микроорганизмов и сельскохозяйственных вредителей. Вследствие малой теплопроводности теплота в массе груза накапливается и его температура повышается, что, в конечном счете, приводит к порче, обугливанию или самовозгоранию продукта.

Создание благоприятных условий хранения и перевозки, активная вентиляция груза позволяют предотвратить или замедлить биохимические процессы, снизить интенсивность жизнедеятельности микроорганизмов и вредителей, обеспечить своевременное удаление выделяющихся углекислого газа и тепла.

Процесс самонагревания руд, рудных концентратов, каменных и бурых углей, торфа, сланцев и некоторых других грузов объясняется химической реакцией взаимодействия с кислородом воздуха. Реакция окисления сопровождается выделением и накоплением тепла в массе груза, что в свою очередь ускоряет реакцию окисления. Если не обеспечить отвод тепла из массы груза, его самонагревание может привести к его самовозгоранию в полном объеме.

Различают самовозгорание тепловое, микробиологическое и химическое. Тепловым называется самовозгорание, вызванное самонагреванием, возникшим под воздействием внешнего нагрева вещества выше температуры самонагревания. Микробиологическим называется самовозгорание в результате самонагревания, возникшего под воздействием жизнедеятельности микроорганизмов в массе вещества (торфа, хлопка, растительных материалов, особенно недосушенных). Химическим называется самовозгорание, возникшее в результате химического взаимодействия веществ.

Температура груза, при которой начинается процесс окисления с последующим самовозгоранием, называется критической температурой.

Окислительные свойства грузов — способность легко отдавать избыток кислорода другим веществам. Примесь окислителей может вызвать загорание горючих материалов и обеспечить их устойчивое горение без доступа воздуха. Это необходимо учитывать при взаимном размещении мест хранения и грузовых фронтов по переработке горючих материалов и окисляющих грузов и при организации их перевозки по железным дорогам.

Некоторые окислители вместе с органическими веществами способны к образованию взрывчатых смесей, взрывающихся вследствие детонации, трения или удара. Особенно активными окислителями являются жидкие кислоты, щелочи, соли, минеральные удобрения, перекись водорода и т.д.

Коррозия (лат. corrosio— разъедание) — процесс разрушения материала в результате химического или физического воздействия. Различают электрохимическую, химическую и биологическую коррозии. Электрохимическая коррозия — коррозия, вызванная потоком электронов между катодной и анодной областями металлической поверхности. Химическая коррозия — коррозия, вызванная химической реакцией металла с веществами окружающей среды, протекающей на границе металла и среды. Чаще всего это окисление металла, например, кислородом воздуха или кислотами, содержащимися в растворах, с которыми контактирует металл. Особенно подвержены этому металлы, расположенные в ряду напряжений (ряду активности) левее водорода, в том числе железо. Биологическая коррозия характерна для строительных материалов — это коррозия, вызываемая жизнедеятельностью биоорганизмов

В целях защиты от коррозии в процессе перевозки металлы и металлоизделия тщательно упаковывают, в необходимых случаях уплотняют стены и крышу вагонов, покрывают антикоррозионными смазками от-крытые части, не допускают их совместную перевозку с грузами, являющимися активными окислителями.

Самонагревание

Температура самонагревания является самой низкой температурой вещества, нагревание до которой может потенциально привести к его самовозгоранию. Температуру самонагревания учитывают при определении условий безопасного длительного ( или постоянного) нагрева вещества.

Процесс самонагревания при определенных условиях может перейти в горение. Эти условия создаются при температуре самовоспламенения ( в условиях опыта-наименьшая температура стенки сосуда, печи или окружающего воздуха), прк которой начавшийся процесс самонагревания в горючем веществе заканчивается воспламенением и последующим горением.

Период самонагревания ( период индукции) самовозгорающихся веществ от обычной температуры до температуры горения различен по времени и зависит от агрегатного состояния горючего вещества в процессе окисления, состояния окислителя ( молекулярное или атомарное) и других причин. У газов и жидкостей, окисляющихся в газообразной фазе, период индукции очень короткий.

Зависимость самовозгорания образцов хлопка кубической формы ( объемная плотность 80 кг / м3 от их линейного размера и температуры окружающей среды.| Зависимость времени до самовозгорания образцов хлопка от температуры окружающей среды.

Продолжительность самонагревания материала может быть очень большой и зависит она от разности скоростей выделения и рассеивания тепла, физических и химических свойств материала и его размеров.

Температуру самонагревания твердого вещества, а также температуру его тления ( а для материалов, не способных к тлению, — температуру самовоспламенения) можно с достаточной для практических целей точностью вычислить из зависимости температуры среды, при которой происходит тепловое самовозгорание, от размеров и формы образца ( см. гл.

