4.16.2.4. Заполняют заправочную емкость исследуемой жидкостью и проверяют работу установки по 4.16.2.2. Если исследуемая жидкость имеет давление пара выше допустимого, наблюдаются явления, подобные случаю нарушения герметичности заправочной емкости.
4.16.2.5. Определяют массовую скорость выгорания жидкости, для чего соединяют заправочную емкость с горелкой, установив уровень жидкости в горелке на высоте ее среза. В зависимости от принятого метода определения скорости выгорания (4.17.2 или 4.17.3) проводят эксперименты на одной горелке или последовательно на горелках разного диаметра. Зажигают жидкость в горелке открытым пламенем или электрической спиралью. Устанавливают сетчатое ограждение и включают регистрирующий прибор.
4.16.2.6. Если при разгорании жидкость вскипает или, расширяясь, переливается через край горелки, то необходимо произвести плавную корректировку уровня жидкости в горелке, понизив его на минимальное расстояние, позволяющее устранить перечисленные выше эффекты.
4.16.2.7. В протоколе испытаний фиксируют ламинарный или переходный режим горения жидкости. Ламинарное горение обычно наблюдается в горелках диаметром менее 20 мм и характеризуется отсутствием колебаний и закручивания пламени. Пульсирующее горение следует квалифицировать как переходное.
4.16.2.8. Испытание прекращают после того, как регистрирующий прибор зафиксирует прямолинейный участок длиной не менее 1/3 длины шкалы показаний регистрирующего прибора.
4.16.2.9. Проводят еще два параллельных испытания на той же горелке согласно 4.16.2.4-4.16.2.8.
4.16.3. Оценка результатов
4.16.3.1. Массовую скорость выгорания каждого испытания (mi) в кг · м-2 · с-1 вычисляют по формуле
, (13)
|
где w |
— скорость движения диаграммной ленты, мм · с-1; |
|
l |
— проекция прямолинейного участка диаграммы на ось абсцисс, мм; |
|
d |
— внутренний диаметр горелки, мм; |
|
R |
— градуировочный коэффициент, мм · г-1; |
|
|
— проекция прямолинейного участка диаграммы на ось ординат, мм. |
Вычисления проводят с точностью до 4-го знака после запятой.
4.16.3.2. Вычисляют среднеарифметическое значение скорости выгорания ( ) по результатам, полученным при испытании исследуемой жидкости на горелке данного диаметра.
4.16.3.3. За скорость выгорания исследуемой жидкости принимают скорость выгорания в турбулентном режиме, вычисляемую по формуле (24).
4.16.3.4. Сходимость метода при доверительной вероятности 95 % не должна превышать 15 %.
4.16.3.5. Воспроизводимость метода при доверительной вероятности 95 % не должна превышать 23 %.
4.16.3.6. Условия и результаты испытаний регистрируют в протоколе, форма которого приведена в приложении 1.
4.16.4. Требования безопасности
Установку для определения скорости выгорания жидкости следует помещать в вытяжной шкаф. При работе с токсичными веществами необходимо применять соответствующие индивидуальные средства защиты. Рабочее место оператора должно удовлетворять требованиям электробезопасности по ГОСТ 12.1.019 и санитарно-гигиеническим требованиям по ГОСТ 12.1.005.
4.17. Методы расчета скорости выгорания жидкостей
4.17.1. Если известны параметры состояния исследуемой жидкости, входящие в формулы (14) — (23), то в зависимости от имеющихся данных скорость выгорания (m) в любом режиме горения можно вычислить, не проводя экспериментальных исследований, по формулам:
, (14)
, (15)
, (16)
|
где М |
— |
безразмерная скорость выгорания; |
|
|
— |
динамическая вязкость паров жидкости при температуре кипения, Н · с · м-2; |
|
|
— |
плотность паров жидкости при температуре кипения, кг · м-3; |
|
v |
— |
кинематическая вязкость паров жидкости при температуре кипения, м2 · с-1; если величина v не известна, то ее вычисляют по формуле (17) |
|
МF |
— |
молекулярная масса жидкости, кг · моль-1; |
|
d |
— |
характерный размер зеркала горящей жидкости, м. Определяется как корень квадратный из площади поверхности горения; если площадь горения имеет форму окружности, то характерный размер равен ее диаметру. При расчете скорости турбулентного горения можно принять d = 10 м; |
|
Тк |
— |
температура кипения жидкости, К. |
Порядок расчета следующий.
