Теория горения и взрыва - Московский государственный

МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ
ПРИРОДООБУСТРОЙСТВА
Кафедра «Безопасность жизнедеятельности»
УТВЕРЖДАЮ
Заведующий кафедрой
В.Н. Пряхин
"____"______________2011г.
УЧЕБНО-МЕТОДИЧЕСКИЙ КОМПЛЕКС
ДИСЦИПЛИНЫ
«ТЕОРИЯ ГОРЕНИЯ И ВЗРЫВА»
Для специальностей: 280103 «Защита в чрезвычайных ситуациях»
Москва, 2011
2
СОДЕРЖАНИЕ
1.
Выписка из государственного образовательного стандарта
специальности ГОС с базовыми дидактическими единицами по
дисциплине (для специальностей ЗЧС)……………………………………3
2.
Рабочие учебные программы дисциплины………………………………..3
2.1. Рабочая программа для специальности ЗЧС…………………………3
3.
Учебно-методическое обеспечение дисциплины по видам занятий в
соответствии с рабочей программой……………………….…………….9
3.1. Методические указания к лекциям, практическим и семинарским
занятиям в виде календарного плана…………………………………….9
3.2. Методические указания к практическим занятиям
4.
Материалы для текущего контроля знаний студентов………………….12
4.1. Вопросы и билеты к экзамену для студентов специальности ЗЧС..12
5.
Учебные пособия…………………………………………………………..13
6.
Карта обеспеченности учебной литературой…………………………….13
7.
Протокол актуализации УМК……………………………………………..13
2
3
1. Выписка из государственного образовательного стандарта
специальности ГОС с базовыми дидактическими единицами по
дисциплине (для специальностей ЗЧС и ИЗОС)
Базово-дидактические единицы по предмету «Теория горения и взрыва»:
Классификация взрывных процессов; характеристика механизмов
горения и детонации; волны сжатия и разрежения; ударные волны;
детонационные волны; теория детонации; условия распространения
детонации; чувствительность ВВ к тепловому импульсу, к механическим
воздействиям; детонация смесевых взрывчатых веществ.
2. Рабочие учебные программы дисциплины
2.1. Рабочая программа для специальности ЗЧС
3
4
МИНИСТЕРСТВО СЕЛЬСКОГО ХОЗЯЙСТВА РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ
МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ
ПРИРОДООБУСТРОЙСТВА
МЕХАНИЧЕСКИЙ ФАКУЛЬТЕТ
«УТВЕРЖДАЮ»
Декан
механического
факультета
Апатенко А.С.
«____» ______________________2010 г.
РАБОЧАЯ ПРОГРАММА
ДИСЦИПЛИНЫ
ТЕОРИЯ ГОРЕНИЯ И ВЗРЫВА .
(наименование дисциплины)
Цикл дисциплин
Для специальности
ОПД.Ф.09
.
280103 «Защита в чрезвычайных ситуациях»
.
(номер и наименование специальности)
Кафедра
Безопасности жизнедеятельности
Программу составили:
.
профессор Пряхин В.Н., доцент Долгов А.А.
.
(Ф.И.О. автора, подпись)
Курс
Семестр
2
4
.
Общее количество часов (по примерной программе)
Вид занятий
Лекции
Практические
занятия
Лабораторные
работы
Итоги
В конце семестра
Семестр
102
Количество часов (аудиторных) 51
4 .
Семестр _____
.
Всего
34
17
34
17
51
Экзамен
51
Экзамен
* Форма аттестации (зачет, экзамен)
Внеаудиторные задания
ДЗ
.
(ДЗ, РГР, курсовая работа, курсовой проект)
Самостоятельная работа студентов
51 ч.
.
2010/2011 учебный год
4
5
2. Обоснование для составления программы
Рабочая программа составлена на основании Госстандарта по специальности,
примерной рабочей программы дисциплины «Теория горения и взрыва»,
утвержденной Учебно-методическим объединением МГУП и Учебного плана
по специальности 280103 «Защита в чрезвычайных ситуациях».
________________________
Рабочая программа одобрена на заседании кафедры БЖД МГУП,
протокол № ____ от «____» ______________ 2010 г.
