горіння # 151; це складний фізико-хімічний процес, основою якого є швидка реакція окислення, яка супроводжується інтенсивним виділенням енергії у вигляді тепла і світлового випромінювання.
До реакцій горіння відносяться не тільки реакції взаємодії між горючими речовинами і киснем, а й інші окислювально-відновні реакції: взаємодія деяких речовин з галогенами, парами сірки, реакції розкладання вибухових речовин, деяких ендотермічних з'єднань, наприклад, ацетилену.
КЛАСИФІКАЦІЯ ПРОЦЕСІВ ГОРІННЯ
Процеси горіння класифікують по декількох ознаках:
1. По агрегатному стані компонентів горючої суміші в зоні горіння.
Як відомо, речовини можуть перебувати в трьох агрегатних станах: газоподібному, рідкому і твердому. Залежно від того, в якому агрегатному стані знаходяться компоненти горючої суміші в зоні горіння, розрізняють два види або режиму горіння: гомогенне. якщо обидва компонента знаходяться в зоні горіння в однаковій фазі (однаковому агрегатному стані), і гетерогенне. якщо компоненти горючої суміші в зоні горіння знаходяться в різних агрегатних станах.
У більшості випадків горіння є гомогенним. Прикладом гетерогенного, безпламенного горіння є горіння антрациту, коксу, а в умовах пожежі # 151; твердого вуглецевого залишку, який виходить при розкладанні твердих горючих матеріалів, наприклад деревини. В цьому випадку всі летючі продукти піролізу вже вигоріли і горіння відбувається безпосередньо на поверхні матеріалу.
2. За способом утворення горючої суміші.
Залежно від умов сумішоутворення компонентів і співвідношення швидкості хімічної реакції горіння і швидкості сумішоутворення розрізняють два характерних режиму горіння: кінетичний і дифузний. Визначальним у цьому випадку є те, яка з стадій в сумарній швидкості процесу горіння є лимитирующей: швидкість сумішоутворення або швидкість хімічного перетворення компонентів суміші в продукти горіння.
Повний час згоряння хімічно неоднорідної системи складається з часу, необхідного для виникнення фізичного контакту між горючою речовиною і киснем повітря, t ф і часу самої хімічної реакції t x.
На пожежі в основному зустрічається горіння заздалегідь незмішаних газів. Горюча суміш виходить в самій зоні горіння. Компоненти реакції надходять в зону взаємодії з різних середовищ, кожна з яких містить лише один з реагуючих компонентів. У цій ситуації взаємодія можлива тільки внаслідок перенесення реагуючих компонентів за рахунок дифузії через кордон розділу обох середовищ.
Час фізичного процесу дифузії кисню до пального речовини незрівнянно більше часу, необхідного для протікання хімічної реакції горіння. В цьому випадку
Якщо швидкість перенесення речовини менше швидкості реакції, то швидкість горіння визначається лише швидкістю масообміну (швидкістю дифузії кисню до пального речовини):
де j в # 151; концентрація окислювача в обсязі,
g # 151; коефіцієнт масопередачі.
У цьому випадку прийнято говорити, що реакція горіння протікає в дифузійної області, а саме горіння називається дифузійним.
Якщо вже є готова суміш, яка складається з горючого газу і окислювача, то горіння класифікується як кінетичне.
Термін «кінетичне горіння» введений внаслідок того, що швидкість процесу горіння залежить, в основному, від швидкості протікання хімічної реакції між горючою речовиною і окислювачем, тобто від кінетики відповідної реакції горіння. В цьому випадку сумарна швидкість процесу горіння лімітується тільки швидкістю (кінетикою) хімічної реакції.
Повний час згоряння хімічно однорідної системи приблизно дорівнює часу, яке витрачається на перебіг самої хімічної реакції.
Кінетичне горіння найбільш часто протікає на початковій стадії пожежі.
Якщо згоряння такої газоповітряної суміші відбувається в закритому або обмеженому просторі, воно набуває характеру вибуху. Вибуховою характер спостерігається тоді, коли виділяється при згорянні суміші енергія не встигає відводитися за межі даного обсягу, при цьому тиск зростає, що часто призводить до руйнування конструкцій.
3. За механізмом поширення горіння.
Після виникнення горіння фронт полум'я, або зона хімічної реакції, починає поширюватися по горючій суміші. Залежно від механізму поширення горіння по горючій суміші розрізняють два характерних режиму горіння: дефлаграційне і детонационное.
При відносно невеликих швидкостях (порівняно повільне поширення зони хімічних реакцій, зі швидкостями руху фронту полум'я по горючій суміші від 0,5 до 50 м / с) відбувається пошарове займання холодної газової суміші за рахунок її нагрівання від зони горіння. Це тепло і є причиною підтримки процесу горіння. Передача теплового імпульсу із зони горіння в холодну горючу суміш відбувається за рахунок процесу теплопровідності. Такий механізм називається дефлаграція.
Існує й інший механізм поширення горіння # 151; за рахунок швидкого адіабатичного стиснення горючої суміші. Такий механізм горіння називається детонацією.
Детонація може виникнути у вибуховій середовищі в разі її попереднього швидкого стиснення сильної ударною хвилею. Таку хвилю може створити зовнішній імпульс (наприклад згоряння вибухової речовини). Характерною особливістю ударного стиснення є сильне нагрівання газу (до 1500 # 151; 1700К). Горюча суміш, нагріта сильної ударною хвилею до такої температури, спалахує. Мимовільне виникнення детонації в палаючому газі, можливо при достатній швидкості поширення горіння # 151; більшої, ніж 500 м / с, в той час як нормальна швидкість поширення полум'я не перевищує 10 м / с.
4. За газодинамическому режиму горіння.
Важливою характеристикою гомогенного горіння є газодинамічне стан компонентів горючої суміші в зоні реакції, яке залежить від інтенсивності надходження компонентів горючої суміші в зону реакції.
Якщо компоненти горючої суміші надходять в зону реакції повільно, по законам молекулярної або слабкою конвекционной дифузії, то процес горіння є ламінарним. При ламінарному режимі горіння швидкість і напрямок окремих частин газового потоку практично однакові.
Якщо потоки горючого газу і окислювача або готової горючої суміші надходять інтенсивно, то режим горіння буде турбулентним. тобто з інтенсивними завихреннями, перемішуванням продуктів горіння з вихідної сумішшю, відривом зони горіння від основного факела полум'я.
Параметром, який характеризує газодинамический режим горіння, є критерій Рейнольдса # 151; Re. Так, у разі горіння суміші в трубі, якщо Re <2300, то пламя относится к ламинарному, если 2300