4.17.1.1. Определяют режим горения по величине критерия Галилея Ga, вычисляемого по формуле
, (18)
где g — ускорение свободного падения, м · с-2.
4.17.1.2. В зависимости от режима горения вычисляют безразмерную скорость выгорания М. Для ламинарного режима горения:
; , (19)
Для переходного режима горения:
если , то , (20)
если , то . (21)
Для турбулентного режима горения:
; то (22)
где ; ;
М0 — молекулярная масса кислорода, кг · моль-1;
n0 — стехиометрический коэффициент кислорода в реакции горения;
nF — стехиометрический коэффициент жидкости в реакции горения.
Примечание. При Ga < 4,8·108 для ароматических углеводородов А=1,45 при s 0,9 и A=3,40s—l,56 при s > 0,9.
В — безразмерный параметр, характеризующий интенсивность массопереноса, вычисляемый по формуле
(23)
|
где Q |
— низшая теплота сгорания жидкости, кДж · кг-1; |
|
— безразмерное значение массы кислорода, необходимого для сгорания 1 кг жидкости; |
|
|
с |
— изобарная теплоемкость продуктов горения (принимается равной теплоемкости воздуха с = 1), кДж · кг-1· К-1; |
|
Т0 |
— температура окружающей среды, принимаемая равной 293 К; |
|
Н |
— теплота парообразования жидкости при температуре кипения, кДж · кг-1; |
|
се |
— средняя изобарная теплоемкость жидкости в интервале от Т0 до Тк. |
4.17.2. Если известны кинематическая вязкость пара или молекулярная масса и температура кипения исследуемой жидкости, то скорость турбулентного горения вычисляют с использованием экспериментальных данных по формуле
, (24)
|
где mп |
— |
экспериментальное значение скорости выгорания в переходном режиме горения, полученное по 4.16.2.5—4.16.3.2, кг · м-2· с-1; |
|
dп |
— |
диаметр горелки, в которой получено значение mп, м. Рекомендуется использовать горелку диаметром 30 мм. Если в горелке диаметром 30 мм наблюдается ламинарный режим горения, следует применять горелку большего диаметра. |
Относительная погрешность расчета по формулам (16) и (24) не превышает 21 %.
4.17.3. Если не известны кинематическая вязкость паров или молекулярная масса и температура кипения исследуемой жидкости, то оценку скорости выгорания проводят в следующем порядке.
4.17.3.1. Находят скорость выгорания жидкости в горелках диаметром 10, 15, 18, 20, 25 и 30 мм согласно 4.16.2.5—4.16.3.2. Полученные результаты заносят в табл. 14.
Таблица 14
|
Диаметр горелки di, м |
Скорость выгорания , кг · м-2 · с-1 |
Режим горения (визуальное наблюдение) |
, м4 · с-2 |
, кг · м-1 · с-1 |
|
|
|
|
|
|
4.17.3.2. Вычисляют среднеарифметическое значение () л для всех испытаний, в которых наблюдалось ламинарное горение.
Примечание. Обычно значения , в условиях ламинарного горения близки по значению или монотонно убывают с увеличением диаметра горелки. Для переходного режима горения характерно возрастание значений .
4.17.3.3. Результаты испытаний, относящиеся к переходному режиму горения, заносят в табл. 15 в виде функций, , , с точностью до четвертого знака после запятой.
Количество экспериментальных точек должно быть не менее трех, в противном случае проводят дополнительные эксперименты согласно 4.16.2.5—4.16.3.2 в горелках диаметром более 30 мм.
Таблица 15
|
№ п/п (i) |
||||
|
|
|
|
|
|
Вычисляют по столбцам табл. 15 и средние значения ,
где п — число экспериментальных точек, относящихся к переходному режиму горения.
4.17.3.4. Вычисляют параметры а и b по формулам:
(25)
(26)
4.17.3.5. Определяют кинематическую вязкость паров исследуемой жидкости () в м2· c-1 по формуле
. (27)
Скорость выгорания вычисляют по формуле (24).
Относительная погрешность метода оценки по 4.17.3.1—4.17.3.5 — не более 30 %.
