Дефлаграціонним механізм поширення полум'я.
Швидкість поширення полум'я є однією з найважливіших характеристик пожежовибухонебезпеки речовин і матеріалів.
Вибух є наслідком бистропротекающих фізичних або хімічних процесів, що супроводжуються переходом внутрішньої енергії системи в роботу розширюються продуктів вибуху.
Залежно від механізму протікають при цьому процесів розрізняють фізичний і хімічний вибух.
Фізичний вибух протікає без хімічних перетворень і підпорядковується фізичним, в основному, газодинамічних законам. До фізичних вибухів відносяться вибухи парових котлів та посудин з високим внутрішнім тиском.
Хімічний вибух виникає результатом бистропротекающих хімічних реакцій.
Однак при реальних пожежах горіння в газовій фазі є найбільш важливим видом горіння, тому що стосується не тільки горіння горючих газів, а й горіння горючих рідин і твердих речовин, які перед безпосереднім вступом в реакцію окислення випаровуються або термічно розкладаються з утворенням газоподібних горючих продуктів, розглянемо докладніше поширення полум'я в газовій фазі.
Поширення полум'я по горючій середовищі, при якому зона реакції горіння рухається внаслідок пошарового розігріву за механізмом теплопровідності, називається нормальним або дефлаграціонним горінням. Механізм дефлаграціонним горіння був вивчений одним з основоположників теорії горіння В.А.Міхельсоном.
Дефлаграцію можна розглядати як перехідний режим від горіння до вибуху.
Поширення полум'я може відбуватися не тільки за механізмом дефлаграції. При певних умовах дефлаграція може перейти у вибух.
При наявності факторів, що обурюють (наприклад, при вимушеному русі горючого середовища, за рахунок сили тяжіння і тертя) форма полум'я буде викривлятися, при цьому величина поверхні фронту полум'я буде різко зростати, що призводить до різкого зростання сумарної швидкості горіння. Викривлення поверхні полум'я є наслідком турбулізації згорає газу. При сильній турбулізації малі елементарні ділянки горючої суміші перемішані з гарячими продуктами горіння і фронт полум'я вже не поділяє палаючу і холодну горючу суміш. Пошарове поширення зони горіння відбувається нагріванням наступних шарів горючої суміші за рахунок швидкого адіабатичного стиснення, що приводить до виникнення ударної хвилі. Такий механізм горіння називається вибухом.
Якщо дефлаграційне полум'я поширюється з невеликою швидкістю, порядку декількох метрів або десятків метрів в секунду, то швидкість детонаційного горіння значно вище - сотні метрів в секунду і може досягати швидкості звуку. Створюються умови для виникнення вибуху.
Вибух - це режим горіння, при якому фронт полум'я поширюється за рахунок самозаймання горючої суміші у фронті біжить попереду ударною хвилею.
Детально про виникнення ударних хвиль і детонації ми розглянемо в розділі 3 нашого курсу.
Зараз розглянемо лише деякі відмінності в поширенні полум'я при дефлаграції і детонації. Під час вибуху газоподібних горючих сумішей товщина шару, в якому відбуваються хімічні перетворення, значно ширше, ніж при дефлаграційне режимі горіння і вимірюється величиною від декількох міліметрів до декількох сантиметрів. У той же час в газових сумішах детонаційної фронт не є гладким. Негладку фронту в газах є результатом неоднорідностей і турбулентності, взнікает в зоні хімічної реакції, що призводить до пульсуючому режиму поширення детонаційного фронту.
Швидкість поширення полум'я при вибуху цілком і повністю буде визначатися швидкістю поширення ударної хвилі D:
Швидкість поширення ударної хвилі в реальних горючих газових системах може перевищувати 1 км / с. Досвід показує, що для водню, наприклад, D = 2820 м / с.
Величезний професійний інтерес для пожежних фахівців представляє явище самовільного виникнення вибуху. Воно стає можливим при швидкості поширення полум'я порядку тисяч м / с.
Як і дефлаграція, детонація газових систем можлива тільки в певній галузі концентрацій пального і окислювача, причому завжди в області запалення (про це докладно в наступних лекціях).
Кількість горючих речовин, здатних утворювати взривооопасние суміші, досить велике, причому здатність їх до вибуху підвищується в сумішах з киснем. Наслідки вибуху завжди катастрофічні.