С увеличением времени воздействия
источника воспламенения на горючий материал
величина теплового импульса уменьшается.
При возрастании влажности
горючих материалов скорость распространения горения уменьшается,
так как много тепла затрачивается на
удаление влаги.
Дисперсность материалов также
связана с их поверхностью, воспринимающей
тепло. Чем выше дисперсность материалов,
тем больше удельная их воспринимающая
тепло поверхность и, следовательно, быстрее
происходит нагрев, испарение или разложение,
т. е. подготовка к горению. Линейная скорость
распространения горения у таких материалов
очень велика и составляет несколько десятков
метров в минуту.
Скорость распространения горения
также во многом зависит от температуры
горения, интенсивности газообмена и направленности
нагретых газовых потоков, ветра, а также
других факторов.
С ростом температуры горения
(пламени) возрастают интенсивность излучения
и температура продуктов сгорания, которые
в свою очередь увеличивают скорость нагрева
и воспламенения горючих материалов.
Ветер увеличивает интенсивность
передачи тепла горючим материалам за
счет приближения пламени к ним и омывания
нагретыми продуктами сгорания. Если нагретые
газовые потоки при газообмене на пожаре
в здании направлены в сторону расположения
горючих материалов, то интенсивность
передачи тепла значительно возрастает
по сравнению с интенсивностью передачи
тепла только излучением пламени. Кроме
того, при повышении скорости газовых
потоков из зоны горения увлекаются горящие
частицы, а при крупных пожарах — горящие
головни. Падая на землю и соприкасаясь
со сгораемыми материалами и конструкциями,
они вызывают их воспламенение, образование
новых очагов горения, ускоряя распространение пожара.
Значительное влияние на скорость
распространения горения оказывают взрывы,
происходящие чаще всего в зоне горения
и теплового воздействия.
При взрыве создастся быстро
распространяющаяся волна сжатых газов,
так называемая ударная волна, давление
во фронте которой больше атмосферного.
Ударная волна разрушает аппараты и коммуникации
с горючими газами и жидкостями, уничтожает
защитные слои трудносгораемых элементов
конструкций, разбрасывает горящие материалы, активизирует
газообмен. Волной взрыва раскаленные
газы и пламя могут проникнуть через неплотности
и пустотелые конструкции в соседние помещения.
По агрегатному состоянию горючего
и окислителя различают:
1) гомогенное горение
— горение газов и парообразных
горючих в среде газообразного
окислителя (большей частью кислорода
воздуха);
2) горение взрывчатых
веществ и порохов;
3) гетерогенное горение
— горение жидких и твёрдых горючих
в среде газообразного окислителя; горение
в системе жидкая горючая смесь — жидкий
окислитель (например, кислота).
Гомогенное горение. Наиболее
простой случай представляет горение
заранее перемешанных смесей. Большей
частью реакции являются цепными. В обычных
условиях горения при их развитии (зарождении
и развитии цепей) определяющее значение
имеет предварительное нагревание вещества
(термическая активация).
Для начала горения необходим
начальный энергетический импульс, чаще
всего нагревание горючего. Различают
2 способа воспламенения: самовоспламенение
и вынужденное воспламенение, или зажигание
(накалённым телом, пламенем, электрической
искрой и др.).
Важнейший вопрос теории горения
— распространение пламени (зоны резкого
возрастания температуры и интенсивной
реакции). Различают нормальное распространение
горения, или дефлаграцию, где ведущим
процессом является передача тепла теплопроводностью,
и детонацию, где поджигание производится
ударной волной. Нормальное горение, в
свою очередь, подразделяется на ламинарное
и турбулентное.
Ламинарное пламя обладает
вполне определённой скоростью перемещения
относительно неподвижного газа, которая
зависит от состава смеси, давления и температуры
и определяется только химической кинетикой
и молекулярной теплопроводностью. Эта
нормальная скорость является физико-химической
константой смеси.
Скорость распространения турбулентного
пламени зависит от скорости потока, а
также степени и масштаба турбулентности.
Горение в потоке (факельный процесс) —
горение струи при её истечении из трубы
(сопла) в открытое пространство или камеру
— очень распространённый в технике вид
горения. Различают горение при истечении
заранее перемешанной смеси и горение
при раздельном истечении горючего и окислителя,
когда процесс определяется перемешиванием
(диффузией) двух потоков.
