Пламенное горение веществ

БАЛТИЙСКАЯ ГОСУДАРСТВЕННАЯ АКАДЕМИЯ РЫБОПРОМЫСЛОВОГО ФЛОТА

КАФЕДРА ЗАЩИТЫ В ЧРЕЗВЫЧАЙНЫХ СИТУАЦИЯХ

Пламенное горение веществ

Ранее отмечалось, что пламенное горение всех видов горючих материалов и веществ в воздушной среде возможно при содержании кислорода в зоне пожара не менее 14% по объему, а тление горючих твердых материалов продолжается до содержания кислорода ≈ 6%.

Горение газов, жидкостей и твердых веществ имеет специфические особенности.

Горение газов начинается в результате воспламенения либо самовоспламенения смеси. Пламя нагревает близлежащий слой газа, в котором также начинается химическое превращение. Горение данного слоя инициирует воспламенение следующего слоя и так до полного выгорания горючей смеси.

Таким образом, в горючей смеси горит только тонкий слой разогретого газа. Зона, горения в которой происходит химическое превращение и интенсивный разогрев сгорающего газа, перемещается по смеси, обеспечивая распространение пламени. Как показано на рисунке 1, толщина фронта пламени газовых смесей при атмосферном давлении незначительная и составляет несколько десятых долей миллиметра.

Рис. 1. Распределение температуры в газовой смеси, по которой распространяется пламя

На данном рисунке: ОТ – ось температур, Ох – ось толщины слоя газовой смеси, – толщина фронта пламени, – температура горения смеси, – температура смеси, d - толщина слоя разогрева сгорающего газа.

Аналогично горят паровоздушные горючие смеси.

Из рисунка 1 следует, что при перемещении фронта пламени температура несгоревшей части горючей смеси постепенно возрастает. Передачу тепла обеспечивает излучение пламени, диффузия (распространение) нагретых молекул, а также повышение давления смеси.

Увеличение давления смеси происходит в результате теплового расширения продуктов сгорания и самой смеси. При этом происходит увеличение скорости движения пламени.

Скорость химической реакции при высокой температуре может быть существенной. В этом случае горение происходит чрезвычайно быстро и может носить характер взрыва.

Горение горючих жидкостей происходит в газовой фазе. При нагревании происходит ее испарение и над поверхностью жидкости образуется паровая подушка. При взаимной диффузии паровой подушки и кислорода воздуха формируется зона горения. Упрощенная схема диффузионного пламени изображена на рисунке 2.

Рис. 2. Схема диффузионного пламени:

а) распределение концентраций паров и газов в пламени; б) диффузионное пламя, кривая 1 характеризует распределение кислорода; кривая 2 – продуктов горения; 3 – азота; 4 – паров горючего.

Зоной горения является тонкий светящийся слой газов, в который с поверхности жидкости поступают горючие пары, а из воздуха диффундирует кислород. В результате горения происходит выгорание жидкости.

Горение твердых веществ отличается наличием стадии разложения и газообразования. Схема горения твердого вещества изображена на рисунке 3.

Рис. 3. Схема горения твердого вещества:

1 - зона вещества в конденсированной фазе; 2 – зона разложения конденсированного вещества; 3 – зона реакции горения вещества в газообразной фазе; 4 – газообразные продукты сгорания.

Под воздействием тепла происходит нагрев вещества в твердой фазе, сопровождающийся его разложением и выделением газообразных продуктов. Затем эти продукты воспламеняются и сгорают. Тепло от образовавшегося пламени воздействует на поверхность твердого вещества, вызывая поступление в зону горения новых порций горючих газов.

Непосредственно в области горения твердых веществ наблюдаются следующие зоны:

прогрева вещества в конденсированной фазе. Толщина зоны прогрева, составляющая ≈ 3 мм, зависит от соотношения коэффициентов теплопроводности и скорости горения;

пиролиза, или зоны реакции вещества в конденсированной фазе с образование горючих газов;

предпламенной в газовой фазе, в которой происходит образование горючей смеси;

пламени, или зоны реакции в газовой фазе, в которой происходит превращение горючей смеси в газообразные продукты горения;

продуктов горения.