Меню
Главная
Авторизация/Регистрация
 
Главная arrow БЖД arrow ТЕОРИЯ ГОРЕНИЯ И ВЗРЫВА
Посмотреть оригинал

РАСПРОСТРАНЕНИЕ ГОРЕНИЯ ГАЗОВ, ЖИДКОСТЕЙ И ТВЕРДЫХ ТЕЛ

11осле изучения этой главы студент должен:

знать

  • • виды и режимы распространения пламени;
  • • особенности тепловой и диффузионной теории распространения пламени по газообразным системам;
  • • основные элементы распространения пламени по поверхности жидких и твердых горючих веществ;
  • • особенности выгорания жидких и твердых веществ;

уметь

  • • проводить количественные оценки продуктов горения;
  • • на основании теплового баланса проводить расчет температуры горения;

владеть

• анализом по влиянию ряда факторов (давление, температура, геометрия горючих систем и т.д.) на скорость распространения горения и выгорание жидких и твердых веществ.

Виды и режимы распространения горения

При возникновении процесса горения источником зажигания новых объемов горючей смеси является сама зона горения, в которой происходит интенсивное выделение тепла. Это тепло и является причиной непрерывного поддержания процесса горения. Схематически процесс горения можно представить в виде цепной реакции, при которой происходят непрерывное воспламенение и сгорание все новых и новых порций горючей смеси.

В зависимости от механизма распространения зоны химической реакции горения по горючей смеси различают несколько характерных режимов горения: дефла- грациоппое — сравнительно медленное распространение зоны химической реакции со скоростью движения тепловой волны по смеси 0,5—50 м/с; детонационное — раснространяющееся со скоростью ударной волны 1—5 км/с; взрывное — имеющее скорость от нескольких сотен метров до 1,5 км/с. Обычно в условиях пожара горение протекает в дефлаграционном режиме. Детонационное горение газопаровоздушных смесей встречается весьма редко.

В зависимости от агрегатного состояния компонентов горючей смеси различают два режима горения: гомогенное, когда оба компонента находятся в одинаковой фазе, и гетерогенное горение, когда агрегатное состояние компонентов горючей системы различное.

Поскольку в качестве окислителя в реакции горения на пожаре чаще всего участвует кислород воздуха, т.е. один из компонентов горючей системы находится всегда в газообразном состоянии, то гомогенным горение в условиях пожара бывает в тех случаях, когда само горючее тоже находится в газообразном состоянии.

Горючие жидкости и многие твердые горючие материалы также горят на пожаре преимущественно в режиме гомогенного пламенного горения, так как в зону горения поступают не сами эти жидкости и твердые вещества, а газо- и парообразные продукты их испарения и термического разложения.

Примером гетерогенного, беспламенного горения в условиях пожара является тление углеродного остатка твердых горючих материалов. Когда все летучие, пиро- лизуемые компоненты уже выгорели из прогретого слоя, наступает режим беспламенного, гетерогенного горения, называемого еще тлением (хотя оно может быть и очень интенсивным, с выделением большого количества тепла), при этом возможен повторный переход в пламенное горение. Тление может возникнуть и в начальной стадии пожара, если мощности источника зажигания не хватило для предварительного прогрева твердых горючих материалов и не образовалась горючая паровоздушная смесь, способная к пламенному (гомогенному) горению. По мере накопления тепла в твердом горючем материале, повышения его температуры и увеличения массы прогретого слоя процессы пиролиза и выделения горючих летучих фракций интенсифицируются. Смешиваясь с кислородом воздуха, они образуют горючую газовоздушную смесь, которая воспламеняется под действием высоких температур зоны тления. В результате начинается интенсивное пламенное горение, быстро распространяющееся но поверхности твердых горючих материалов.

Такой же механизм возникновения имеют многие пожары, связанные с горением твердых горючих материалов: начинаются они под воздействием слабых источников зажигания — искр, тлеющих окурков, непотушенных спичек и т.д. Реже такой же механизм возникновения имеют пожары, связанные с самовозгоранием твердых горючих материалов в результате медленно текущей реакции окисления, г.е. они также могут начаться с тления, переходящего затем в открытое пламенное горение. Характерным для гетерогенного режима горения является наличие раздела фаз: твердого горючего и газообразного окислителя. При этом химические реакции окисления идут преимущественно на поверхности раздела фаз, однако при большой пористости материала они могут идти и в его толще, и внутри пор, но всегда — на границе раздела «твердое тело — газ».