Заведующий кафедрой БЖД ____________________ Пряхин В.Н.
Рабочая программа одобрена Методической комиссией ___________________ факультета,
протокол № _____ от «____» _____________ 2010 г.
Председатель методической комиссии __________________________проф. Ревин Ю.Г.
5
6
3. Содержание и объем аудиторных занятий
№
п/п
1.
2.
Название темы
Содержание лекционных занятий
Основы
химической
термодинамики
Лекция 1. Краткие сведения из курса химической термодинамики.
Основные понятия и определения. Элементарные основы химической
термодинамики (классификация систем; классификация химических
реакций).
Лекция 2. Первый закон термодинамики. Изменение внутренней
энергии в процессе горения. Тепловой эффект химической реакции.
Закон Гесса. Зависимость теплового эффекта (теплоты) реакции от
температуры. Теплота сгорания топлива.
Лекция 3. Обратимость химических реакций. Химическое равновесие.
Скорость химической реакции. Условия химического равновесия.
Лекция 4. Зависимость процессов диссоциации от температуры и
давления (зависимость теплового эффекта реакции от температуры;
влияние давления на скорость реакции).
Лекция 5. Самоускоряющиеся химические реакции и критические
явления: взрыв и самовоспламенение. Теория Н.Н. Семенова.
Лекция 6. Воспламенение, зажигание и распространение пламени в
газовых смесях. Цепное самовоспламенение. Тепловое
самовоспламенение. Основные уравнения горения. Диффузионное
горение газа. Турбулентное распространение пламени.
Лекция 7. Самовоспламенение топливо-воздушных смесей.
Критические условия воспламенения. Период индукции при
адиабатных условиях и при наличии теплопотерь.
Лекция 8. Явление взрыва. Основные факторы, обуславливающие
взрыв. Классификация взрывных процессов. Взрывчатые вещества.
Лекция 9. Теории возникновение и развитие взрывных процессов.
Объем и состав газообразных продуктов взрыва. Теплота и
температура взрыва. Давление при взрыве.
Лекция 10. Обзор методик по определению последствий аварийного
газового взрыва (АГВ). Примеры взрывов на открытых
Основы теории
горения и
взрыва
КолСодержание практических,
во
семинарских и лабораторных
часов
занятий
2
Практическое занятие 1.
Семинар по лекции 1.
Практическое занятие 2.
Решение задач по химической
термодинамике.
2
Практическое занятие 3.
Решение задач по химической
термодинамике.
Практическое занятие 4.
2
Решение задач по химической
термодинамике.
2
2
2
2
2
2
2
Практическое занятие 5.
Семинар по лекции 5.
Практическое занятие 6.
Семинар по лекции 6.
Практическое занятие 7.
Семинар по лекции 7.
Практическое занятие 8.
Семинар по лекции 8.
Практическое занятие 9.
Оценка количества горючих
газов, которые могут участвовать во взрыве в открытом
пространстве (случай
горючих газов, находящихся
под избыточным давлением)
Практическое занятие 10.
Оценка количества горючих
газов, которые могут
Кол-во
часов
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
6
7
3.
Теория горения
природных
материалов
технологических установках. Методика тротилового эквивалента.
Детонационный взрыв газовой смеси. Методика определения поля
избыточных давлений при дефлаграционном режиме сгорания облака.
Лекция 11. Общая характеристика и классификация топлива.
Технические характеристики топлив.
Лекция 12. Динамика термического разложения органической массы
твердых природных топлив. Роль летучих в процессе воспламенения
природных твердых топлив. Материальный и тепловой баланс
процессов горения. Расчеты по приведенным характеристикам
топлива.
Лекция 13. Лесной пожар: основные понятия и определения.
Классификация лесных пожаров и механизм их распространения.
Структура леса, лесные горючие материалы и элементы физики
горения. Стадии развития лесных пожаров, энергетика и аэродинамика
пожара, структура фронта и предельные условия распространения.
Теплота сгорания, продукты пиролиза и сгорания. Вредные и опасные
факторы лесных пожаров.