Прибор для измерения температуры в штабелях угля.| Автоматический сигнализатор.

Внешними признаками самонагревания и самовозгорания топлива в штабеле ( караване) являются: а) появление влажных пятен на поверхности штабеля ( каравана) или быстрое высыхание после дождя отдельных мест с образованием сухих пятен; б) образование над штабелем ( караваном) легкого тумана из теплого воздуха в ранние утренние и вечерние часы; в) появление проталин на снежном покрове в зимнее время; г) появление своеобразного запаха углеводородов, сернистых соединений и легкого белого или голубоватого дыма.

Экспериментально температуры самонагревания и тления, а также условия самовозгорания веществ и материалов определяют по специальным методикам ВНИИПО.

Определение температуры самонагревания имеет также условный характер, поскольку связано с определением температурного порога чувствительности процесса самонагревания материала определенного объема.

ЛВнешними признаками самонагревания и возникновения очага самовозгорания угля являются: а) появление влажных пятен ж штабеле, исчезающих с, восходом солнца; б) быстрое высыхание после дождя отдельных мест на штабеле с образованием сухих пятен; в) появление проталин на снежком покрове штабеля или изменение оттенка снега в отдельных местах; г) появление белого или голубоватого дыма над штабелем, а также запаха углеводородов и сернистых соединений.

Внешними признаками самонагревания и возникновения очага самовозгорания угля являются: а) появление влажных пятен на штабеле, исчезающих с восходом солнца; б) быстрое высыхание после дождя отдельных мест на штабеле с образованием сухих пятен; в) появление проталин на снежном покрове штабеля или изменение оттенка снега в отдельных местах; г) появление белого или голубоватого дыма над штабелем, а также запаха углеводородов и сернистых соединений.

Внешними признаками самонагревания и возникновения очага самовозгорания угля являются: а) появление влажных пятен на штабеле, исчезающих с восходом солнца; б) быстрое высыхание после дождя отдельных мест на штабеле с образованием сухих пятен; в) появление проталин на снежном покрове штабеля или изменение оттенка снега в отдельных местах; г) появление белого или голубоватого дыма над штабелем, а та кже запаха углеводородов и сернистых соединений.

Внешними признаками самонагревания и самовозгорания топлива в штабелях являются: появление за.

При обнаружении самонагревания или разложения хранимого материала необходимо немедленно удалить поврежденную тару из склада и принять меры к ликвидации начавшегося процесса.

Заявления

Есть много практических применений Омического нагрева. Некоторые наиболее распространенные следующие.

  • Лампа накаливания пылает, когда нить нагрета Омическим нагревом, столь горячим, что это пылает белым от тепловой радиации (также названный излучением черного тела).
  • Электрические плиты и другие электронагреватели обычно работают Омическим нагревом.
  • Паяльники и нагреватели патрона очень часто нагреваются Омическим нагревом.
  • Электрические плавкие предохранители полагаются на факт это, если достаточно электрических токов, достаточно тепла будет выработано, чтобы расплавить провод плавкого предохранителя.
  • Электронные сигареты обычно работают Омическим нагревом, выпаривая гликоль пропилена и овощной глицерин.
  • Термисторы и термометры сопротивления — резисторы, сопротивление которых изменяется когда изменения температуры. Они иногда используются вместе с Омическим нагревом (также названный самонагреванием в этом контексте): Если большой ток пробегает нелинейный резистор, температурные повышения резистора и поэтому его изменения сопротивления. Поэтому, эти компоненты могут использоваться в роли защиты цепи, подобной плавким предохранителям, или для обратной связи в схемах, или во многих других целях. В целом самонагревание может превратить резистор в нелинейный и гистерезисный элемент схемы. Поскольку больше деталей видит Thermistor#Self-heating эффекты.

Причина и зажигание

Самовозгорание может произойти, когда вещество с относительно низкой температурой воспламенения (сено, солома, торф и т. Д.) Начинает выделять тепло. Это может происходить несколькими способами: окислением в присутствии влаги и воздуха или бактериальной ферментацией , в результате которой выделяется тепло. Тепло не может отводиться (сено, солома, торф и т. Д. — хорошие теплоизоляторы), и температура материала повышается. Температура материала поднимается выше точки воспламенения (хотя большая часть бактерий уничтожается под воздействием температуры возгорания). Горение начинается, если присутствует достаточно окислителя , такого как кислород, и топлива, чтобы поддерживать реакцию до теплового разгона.

