Виды и скорость распространения пламени

По скорости распространения пламени горение подразделяют на дефлаграционное, протекающее с дозвуковыми скоростями, и детонацию, распространяющуюся со сверхзвуковой скоростью.

Горение при пожарах протекает, как правило, в режиме дефлаграционного горения и с относительно небольшими скоростями. Например, скорость распространения пламени в начале горения твердых материалов составляет ≈ 0, 1 м/с, горючих жидкостей ≈ 0, 5 м/с, бензина ≈ 2, 4 м/с, горючих газов (пропан, этан, бутан) ≈ 6-12 м/с.

Горение химических взрывчатых веществ, а также газовоздушных и пылевоздушных смесей, связанное с взрывчатыми превращениями, представляет самостоятельную область исследований.

Известно, что большая часть взрывов, наблюдавшихся в различных промышленных и транспортных авариях, сопровождавшихся образованием облака газовоздушных смесей (ГВС), происходило в режиме, когда часть горючего вещества сгорает, а часть взрывается.

Суть этого явления в том, что в зависимости от размеров и концентрации горючей примеси в облаке ГВС, возможно прогрессирующее увеличение скорости распространения огня, возникающее вследствие интенсивного прогревания смеси тепловым излучением перед фронтом пламени, и существенного повышения давления продуктов сгорания за фронтом.

На скорость распространения пламени влияет также характер подстилающей поверхности. Неровности местности, наличие предметов и зданий, способствуют ускорению распространения пламени за счет его турбулизации, то есть перехода от ламинарного горения, к турбулентному горению.

При скорости распространения пламени > 50 метров в секунду, но менее скорости звука в данной среде, происходит взрывное горение или, иначе, дефлаграционный взрыв и формируется волна давления.

Применительно к авариям, сопровождавшимся выбросом горючих газов и формированием облака ГВС, под дефлаграционным взрывом обычно подразумевают горение облака со скоростью 50÷ 300 м/c и образованием волны давления с максимальным давлением 20÷ 100 кПа.

Основным параметром, характеризующим специфику дефлаграционного взрыва, является скорость распространения пламени V, м/c.

Газовоздушные и паровоздушные смеси классифицируются по степени “чувствительности к ускорению пламени” вследствие автотурбулизации при распространении фронта горения по определенному типу подстилающей поверхности, способной изменять скорость распространения пламени.

Чувствительность смеси к ускорению пламени:

группа А - особо чувствительные вещества (водород H₂, ацетилен CH₂, окись этилена C₂H₄O и др.);

группа Б - чувствительные вещества (пропан C₃H₈, этан C₂H₆, бутан C₄H₁₀ и др.);

группа В - слабо чувствительные вещества (бензин C₇H₁₃, метан CH₄ и др).

При отсутствии сведений о свойствах вещества, по соображениям безопасности его следует относить к группе А.

Типы подстилающей поверхности:

тип “а” - свободное и слабо загромождённое пространство (отдельно стоящие предметы внутри облака ГВС);

тип “б”- средне загроможденное пространство (повторяющиеся предметы вдоль направления горения облака);

тип “в” - сильно загроможденное пространство (повторяющиеся препятствия на всем пространстве распространения фронта горения облака).

Скорость горения газовоздушных и паровоздушных смесей:

веществ группы А: при распространении фронта пламени по поверхности типа “а” - V=85÷ 170 м/с, по поверхности типа “б” - V=170÷ 340 м/с, по поверхности типа “в” - вероятна детонация;

веществ группы Б: при распространении фронта пламени по поверхности типа “а” V=35м/с, по поверхности типа “б” - V=70м/с, по поверхности типа “в” - V=120м/с;

веществ группы В: при распространении фронта пламени по поверхности типа “а” - V=17м/с, по поверхности типа “б” - V=35м/с, по поверхности типа “в” - V=70м/с.

Выводы:

- Горение горючих жидкостей происходит в газовой фазе.

- Скорость химической реакциипри высокой температуре может быть существенной и носить характер взрыва. Основным параметром, характеризующим специфику дефлаграционного взрыва, является скорость распространения пламени;

- Газовоздушные и паровоздушные имеют различную “чувствительность к ускорению пламени” вследствие автотурбулизации при распространении фронта горения по определенному типу подстилающей поверхности.