Скорость распространения гетерогенных процессов горения (тления), как правило, несколько ниже скорости распространения гомогенного (пламенного) горения. Интенсивность процесса гетерогенного горения зависит от интенсивности поступления горючих компонентов в зону горения (преимущественно кислорода воздуха) и степени развитости поверхности горючего материала, на которой идет химическая реакция окисления.

В зависимости от условий смесеобразования горючих компонентов и соотношения скорости химической реакции горения и скорости смесеобразования различают два характерных режима горения: кинетический и диффузионный. Определяющим в этом случае является вопрос о том, какая из стадий является лимитирующей в суммарной скорости процесса горения: скорость смесеобразования или скорость химического превращения компонентов смеси в продукты горения.

Горение предварительно равномерно перемешанных газо- или паровоздушных смесей всегда происходит в кинетическом режиме, так как смесь горючего с окислителем существует еще до момента ее воспламенения и суммарная скорость процесса горения лимитируется только скоростью (кинетикой) химической реакции окисления и скоростью перемещения зоны реакции горения по горючей смеси. Поэтому такое горение называется кинетическим. Если сгорание такой газовоздушной смеси происходит в замкнутом или ограниченном объеме, оно воспринимается как взрыв, так как энергия, выделяющаяся при сгорании смеси, не успевает отводиться за пределы рассматриваемого объема, давление возрастает, что и приводит к разрушению конструкции. Примером спокойного кинетического горения является горение газовоздушной смеси в конфорках кухонной газовой плиты, когда смесь хорошо подготовлена и пламя имеет равномерную сине-голубую окраску (без желтых или красноватых оконечностей язычков пламени). Появление желто-оранжевых зон пламени — признак недостатка воздуха, плохого смешения, образования продуктов неполного сгорания, в том числе светящихся желтым светом сажистых частиц.

Если компоненты горючей смеси смешиваются непосредственно перед зоной горения или в самой зоне, то наблюдается диффузионный или диффузионно-кинетический режим горения. Он определяется интенсивностью смешения, степенью равномерности и пропорциями смешения горючих компонентов. При пожаре на устье газового факела при истечении метана под большим давлением смесеобразование горючего газа с воздухом перед факелом пламени будет столь интенсивным и равномерным, что пламя будет почти полностью кинетическим. При наличии в горючем газе конденсата оно будет диффузионно-кинетическим, а при горении фонтанирующей нефти и при пожарах в резервуарах с легковоспламеняющейся (ЛВЖ), горючей жидкостью (ГЖ) или штабелей древесины режим горения будет диффузионным. Гетерогенное горение на пожаре также всегда идет в диффузионном режиме.

Важной характеристикой процессов горения является также газодинамическое состояние компонентов горючей смеси в зоне реакции. Оно, как правило, характеризуется интенсивностью их поступления в зону горения.

Если компоненты горючей смеси поступают в зону горения сравнительно «спокойно», по законам молекулярной или слабой (не сильно развитой) конвективной диффузии, то процесс горения будет ламинарным (т.е. относительно спокойным) с постепенным, плавным переходом от зоны смесеобразования к зоне горения и далее — к зоне формирования потока оттекающих продуктов горения.

Если потоки газообразного горючего или окислителя, или смеси горючего с окислителем в зону горения поступают достаточно интенсивно, то режим горения будет турбулентным, т.е. с интенсивными завихрениями, перемешиванием продуктов горения с непрореагировавшей смесью, отрывами клубящихся зон горения от основного факела пламени. Характерным примером такого горения является пожар на мощном газовом фонтане, на крупном резервуаре, на большом штабеле древесины с большим значением коэффициента поверхности горения

где 5гор — площадь поверхности горения; Su площадь проекции зоны горения на горизонтальную плоскость.

Таким образом, характеризовать процесс горения на пожаре можно по механизму распространения зоны химической реакции (дефлаграционное и детонационное горение), по его кинетическим параметрам (диффузионное или кинетическое горение), по природе химических реакций (в зоне их протекания — гомогенное или гетерогенное горение) и по газодинамическим параметрам режима горения (ламинарное или турбулентное).

 
Посмотреть оригинал
Если Вы заметили ошибку в тексте выделите слово и нажмите Shift + Enter
< Предыдущая   СОДЕРЖАНИЕ   Следующая >
 

Популярные страницы