В условиях горения в потоке
большое практическое значение имеет
вопрос удержания пламени на горелке или
в камере. Задача обычно решается или путём
непрерывного зажигания смеси от специального
зажигательного устройства, или с помощью
установки поперёк потока плохо обтекаемых
тел (стабилизирующих экранов), обеспечивающих
обратную циркуляцию горячих продуктов
горения.
Горение взрывчатых веществ
(ВВ) — самораспространение зоны экзотермической
химической реакции разложения взрывчатого
вещества или взаимодействия его компонентов
посредством передачи от слоя к слою энергии
реакции в виде тепла. В том случае, когда
газообразные продукты горения могут
свободно оттекать от горячего заряда,
горение ВВ, в отличие от их детонации,
обычно не сопровождается значительным
повышением давления и не принимает характера
взрыва. Конденсированные ВВ, аналогично
смесям газообразных горючих и окислителей,
не требуют подвода кислорода извне.
Скорость горения зависит от
природы ВВ, а также от давления, температуры,
плотности заряда и др. факторов и при
атмосферном давлении для различных ВВ
изменяется от долей мм до нескольких
м в сек. Для инициирующих ВВ она, как правило,
в десятки и сотни раз больше, чем для вторичных.
Гетерогенное горение. Для горения
жидких веществ большое значение имеет
процесс их испарения. Горение легко испаряющихся
горючих практически относится к гомогенному
горению, т. к. такие горючие ещё до воспламенения
полностью или почти полностью успевают
испариться. Применительно к жидким горючим
различают 2 характеристики: температуру
вспышки и температуру обычного самовоспламенения.
Широко распространённой
жидкой гетерогенной системой является
высокодисперсная капельная система,
для которой определяющее значение имеют
законы воспламенения и горения каждой
отдельной капли. В отличие от гомогенного
горения ,в этом случае стадия воспламенения
играет относительно меньшую роль.
Горение твёрдых веществ в простейшем
случае не сопровождается разложением
вещества с выделением их летучих компонентов
(например, горение металлов). В технике
большое значение имеет горение твёрдого
топлива, главным образом углей, содержащих
углерод и некоторое количество органических
веществ, которые при нагревании топлива
разлагаются и выделяются в виде паров
и газов. Термически неустойчивую часть
топлива принято называть летучей, а газы
— летучими. При быстром нагревании частиц
топлива (что возможно для частиц малого
размера) летучие компоненты могут не
успеть выделиться и сгорают вместе с
углеродом. При медленном нагревании наблюдается
чёткая стадийность начального этапа
горения — сначала выход летучих компонентов
и их воспламенение, затем воспламенение
и горение твёрдого, так называемого коксового,
остатка, который кроме углерода содержит
минеральную часть топлива — золу.
Каталитическое, или, вернее,
поверхностное каталитическое, горение
газовых смесей относится к классу гомогенно-гетерогенных
процессов горения: химический процесс
может протекать как в объёме, так и на
катализирующей твёрдой поверхности (например,
на платине). В зависимости от конкретных
условий может проявляться гомогенный
или гетерогенный тип горения. При высоких
температурах, когда объёмное горение
идёт быстро, роль поверхностно-каталитического
горения, как правило, мала и может быть
заметной только в случае, когда смесь
течёт в узких каналах, пористых материалах
или мелкозернистых засыпках из катализатора.
Применяемый в технике термин «беспламенное»
горение газовых смесей не всегда эквивалентен
понятию поверхностно-каталитического
горения Скорее он является характеристикой
горения без светящегося пламени.
- Распространение
пламени в горючих смесях
Распространение волны горения
является одним из возможных режимов,
в котором могут протекать экзотермические
химические реакции. При распространении
волны горения исходное вещество, имеющее
сравнительно низкую начальную температуру,
отделено узкой зоной горения от продуктов
реакции, имеющих значительно более высокую
температуру. Зона горения, разделяющая
исходное вещество и продукты, перемещается
в сторону исходного вещества с некоторой
линейной скоростью, называемой нормальной
скоростью горения.
