Горение полимеров (поливинилхлорид или сшитый полиэтилен)

[botkinn]

Здравствуйте форумчане. 

Выручите пожалуйста. Необходимо решить нестандартную задачу, и я думаю она из области химии.

 

Необходимо посчитать объем выделяемого газа при термическом воздействии на полимер (электрической дугой например), а в частности на поливинилхлорид или сшитый полиэтилен. Время действия - от 0-4 секунд. Температуру дуги можно приблизительно принять 1000-2000 Кельвинов.

 

Напишите пожалуйста Ваши предположения, буду очень благодарен

[Художник67]

Неполные данные для расчётов.

 

0-4 это неконкретно, 4 секунды это конкретно, а вот объём или вес полимера неизвестен, а уж тем боле "сшитый", это что плёнка?  Какая толщина, какая площадь дуги? Или это зайчик размером 6х9, с исходной температурой 20 град по Цельсию,  считаете площадь зайчика, при условии, что дуга охватывает всего зайчика. Далее считаете сколько вещества на этой площади.

 

726 и 1726 градусов сильно отличаются 

 

Если 1726 градусов, 1 грамм , до полного сгорания в кислороде,  посчитать легко можете сами, берёте формулу, пересчитываете сколько в молях  каждого газа в продуктах сгорания, дальше

 

Закон Авогадро.

 

Любой газ количеством вещества 1 моль при нормальных условиях занимает объем приблизительно 22,4 л.

Нормальными условиями (н.у.) принято считать температуру 0˚ при давлении 760 мм рт.ст.

[botkinn]

Максимальное время действия тока КЗ 4 секунды. Ну и в расчетах можно принять 4 секунды.

В данном случае ток короткого замыкания условно принимаем за дугу, Объем и вес полимера можно приблизительно найти.

По поводы "сшитого". Полиэтилен сшивают, чтобы изменить молекулярную структуру вещества, не меняя химического состава, чтобы улучшить характеристики материала, например электрическую прочность. Толщину изоляции можно написать, дуги постараюсь найти. 

Вот в таком кабеле происходит короткое замыкание. (в прикрепленном файле изображение)

Объем горючей массы принимаем 0,87литра. Т.е. в отрезке 10 см кабеля объем горючей массы равен 0,087 литра/дм (или 0,87 л/м).

если дугу (между одной из фаз и местом замыкания) очень условно принять за цилиндр, то диаметр  цилиндра можно принять  0,5 см, а длину 6 см.

Неполные данные для расчётов.

 

0-4 это неконкретно, 4 секунды это конкретно, а вот объём или вес полимера неизвестен, а уж тем боле "сшитый", это что плёнка?  Какая толщина, какая площадь дуги? Или это зайчик размером 6х9, с исходной температурой 20 град по Цельсию,  считаете площадь зайчика, при условии, что дуга охватывает всего зайчика. Далее считаете сколько вещества на этой площади.

 

726 и 1726 градусов сильно отличаются 

 

Если 1726 градусов, 1 грамм , до полного сгорания в кислороде,  посчитать легко можете сами, берёте формулу, пересчитываете сколько в молях  каждого газа в продуктах сгорания, дальше

 

Закон Авогадро.

 

Любой газ количеством вещества 1 моль при нормальных условиях занимает объем приблизительно 22,4 л.

Нормальными условиями (н.у.) принято считать температуру 0˚ при давлении 760 мм рт.ст.

Не совсем понял, какая формула, куда подставлять температуру, и почему 726 и 1726.

И у нас газ выделяется при сгорании полимера. Закон авогадро тут тоже можно как-то использовать? (в химии чайник)

по такой формуле считать?

Изменено 16 Января, 2016 в 13:58 пользователем botkinn

[Arkadiy]

Нет таких формул, все определяется эмпирически. полимер только слегка оплавится, а до разложения за такой короткий промежуток времени вряд ли дойдет

[botkinn]

Нет таких формул, все определяется эмпирически. полимер только слегка оплавится, а до разложения за такой короткий промежуток времени вряд ли дойдет

 

А это разве не зависит от температуры столба дуги? Ну скажем, если она будет 3-4 тысячи кельвинов.

[Arkadiy]

А это разве не зависит от температуры столба дуги? Ну скажем, если она будет 3-4 тысячи кельвинов.

Считайте исходя из теплоемкости полимера, его теплоты плавления, теплоты разложения, к тому же учтите потери, ведь все происходит не в изотермической емкости , а на воздухе. Если вы хотите поставить эксперимент, купите себе пирометр, измеряйте температуру полимера, в зависимости от времени горения дуги, ее тока, напряжения. По моим данным температура в дуге более 3000 градусов - сам видел, как в слабенькой дуге плавится графит, правда потом два дня смотреть не мог)))

[Художник67]

А это разве не зависит от температуры столба дуги? Ну скажем, если она будет 3-4 тысячи кельвинов.

 

Ну пыхнул он, а потом загорелся. Или потух.

[botkinn]

Ну пыхнул он, а потом загорелся. Или потух.

Дело в том, что после короткого замыкания, которое было в кабельном сооружении, подлетела крышка люка, так как вентиляции не было в подземном сооружении, и ударная волна от КЗ была направлена в сторону люка. 

 

Теперь я думаю, что одним выделением газов из полимера крышка бы не подлетела. Значит там был еще и взрывчатый газ, например метан...

[Художник67]

куда подставлять температуру, и почему 726 и 1726.

 

Так это это же Ваши цифры, только не 1000 и 2000 К , а в Цельсиях, так понятнее, мы же не в Америке, чтобы в дюймах и фунтах измерять, в системе СИ и на практике используется  температура Цельсия, её единицей является градус Цельсия (°С)

Дело в том, что после короткого замыкания, которое было в кабельном сооружении, подлетела крышка люка, так как вентиляции не было в подземном сооружении, и ударная волна от КЗ была направлена в сторону люка. 

 

Теперь я думаю, что одним выделением газов из полимера крышка бы не подлетела. Значит там был еще и взрывчатый газ, например метан...

 

Так при такого рода дуге-КЗ возникает взрывное повышение давления. Читайте "Электрический взрыв проводника".

Давление и температура на фронте возникающей ударной волны достигают нескольких сотен Мпа.

[botkinn]

Да, теперь понял откуда взялись эти цифры.

 

С электрический взрывом проводников я знакомился. По физике явления, под действием импульса тока большой плотности проволка разлетается на мелкие частицы и пар, образуя ударную волну. А появится ли ударная волна при воздействии такого импульса тока на изоляционный материал (полиэтилен)? 

 

Если сравнивать порядки импульсов тока на проводник, и имеющийся импульс тока в виде тока КЗ, то они отличаются на 2-3 порядка. Но может энергии тока кз хватит для образования необходимого количества газа и ударной волны. 
Да, надо после примерного подсчеда выделяемого газа  углубится в физику  появление ударной волны

 

Так это это же Ваши цифры, только не 1000 и 2000 К , а в Цельсиях, так понятнее, мы же не в Америке, чтобы в дюймах и фунтах измерять, в системе СИ и на практике используется  температура Цельсия, её единицей является градус Цельсия (°С)

 

 

 

Так при такого рода дуге-КЗ возникает взрывное повышение давления. Читайте "Электрический взрыв проводника".

Давление и температура на фронте возникающей ударной волны достигают нескольких сотен Мпа.