Фон

История

Нагревание имеющее сопротивление было сначала изучено Джеймсом Прескоттом Джулом в 1841 и независимо Хайнрихом Ленцем в 1842. Джул погрузил длину провода в фиксированной массе воды и измерил повышение температуры из-за известного тока, текущего через провод в течение 30-минутного периода. Изменяя ток и длину провода он вывел, что произведенная высокая температура была пропорциональна квадрату тока, умноженного на электрическое сопротивление провода.

Единицу СИ энергии впоследствии назвали джоулем и дали символ J. Обычно известная единица власти, ватта, эквивалентна одному джоулю в секунду.

Микроскопическое описание

Омический нагрев вызван взаимодействиями между движущимися частицами, которые формируют ток (обычно, но не всегда, электроны) и атомные ионы, которые составляют тело проводника. Заряженные частицы в электрической цепи ускорены электрическим полем, но бросают часть своей кинетической энергии каждый раз, когда они сталкиваются с ионом. Увеличение кинетической или вибрационной энергии ионов проявляется как высокая температура и повышение температуры проводника. Следовательно энергия передана от поставки электроэнергии до проводника и любых материалов, с которыми это находится в тепловом контакте.

Потери мощности и шум

Омический нагрев упоминается как омическое нагревание или нагревание имеющее сопротивление из-за его отношений к закону Ома. Это формирует основание для большого количества практического применения, включающего электрическое отопление. Однако в заявлениях, где нагревание — нежелательный побочный продукт текущего использования (например, потери груза в электрических трансформаторах) диверсия энергии часто упоминается как потеря имеющая сопротивление. Использование высоких напряжений в системах передачи электроэнергии специально предназначено, чтобы уменьшить такие потери в телеграфировании, работая с соразмерно более низким током. Кольцевые схемы или кольцевые трубопроводы, используемые в британских домах, являются другим примером, куда власть обеспечена выходам в более низком токе, таким образом уменьшив Омический нагрев в проводах. Омический нагрев не происходит в материалах сверхпроводимости, поскольку у этих материалов есть нулевое электрическое сопротивление в сверхпроводящем состоянии.

Резисторы создают электрический шум, названный шумом Джонсона-Найквиста. Есть интимные отношения между шумом Джонсона-Найквиста и Омическим нагревом, объясненным теоремой разложения колебания.

Чем отличается самовоспламенение от самовозгорания

Иногда эксперты путают самовозгорание с самовоспламенением. Например, тепловое самовозгорание с загоранием вещества (материала) при контакте с горячей поверхностью. Еще раз объясним, в чем принципиальное различие этих двух процессов. При тепловом самовозгорании предварительный нагрев является только толчком (исходным импульсом) к разогреву, а основной разогрев, приводящий, в конечном счете, к возникновению пламенного горения, идет в массе вещества непосредственно за счет его окисления кислородом воздуха и выделения при этом тепла. Нагретая же поверхность, чтобы обеспечить самовоспламенение вещества, должна нагреть его «до конца», т.е. до критической температуры (температуры самовоспламенения), при которой произойдет резкая интенсификация процессов термического разложения вещества с возникновением пламенного горения. Чтобы осуществить первый процесс, вещество нужно прогреть до значительно меньших температур, чем чтобы осуществить второй. Так, например, у сосновой древесины температура тления, которая инициирует самовозгорание древесных опилок, составляет по справочным данным 295 °С (а у пирофорной древесины может спускаться до 80 °С), в то время, как температура самовоспламенения составляет около 400 °С. Соответственно, первый процесс идет достаточно медленно (чтобы «добрать тепло» за счет гетерогенного окисления кислородом воздуха, нужно время), в то время, как до самовоспламенения процесс может дойти достаточно быстро, был бы источник тепла достаточно мощным.

Различие в механизмах указанных процессов, условиях их протекания и динамике обязательно нужно учитывать при экспертизе пожаров, в том числе, при отработке версий о причине пожара.

Виды

В зависимости от механизма, который запускает процесс самовозгорания, выделяют три его вида:

  • тепловое;
  • химическое;
  • микробиологическое.

Тепловое

Тепловое самовозгорание возникает при нагревании вещества каким-либо внешним теплом до температуры, обеспечивающей его термическое разложение и дальнейший процесс спонтанного самонагревания за счет тепла экзотермических реакций в объеме. При этом большую роль играют реакции окисления продуктов термического разложения. Горение в глубине объема твердого дисперсного вещества протекает в форме тления, которое со временем и при доступе воздуха переходит в пламенное горение.

Разновидностью теплового самовозгорания является так называемое «очаговое самовозгорание». Понятие «очаговое самовозгорание» используется для случаев с предварительным прогревом массы материала до температур, существенно превышающих температуру окружающей среды. В производственных условиях вещество может подвергаться температурной обработке (например, сушке), после чего нагретый материал засыпается в бункер, либо формируется в кучу, штабель. На практике отмечаются случаи самовозгорания при превышении штабелем (насыпью) критических величин характеристического размера.

