Theorie der Wärmeexplosion

Dr.-Ing. G. Krause 2014

Copyright by Dr. Krause GmbH

Printed in Germany

6. Auflage  2014

Dieses Werk ist urheberrechtlich geschützt.

ISBN: 3 - 9809903 - 1 - 1

Inhaltsverzeichnis

Vorwort

  1. Historische Vorbemerkungen
  1. Theorie der Fourier’schen Wärmeleitung und des Fick’schen Stoffaustausches
    • Fourier´sches Gesetz der Wärmeübertragung
    • Thermische Zeitkonstante
    • Bestimmen der Wärmekapazität und der Wärmeübergangszahl
    • Zusammenhang zwischen den Kenngrößen Fourier-, Biotzahl und thermischer Zeitkonstante
    • Wärmeeindringkoeffizient und Eindringtiefe
    • Wärmeübergangszahl
    • Fick’sches Gesetz der Diffusion
  1. Lösungen der Fourier´schen Wärmeleitung für Kubus, Zylinder und Kugel
    • Lösung der eindimensionalen DGL in kartesischen Koordinaten
    • Lösung der eindimensionalen DGL für den unendlichen Zylinder
    • Lösung der eindimensionalen DGL für die Kugel
    • Aufheizen mit konstanter Temperaturdifferenz
    • Zulässige Heizrate
    • Größenordnung der Biotzahl und der thermischen Zeitkonstanten
    • Bestimmen der Temperaturleitfähigkeit als Funktion der Temperatur
  1. Stationäre Theorien der Wärmeexplosion
    • Formulierung von Wärmequellen
      • Einführung in die Reaktionskinetik
      • Wärmequelle nach Arrhenius
      • Allgemeine Formulierung der Reaktionsgeschwindigkeit
    • Theorie von Semenov
      • Wärmebilanz von Semenov
      • Modifizierte Wärmebilanz
      • Iterationsvorschrift für kritische Umgebungstemperatur
      • Graphische Wärmebilanz
      • Wärmebilanz mit van’t Hoff Wärmequelle
      • Wärmebilanz von Semenov mit Verbrauch
    • Theorie von Frank-Kamenetskii
      • Stationäre Theorie
      • Zünden und Löschen einer durchgehenden Reaktion
      • Beziehung zwischen dem Semenov und dem F.-K. Parameter
      • Spezialfälle des F.-K. Parameters
      • Arrhenius oder F.-K. Diagramm
      • Iterationsvorschrift mit dem F.-K. Parameter
      • Vergleich zwischen Semenov und Frank-Kamenetskii
      • Modifizierte Theorie von Frank-Kamenetskii
    • Lösung von Thomas
      • Temperaturprofile nach Semenov, Frank-Kamenetskii und Thomas
    • Exakte Theorie der Wärmeexplosion
      • Exakte stationäre DGL der Wärmeexplosion
      • Vergleich der stationären Theorien
      • Trends der thermischen Stabilität
      • Stationäre Wärmeexplosion mit Wärmequelle nach van’t Hoff
    • Wärmeexplosion von abgelagerten Staubschichten
      • Lösungen nach Frank-Kamenetskii und Thomas
      • Exakte Theorie für abgelagerte Staubschichten
        • Zündung dünner Schichten auf heißer Unterlage
        • Zündung dünner Schichten durch konstanten Wärmestrom
      • Vergleich mit experimentellen Untersuchungen
    • Wärmexplosion von aufgewirbelten Staubschichten
    • Wärmeexplosion mit fremder Wärmequelle(senke)
      • Zündung durch HOT SPOT
      • Löschen mit COLD SPOT
      • Zündung von dünnen Schichten mit HOT SPOT
    • Zusammenfassung der stationären Theorien
  1. Instationäre Theorien der Wärmeexplosion
    • Adiabatische Differentialgleichung
      • Adiabatisches Diagramm
      • Näherungslösung der adiabatischen DGL
      • Scheinbare Aktivierungsenergie aus mehreren adiabatischen Versuchen
      • Vereinfachte Näherungslösung
    • Instationäre Wärmeexplosion
      • Instationäre Wärmebilanz
        • Modifizierte adiabatische DGL
      • Instationärer gekoppelter Temperatur-Stofftransport
        • Transiente Fourier’sche Wärmeleitung
        • Instationärer Stoffaustausch
        • Formale Reaktionskinetik
        • Mehrstufige Reaktionen
        • Numerik für das gekoppeltes System
      • Instationäre Wärmeexplosion mit Reaktion Null-ter Ordnung
      • Physikalische Induktionszeit
        • Time-to-Explosion Test
      • Vergleich zwischen adiabatischer und physikalischer Induktionszeit
      • Löschen und Zünden durchgehender Reaktionen
      • Transport- und Lagerzeiten
    • Temperatur-Zeit-Profile
  1. Identifikation von kinetischen Parametern und Stoffwerten
    • Warmlagerungsversuche
      • Abkühlversuch zur Bestimmung der thermischen Zeitkonstanten
      • Schlußfolgerungen auf weitere Stoffwerte
    • Adiabatischer Warmlagerungsversuch
      • Adiabatischer Warmlagerungsversuch mit variabler Heizrate
      • Korrektur des adiabatischen Versuches
      • Verifikation der kinetischen Parameter
      • Validierung der Arrhenius Wärmequelle
      • Aufheizen mit inertem Anteil
      • Heat – Wait - Search Modus