4.18. Метод экспериментального определения коэффициента дымообразования твердых веществ и материалов
4.18.1. Аппаратура
Установка для определения коэффициента дымообразования (черт. 18) включает в себя следующие элементы.
1 — камера сгорания; 2 — держатель образца; 3 — окно из кварцевого стекла;
4, 7 — клапаны продувки; 5 — приемник света; 6 — камера измерений;
8 — кварцевое стекло; 9 — источник света; 10 — предохранительная мембрана;
11 — вентилятор; 12 — направляющий козырек; 13 — запальная горелка;
14 — вкладыш; 15 — электронагревательная панель
Черт. 18
4.18.1.1. Камера сгорания вместимостью 3 · 10-3 м3, выполненная из нержавеющей стали. Внутренняя поверхность камеры теплоизолирована асбосилитовыми плитами толщиной 20 мм и покрыта алюминиевой фольгой толщиной 0,2 мм. В камере сгорания установлены электронагревательная панель и держатель образца. Электронагревательную панель размерами (120120) мм монтируют на верхней стенке камеры под углом 45° к горизонтали. Электроспираль панели изготавливается из проволоки марки Х20Н80-Н (ГОСТ 12766.1) диаметром 0,8—1,0 мм.
Держатель образца размерами 10010020 мм крепят на дверце камеры сгорания. В держателе установлен вкладыш из асбосилита размерами 929220 мм, в центре которого имеется углубление для размещения лодочки с образцом (углубление во вкладыше должно быть таким, чтобы нагреваемая поверхность образца находилась на расстоянии 60 мм от электронагревательной панели).
Над держателем образца установлена запальная газовая горелка, представляющая собой трубку из нержавеющей стали внутренним диаметром 1,5—2,0 мм.
В камере сгорания имеются верхнее и нижнее отверстия сечением (30160) мм, соединяющие ее с камерой измерений.
4.18.1.2. Камера измерений размерами 800800800 мм, изготовленная из нержавеющей стали, имеет в верхней стенке отверстия для возвратного клапана продувки, источника света и предохранительной мембраны. На боковой стенке камеры установлен вентилятор с частотой вращения 5 с-1. На передней стенке камеры имеется дверца с уплотнением из мягкой резины по периметру. В днище камеры должны быть отверстия для приемника света и возвратного клапана продувки.
4.18.1.3. Фотометрическая система, состоящая из источника и приемника света. Источник света (гелий-неоновый лазер мощностью 2—5 мВт) крепят на верхней стенке камеры измерений, приемник света (фотодиод) расположен в днище камеры. Между источником света и камерой измерений устанавливают защитное кварцевое стекло, нагреваемое электроспиралью до температуры 120—140 °С.
Фотометрическая система должна обеспечивать измерение светового потока в рабочем диапазоне светопропускания от 2 до 90 % с погрешностью не более 10 %.
4.18.2. Подготовка образцов
4.18.2.1. Для испытаний готовят 10—15 образцов исследуемого материала размером 4040 мм и фактической толщиной, но не более 10 мм (для образцов пенопластов допускается толщина до 15 мм). Лакокрасочные и пленочные покрытия испытывают нанесенными на ту же основу, которая принята в реальной конструкции. Если область применения лаков и красок неизвестна, то их испытывают нанесенными на алюминиевую фольгу толщиной 0,2 мм.
4.18.2.2. Подготовленные образцы перед испытаниями выдерживают при температуре (20±2) °С не менее 48 ч, затем взвешивают с погрешностью не более 0,01 г. Образцы должны характеризовать средние свойства исследуемого материала.
4.18.2.3. Проверку режимов работы установки проводят с помощью стандартного образца, описание которого приведено в приложении 9. При этом значения коэффициента дымообразования (Dm) должно быть в пределах:
режим тления (без инициирующего пламени) Dm= (360±20) м2 · кг-1;
режим горения (с инициирующим пламенем) Dm = (120±8) м2 · кг-1.
4.18.3. Проведение испытаний
4.18.3.1. Испытание образцов проводят в двух режимах: в режиме тления и в режиме горения с использованием газовой горелки (длина пламени горелки 10—15 мм).
4.18.3.2. Включают электропитание установки в таком режиме, чтобы плотность теплового потока, падающего на образец, составляла 35 кВт · м-2. Контролируют плотность падающего теплового потока с помощью теплоприемника типа Гордона с погрешностью не более 8 %.