Химическое

Химическое самовозгорание возникает при контакте химически активных веществ, реагирующих с выделением большого количества тепла. В этом случае самовозгорание обычно начинается на поверхности материала, а затем распространяется вглубь. При перемешивании химических веществ самовозгорание может начаться в глубине объема. И, скорее всего, именно там и начнется, т.к. именно там имеются наилучшие условия для аккумуляции тепла, его накопления и постепенного развития реакции.

В ряде случаев разделение понятий химического и теплового самовозгорания является достаточно четким. Так, в случае, если первичный нагрев возник в результате экзотермической реакции окисления и окислитель – не кислород воздуха, а например, перманганат калия или концентрированная серная кислота, безусловно, это химическое самовозгорание. Если же окислителем является кислород воздуха, классификация вида самовозгорания может быть не такой однозначной. Тут надо учитывать интенсивность тепловыделения в зоне реакции, скорость развития процесса и т.д.

Микробиологическое

Микробиологическое самовозгорание характерно для органических дисперсных и волокнистых материалов, внутри массива которых возможна жизнедеятельность микроорганизмов. Первичное самонагревание массы материала происходит за счет тепла, выделяемого микроорганизмами. Повышение температуры в объеме способствует ускорению экзотермических реакций окисления и возникает процесс самонагревания материала . На определенном этапе бактерии гибнут, а процесс продолжает развиваться уже по механизму теплового самовозгорания.

Особенностью самовозгорания является то, что оно не требует внешнего импульса, инициирующего горение, а возникает за счет реакции гетерогенного окисления в больших объемах вещества при относительно низких температурах окружающей среды. Из-за плохой теплопроводности массы мелкодисперсного продукта происходит накопление тепла в его объеме, возрастает температура, соответственно – скорость химической реакции, и, в конечном счете, материал воспламеняется.

В зарубежной, американской в частности, литературе, процесс самовозгорания называют спонтанным горением или «спонтанной химической причиной». Указывается, что:

…последний термин более точен, так как вещество, вместо того, чтобы зажигаться в какой то одной точке, или с какой то одной стороны, зажигается во всей своей массе примерно в такое же время, и тепло поступает не из какого-нибудь внешнего источника, а выделяется в результате химических процессов, происходящих внутри этого вещества. Единственная движущая сила в данном случае – это экзотермическая реакция, при которой выделяется тепло и если это тепло не удаляется сразу, оно может поднять температуру топлива. Так как скорость реакции удваивается с каждым подъемом температуры на 10 °С, можно видеть, что реакция сама себя ускоряет, постоянно увеличивая скорость выделения тепла. При недостаточном выведении тепла, температура может подняться до точки зажигания всей реагирующей массы.

Формулы

Постоянный ток

Самая общая и фундаментальная формула для Омического нагрева:

где

  • P — власть (энергия в единицу времени) преобразованный от электроэнергии до тепловой энергии,
  • Я — ток, едущий через резистор или другой элемент,
  • V падение напряжения через элемент.

Объяснение этой формулы (P=VI):

: (Энергия, рассеянная в единицу времени) = (энергия, рассеянная за обвинение, проходящее через резистор) × (Обвинение, проходящее через резистор в единицу времени)

Когда закон Ома также применим, формула может быть написана в других эквивалентных формах:

где R — сопротивление.

Переменный ток

Когда ток варьируется, как он делает в схемах AC,

где t — время, и P — мгновенная власть, преобразовываемая из электроэнергии нагреться. Намного чаще средняя власть более интересна, чем мгновенная власть:

где «в среднем» обозначает среднее число (среднее) к одному или более циклам, и «RMS» обозначает средний квадрат корня.

Эти формулы действительны для идеального резистора с нулевым реактансом. Если реактанс отличный от нуля, формулы изменены:

, где разность фаз между током и напряжением, означает, что реальная часть, Z — сложный импеданс, и Y* является комплексом, сопряженным из доступа (равный 1/Z*).

Для получения дополнительной информации в реактивном случае посмотрите мощность переменного тока.

Отличительная форма

В плазменной физике Омический нагрев часто должен вычисляться в особом местоположении в космосе. Отличительная форма уравнения Омического нагрева дает власть за единичный объем.

Здесь, плотность тока и электрическое поле.

Для нейтральной плазмы не в магнитном поле и с проводимостью, и поэтому

где удельное сопротивление. Это непосредственно напоминает «» термин макроскопической формы.