В волне горения протекают химические
реакции, приводящие к выделению тепла
и нагреву среды, происходит перенос тепла
и компонентов смеси благодаря процессам
теплопроводности, излучения, диффузии,
фильтрации и т. п.
Главной задачей теории распространения
волн горения является изучение стационарной
волны горения и выяснение условий, при
которых стационарный волновой режим
реакции может быть реализован. Важность
этих вопросов обусловлена наибольшей
распространенностью стационарного режима
и его значением в практических применениях.
В стационарном режиме волна
горения распространяется практически
с постоянной скоростью, причем постоянной
является не только скорость волны, остаются
неизменными также профили температуры
и концентраций компонентов (в системе
координат, связанной с волной горения).
Понятие о стационарной волне горения
по существу является приближенным, но
изменения скорости и структуры волны
горения за время ее распространения в
большинстве случаев столь незначительны,
что понятие стационарного режима приобретает
вполне реальный смысл.
Физическая картина процесса
стационарного распространения волны
горения состоит в следующем.
Поскольку скорость реакции
сильно увеличивается с температурой,
то там, где температура высока (адиабатическая
температура горения Тb обычно лежит в
пределах 1000-3000 К), химическое превращение
протекает с очень большой скоростью,
к примеру, за миллисекунды. В зоне интенсивного
химического превращения, расположенной
в области высоких температур, выделяется
тепло, которое благодаря процессу теплопроводности
передаётся в рядом лежащие слои холодного
вещества, нагревая их и ускоряя тем самым
там реакцию. В результате в среде происходит
распространение волны экзотермической
реакции. Кроме теплопроводности, в волне
горения происходит ещё диффузия компонентов
на расстояниях порядка толщины зоны горения
в случае горения газов и разные другие
процессы при горении гетерогенных систем.
- ОПАСНЫЕ И ВРЕДНЫЕ
ФАКТОРЫ ГОРЕНИЯ
- Опасные факторы
пожара
Пожар – это неконтролируемое
горение вне специального очага, наносящее
материальный вред и приводящее в отдельных
случаях к человеческим жертвам.
К опасным факторам пожара, воздействующим
на людей и материальные ценности, относятся:
- пламя и искры;
- тепловой поток;
- повышенная температура окружающей среды;
- повышенная концентрация токсичных продуктов
горения и термического разложения;
- пониженная концентрация кислорода;
- повышенная концентрация дыма на путях
эвакуации.
К вторичным последствиям воздействия
опасных факторов пожара на строительные
конструкции, технологическое оборудование
и действий по тушению пожара, наносящим
вред жизни и здоровью людей, материальным
ценностям, относятся:
осколки, части разрушившихся аппаратов,
агрегатов, установок, конструкций;
радиоактивные и токсичные вещества
и материалы, вышедшие из разрушенных
аппаратов и установок;
вынос высокого напряжения на токопроводящие
части конструкций, аппаратов, агрегатов;
опасные факторы взрыва, происшедшего
вследствие пожара;
воздействие огнетушащих веществ и действия
подразделений пожарной охраны по тушению
пожаров.
Одним из опасных факторов пожара является
пониженное содержание кислорода, так
как процесс горения происходит при интенсивном
поглощении кислорода. Поэтому в условиях
пожара может наступить кислородное голодание.
При содержании кислорода в воздухе 16–18%
наблюдается учащенное сердцебиение,
незначительное расстройство координации
движений; несколько снижается способность
мышления. При 9% содержания кислорода
в зоне дыхания наступает потеря сознания,
при 6% – смерть за минуты. Важно знать,
что человек не ощущает кислородного голодания
и не может принять мер к собственному
спасению. ПДУ содержания кислорода в
условиях пожара – 17%.
Очень опасным фактором пожара является
токсичный для человека оксид углерода
СО (окись углерода, или угарный газ). В
нормальных условиях СО представляет
горючий газ без цвета и запаха. Под воздействием
СО кровь теряет способность поглощать
кислород. ПДУ содержания СО – 0,1%. При
этом возникают головная боль, тошнота,
общее недомогание. Вдыхание воздуха с
0,5%-ным содержанием оксида углерода в
течение 20–30 мин приводит к смерти. При
вдыхании воздуха с содержанием 1% СО смерть
наступает через 1–2 мин.