Лекция 14. Математическая теория лесных пожаров.
Лекция 15. Лесопожарный риск, методология оценки (прогноз
лесопожарной опасности, природные и антропогенные источники
возгорания в лесах, эколого-экономические и социальные ущербы от
лесных пожаров).
Лекция 16. Методика расчета выбросов радионуклидов, вредных
веществ и теплоты при распространении лесных пожаров.
Лекция 17. Методика расчета выбросов от источников горения при
разливе нефтепродуктов на различных типах подстилающей
поверхности
участвовать во взрыве в
открытом пространстве
(случай сжиженных газов).
2
2
2
2
2
2
2
Практическое занятие 11.
Семинар по лекции 11.
Практическое занятие 12.
Семинар по лекции 12.
Практическое занятие 13.
Семинар по лекции 13.
Практическое занятие 14.
Семинар по лекции 14.
Практическое занятие 15.
Семинар по лекции 15.
Практическое занятие 16.
Работа в компьютерном зале.
Компьютерное моделирование возникновения и развития лесных пожаров (низовых, верховых, торфяных).
1
1
1
1
1
1
Расчет выбросов поллютантов и теплоты в
атмосферу при различных
типах лесных пожаров.
Практическое занятие 17.
Работа в компьютерном зале.
Компьютерное моделирование горения разливов нефти и
нефтепродуктов. Расчет выб-
1
росов поллютантов от источников горения при разливе нефти и нефтепродуктов на различных типах
подстилающей
поверхности.
7
8
4. Содержание и объем внеаудиторных занятий
№
п/п
1.
Наименование и содержание задания
Подготовка к лекциям, семинарским, практическим и
лабораторным работам.
Объем
(стр.)
Трудоемкость
(час.)
51
5. Список литературы
Основная литература
1. Я.Б. Зельдович, Г.И., Г.И. Баренблатт, В.Б. Либрович, Г.М. Махвиладзе.
Математическая теория горения и взрыва. М.: Наука, 1980 – 478 с.
2. В.В. Померанцев, К.М. Арефьев, Д.Б. Ахмедов и др. Основы практической
теории горения. Л.: Энергоатомиздат, Ленингр. отд-ие, 1986 – 309 с.
3. Гришин А.М. Математическое моделирование лесных пожаров и новые способы
борьбы с ними. – Новосибирск: Наука, Сиб. Отд-ие, 1992. – 408 с.
Дополнительная литература
1. Концепция развития горения и взрыва как области научно-технического
прогресса. Черноголовка: Территория, 2001.
2. Алексеев Б.В., Гришин А.М. Курс лекций по аэротермохимии. Часть 1.
Элементы кинетической теории, термодинамики и химической кинетики. Часть
2. Элементы строгой теории коэффициентов переноса, теория переноса энергии
излучением и основная система уравнений аэротермохимии. Томск: Изд-во Том.
ун-та. 1971.
3. Волокитина А.В., Софронов М.А. Классификация и картографирование
растительных горючих материалов. Новосибирск: Изд-во Наука, Сиб. отд-е
РАН, 2002 – 306 с.
6. Протокол согласования рабочей программы с другими дисциплинами
на 20___ – 20___ г.
Наименование дисциплины,
на которую опирается данная
дисциплина
Математика
Высшей математики
Химия
Физика
Химии
Физики
Кафедра
Подписи зав. кафедрами
8
9
3. Учебно-методическое обеспечение дисциплины по видам занятий в
соответствии с рабочей программой:
3.1. Методические указания к лекциям, практическим и семинарским
занятиям в виде календарного плана (распечатка и электронная
версия).
9
10
Календарный план лекционно-практических занятий
по предмету «Теория горения и взрыва» для специальности
280103 «Защита в чрезвычайных ситуациях», группа № 281,
2010-2011 учебный год, 6 семестр
№
недели
1
1
2
3
3
4
5
5
6
7
7
8
9
9
10
11
Содержание лекций или практических занятий
Цели, задачи и предмет исследования дисциплины
«Теория горения и взрыва».
Химическая термодинамика. Классификация систем и
химических реакций. Основные законы
термодинамики. Тепловой эффект химической
реакции. Закон Гесса.