      • Adiabatischer Warmlagerungsversuch für eine Flüssigkeit
      • Fragen des adiabatischen Versuches
    • Isoperiboler Warmlagerungsversuch
      • Isoperibole Versuche
      • Isoperibole Versuchsauswertung
        • Auswertung nach Frank-Kamenetskii
        • Auswertung nach der exakten Theorie
        • Verifikation der Versuchsergebnisse
      • Auswertung von isoperibolen Versuchen mit durchgehenden Reaktionen
      • Reaktionswärme des isoperibolen Versuchs
      • Temperatur und Masse
      • Fehlerabschätzung nach Frank-Kamenetskii
      • Zusammenfassung der isoperibolen Versuchsauswertung
    • Warmlagerung mit konstanter Heizrate
      • Temperatur und Masse
    • Meßdaten aus Warmlagerungsversuchen
    • ARC Versuch mit DTBP ( Di-tert-butylperoxid )
      • Auswertung des Druckes
      • Korrektur der Messwerte mit dem Phi-Faktor
    • VSP ( PhiTec ) Versuch
      • Gasentwicklung und Gasentwicklungsrate
  1. Regelwerke, Normen, Vorschriften und Sonderfälle
    • Bestimmung der SADT nach UN H.1 Test
      • Stationäre Bestimmung der SADT
      • Instationäre Bestimmung der SADT
    • Bestimmung der SADT nach UN H.4 Test
    • Berechnung von Wärmeübergangszahlen
      • Wärmeübergangszahl Luft – Container
      • Wärmeübergangszahl Container - Flüssigkeit / Feststoff
      • Wärmeübergangszahl Container
    • Lineare Inter(Extra)polation nach VDI Richtlinie 2263 und EN 15188
      • Berechnung von kritischen Temperaturen nach Frank-Kamenteskii
      • Berechnung von kritischen Temperaturen nach der exakten Theorie
    • Vergleich kritischer Umgebungstemperaturen
    • Definition von Lösch- und Transportzeiten
    • Einordnung in UN Gefahrengutklasse 4.2
    • Untergang der Titanic
    • Zündung durch Solarstrahlung
  1. Chemische Stabilität, Zersetzung und Alterung
    • Verschiedene Formulierungen der Reaktionsgeschwindigkeit
      • Reaktionsgeschwindigkeit nach Berthelot
      • Reaktionsgeschwindigkeit nach Arrhenius
      • Reaktionsgeschwindigkeit nach van’t Hoff
      • Zusammenhang zwischen Arrhenius Ansatz und van’t Hoff Regel
      • Beziehung zwischen Arrhenius und van’t Hoff Parametern
    • Isoperibole chemische Stabilität
    • Transiente chemische Stabilität
    • Reaktionszeiten mit formaler Kinetik
    • Reaktion 1. Ordnung mit Autokatalyse
    • Instationärer gekoppelter Temperatur-Stoffaustausch
      • Transiente Fourier’sche Wärmeleitungsgleichung
      • Transiente Fick’sche Diffusionsgleichung
    • Numerik für das gekoppelte System
    • Funktionen der Reaktionskinetik
    • Alterung und Zersetzung
  1. Druck, Geschwindigkeit und Abbrandgeschwindigkeit
    • Berechnung des Drucks für Gase
      • Berechnung des Gasdrucks nach Semenov
      • Berechnung des Drucks nach Frank-Kamenetskii
      • Berechnung des Drucks nach Zeldovich
      • Scheinbare Aktivierungsenergie und Druck
    • Einführung in die Detonationstheorie
    • Detonation(Ausbreitung)sgeschwindigkeit
      • Geschwindigkeit nach Frank-Kamenetskii und nach Zeldovich
      • Ausbreitungsgeschwindigkeit nach der exakten Theorie
  1. Methoden der thermischen Analyse : Mikrokalorimetrie
    • Versuchstechniken
    • Konstante Heizrate
    • Theorie zur Interpretation der Meßergebnisse
    • Kinetische Parameter aus der Reaktionswärme
      • Grundprinzip
      • Methode von Kissinger
      • Auswertung nach ASTM E698
      • Methode von Friedman
      • Methode von Flynn, Wall und Ozawa
      • Modellfreie Friedman Analyse
      • Isoconversional Method
      • Friedman und OFW Analyse für Nitropenta
      • Kritische Betrachtung der Methode mit konstantem Umsatz
    • Formale Reaktionskinetik
      • Kinetik aus Massenverlust
    • Versuchsergebnisse aus der Literatur
      • Dissertation
      • Messungen mit TG, MS und FTIR
      • Messungen mit TG, DTA und DSC
      • Vergleich und Beurteilung der Methoden

 

Anhang

   A1       Definitionen und Begriffe

   A2       Berechnung des Gaußschen Fehlerintegrals

   A3       UN SADT H4 Test

   A4       Bernoulli’sche Differentialgleichung

   A5       Beziehungen zwischen den Zeitkonstanten

   A6       Besselfunktionen

   A7       Mehrstufige Reaktionskinetik für Explosivstoffe

   A8       Schreibweisen des Frank-Kamenetskii Parameters

   A9       Spezialfall der Selbsterwärmung : Hydratation

   A10     Numerische Lösung der stationären DGL mit dem Differenzenverfahren

 

Termine nach Vereinbarung.

Nehmen Sie bei Interesse bitte Kontakt mit uns auf.