Практическое занятие 1. Семинар по лекции 1.
Практическое занятие 2. Решение задач по химической
термодинамике.
Тепловой эффект реакции. Зависимость теплового
эффекта реакции от температуры. Теплота сгорания
топлива. Обратимость химических реакций.
Химическое равновесие. Скорость химической
реакции. Условия химического равновесия.
Топливо и горючая смесь. Воспламенение горючих
смесей.
Тепловое
самовоспламенение.
Теория
теплового взрыва Н.Н. Семенова.
Практическое занятие 3.
Решение задач по химической термодинамике.
Практическое занятие 4.
Решение задач по химической термодинамике.
Литературный
источник
Я.Б.
Зельдович,
Г.И.,
Г.И.
Баренблатт,
В.Б.
Либрович,
Г.М.
Махвиладзе.
Математическая
теория горения и
взрыва. М.: Наука,
1980 – 478 с.
В.В. Померанцев,
К.М. Арефьев, Д.Б.
Ахмедов и др.
Основы
практической
теории горения. Л.:
Энергоатомиздат,
Ленингр.
отд-ие,
1986 – 309 с.
Цепное самовоспламенение.
Распространение пламени в неподвижной смеси; в
ламинарном потоке; турбулентном потоке.
Практическое занятие 5. Семинар по лекции 5.
Практическое занятие 6. Семинар по лекции 6.
Основные положения теории детонации. Структура
детонационной волны.
Распределение давления и плотности газа в зоне
реакции. P-V диаграмма для детонационной волны.
Практическое занятие 7. Семинар по лекции 7.
Практическое занятие 8. Семинар по лекции 8.
Дубнов Л.В.
Промышленные
взрывчатые
вещества
/
Л.В.Дубнов,
Н.С.Бахаревич,
А.И.Романов. М.:
Недра, 1988.
Адиабаты Пуассона и Гюгонио, прямая Михельсона.
Аналитическое выражение для скорости детонации.
Детонация газов. Параметры детонации (адиабата
Пуассона, внутренняя энергия, уравнение состояния
для идеального газа, скорость звука в продуктах
детонации).
Практическое занятие 9. Оценка количества горючих газов,
которые могут участвовать во взрыве в открытом пространстве
(случай горючих газов, находящихся под избыточным
давлением)
Определение давления продуктов детонации. Массовая
10
11
11
скорость детонации. Скорость детонации. Температура
в ударной и детонационной волне, их соотношение.
Природные пожары. Основные понятия и определения.
Условия возникновения природных пожаров.
Классификация природных пожаров.
12
Практическое занятие 10. Оценка количества горючих
газов, которые могут участвовать во взрыве в открытом
пространстве (случай сжиженных газов).
13
Критерии природной пожарной опасности.
Лесопожарные риски. Основные вредные и опасные
факторы природных пожаров.
Методика количественной оценки выбросов
поллютантов при природных пожарах.
13
14
15
15
16
17
17
Практическое занятие 11. Семинар по лекции 11.
Практическое занятие 12. Семинар по лекции 12.
Практическое занятие 13. Семинар по лекции 13.
Горение разливов нефти и нефтепродуктов.
Особенности горения жидких органических топлив в
разливах на различных типах подстилающих
поверхностей.
Линейная скорость распространения пламени и
послойная скорость выгорания нефти и
нефтепродуктов при горении разливов.
Гришин
А.М.
Математическое
моделирование
лесных пожаров
и новые способы
борьбы с ними. –
Новосибирск:
Наука, Сиб. Отдие, 1992. – 408 с.
Практическое занятие 14. Семинар по лекции 14.
Практическое занятие 15. Семинар по лекции 15.
Вредные и опасные факторы пожаров разливов нефти
и нефтепродуктов. Методика определения количества
поллютантов при горении разливов нефти и
нефтепродуктов.
Практическое занятие 16.
Работа в компьютерном зале. Компьютерное моделирование
возникновения и развития лесных пожаров (низовых,
верховых, торфяных). Расчет выбросов поллю-тантов и
теплоты в атмосферу при различных типах лесных
пожаров.
Практическое занятие 17. Работа в компьютерном зале.
Компьютерное моделирование горения разливов нефти и
нефтепродуктов. Расчет выб-росов поллютантов от ис-
точников горения при раз-ливе нефти и нефтепродук-тов
на различных типах подстилающей поверхности.
Методика
определения
и
расчета
выбросов
загрязняющих
веществ от лесных
пожаров/Гришин
А.М., Долгов А.А.,
Цимбалюк
А.Ф.//
М.:
Государственный
комитет Российской
Федерации
по
охране окружающей
среды. 1997. 26 с.
Задания по курсу: практические работы, выполняемые на семинарах.
В конце семестра: экзамен.
Профессор кафедры БЖД, к.пед.н.
С.С. Соловьёв
Доцент кафедры БЖД, к.ф.-м.н.
А.А. Долгов
Зав. кафедрой БЖД, д.т.н.,
11
12
профессор
В.Н. Пряхин
4. Материалы для текущего контроля знаний студентов:
4.1. Вопросы и билеты к экзамену для студентов специальности ЗЧС
1. Химическая термодинамика. Основные понятия и определения.
Классификация систем и химических реакций.
2. Первый закон термодинамики. Изменение внутренней энергии в
процессе горения.
3. Тепловой эффект химической реакции. Закон Гесса.
4. Зависимость теплового эффекта (теплоты) реакции от температуры.
Закон Кирхгоффа. Теплота сгорания топлива.
5. Обратимость химических реакций. Химическое равновесие.
6. Скорость химической реакции. Условия химического равновесия.
7. Уравнение Аррениуса. Энергия активации реагирующих систем.
8. Топливо и горючая смесь. Физические процессы, сопровождающие
горение горючих смесей.
9. Роль диффузии и теплопередачи в процессах горения.
10.Воспламенение горючих смесей. Тепловое самовоспламенение.
11.Воспламенение горючих смесей. Цепное самовоспламенение.
12.Распространение пламени в неподвижной смеси. Распространение
пламени в ламинарном потоке.
13.Распространение пламени в турбулентном потоке.
14.Взрыв. Типы взрывов. Классификация взрывов по плотности
вещества, по типам химических реакций.
15.Энергия и мощность взрыва. Ударные и детонационные волны.
16.Основные положения теории детонации.
17.Принципиальные отличия процессов горения от взрыва.
18.Теория теплового взрыва Н.Н. Семенова.
19.Условия возбуждения теплового взрыва по Н.Н. Семенову.
20.Особенности горения твердых топлив.
21.Лесные пожары: основные понятия и определения.
22.Классификация лесных пожаров и механизм их распространения.
23.Лесопожарная опасность и лесные пожары с точки зрения физики
горения и экологии.
24.Причины возникновения лесных пожаров.
25.Вредные и опасные факторы лесных пожаров.
26.Основные положения методики расчета текущих выбросов
поллютантов и теплоты при лесных пожарах.
27.Особенности горения жидких топлив. Горение аварийных разливов
нефти и нефтепродуктов.
28.Вредные и опасные факторы пожаров разливов нефти и
нефтепродуктов.
29.Основные положения методики расчета выбросов поллютантов и
теплоты от источников горения разливов нефти.
12
13
30.Особенности горения разливов нефти и нефтепродуктов на
различных типах подстилающих поверхностей.
5. Учебные пособия
5.1. Методика определения и расчета выбросов загрязняющих веществ от лесных
пожаров/Гришин А.М., Долгов А.А., Цимбалюк А.Ф.// М.: Государственный комитет
Российской Федерации по охране окружающей среды. 1997. 26 с.
5.2. Методика расчета выбросов от источников горения при разливе нефти и
нефтепродуктов. /Гришин А.М., Долгов А.А., Цимбалюк А.Ф.// М.: Государственный
комитет Российской Федерации по охране окружающей среды. 1997. 24 с.
6. Карта обеспеченности учебной литературой
№№
Наименование учебного пособия
Наличие в библиотеке,
шт
7. Протокол актуализации УМК
Актуализация необходима в 2012 г.
13