Условия протекания процессов горения и взрыва

Горение можно классифицировать по следующим параметрам:

1. По условию смесеобразования горючих компонентов:

а) кинетическое; б) диффузионное.

2. По интенсивности поступления горючих компонентов в зону химической реакции:

а) ламинарное; б) турбулентное.

3. По агрегатному состоянию компонентов горючей смеси:

а) гомогенное; б) гетерогенное.

4. По скорости распространения зоны химической реакции горения:

а) дефлаграционное; б) детонационное.

Пространство, в котором сгорают пары или газы, называется пламенем. После возникновения процесса горения источником дальнейшего развития является сама зона горения, в которой происходит интенсивное выделение тепла. Это тепло идет непосредственно для поддержания процесса горения. Таким образом, процесс горения можно представить, как непрерывное последовательное воспламенение и сгорание все новых и новых порций горючей смеси.

В зависимости от скорости и механизма распространения зоны химической реакции горения (пламени) по горючей смеси можно выделить два режима горения:

- дефлаграционное (медленное) распространение зоны химической реакции (скорость от 0,5 до 50 м/с);

- детонационное (взрывное), когда зона химической реакции горения распространяется со скоростью ударной волны (от нескольких сотен метров в секунду до нескольких километров в секунду).

В условиях пожара горение в основном протекает в дефлаграционном режиме. Детонационное горение встречается редко (взрывы паро-, газо-, пылевоздушных смесей).

В зависимости от агрегатного состояния компонентов горючей смеси (горючего и окислителя), поступающих в зону горения, различают два вида или режима горения:

 - гомогенное горение - горючее и окислитель находятся в одинаковом агрегатном состоянии (газообразном);

 

-  гетерогенное (разнофазное) - горючее и окислитель находятся в различных агрегатных состояниях.

В зависимости от условий образования горючей смеси и соотношения скорости реакции горения и скорости образования горючей смеси различают два режима горения:

- кинетическое - горение предварительно перемешанных газо- или паровоздушных смесей. Так как смесь горючего и окислителя готова к горению до момента ее воспламенения, то суммарная скорость процесса горения зависит только от скорости химической реакции горения. Если такое горение будет происходить в замкнутом или ограниченном объеме, то тогда может произойти взрыв. Так как энергия, выделяющаяся при сгорании смеси, не успевает отводиться за пределы данного объема, за счет увеличения давления возможно разрушение конструкций;

- диффузионным горением называется горение, когда образование горючей среды (смешение горючего и окислителя) происходит перед зоной горения или в зоне горения.

 В зависимости от скорости поступления компонентов горючей смеси в зону горения различают ламинарный и турбулентный режимы горения.

Если компоненты горючей смеси поступают в зону горения сравнительно спокойно, то такое горение называется ламинарным.

Количественным критерием, характеризующим термодинамический режим течения жидкостей или газов, является число Рейнольдса (Re). Число Рейнольдса характеризует соотношение между силами инерции и силами трения в потоке: 

Re = ρνL/μ,

где ρ – плотность жидкости или газа;      

ν – средняя скорость потока жидкости или газа;      

μ – коэффициент динамической вязкости;      

L – характерный линейный размер поверхности жидкости или газа.

При течении жидкости или газа внутри трубы L – это диаметр трубы. В случае пожара величину L можно определить как диагональ площади горения.

При небольших значениях критерия Re течение жидкостей или газов носит ламинарный характер, при больших значениях – турбулентный.

Значение критерия Рейнольдса, характеризующего переход от ламинарного к турбулентному режиму, составляет 2300. При наличии ламинарного течения численное значение критерия Рейнольдса будет значительно меньше критического (Re<2300). Если компоненты горючей смеси поступают в зону горения с большой скоростью, то такое горение называется турбулентным. Число Рейнольдса в этом случае будет больше 2300. Турбулентность увеличивает скорость горения из-за более интенсивной передачи тепла от продуктов горения в свежую смесь.

В зависимости от скорости распространения пламени кинетическое горение подразделяется на:

- нормальное горение. Скорость такого горения находится в пределах единиц м/с. Распространение пламени в этом случае происходит при отсутствии внешних возмущений (турбулентности, либо резкого различия в давлении газов). Процесс горения и его скорость зависят только от природы горючего вещества (теплового эффекта, коэффициентов теплопроводности и диффузии). Поэтому для вещества определенного состава скорость горения является строго определенной величиной и составляет 0,3 – 3,0 м/с.;

- взрывное дефлаграционное горение. Скорость горения составляет десятки м/с. Примером такого горения служит горение порохов. В закрытом пространстве нормальное горение может переходить в дефлаграционное. Причиной такого перехода может быть развитие турбулентности, например, в результате трения газа о стенки сосуда, что приводит к изменению давления смеси. Последнее усиливает турбулентность, что еще более изменяет давление. Таким образом, происходит лавинообразное повышение скорости распространения пламени до сотен метров в секунду. Такое ускорение горения называется дефлаграцией. Скорости такого горения, как правило, дозвуковые, т.е. менее 333 м/с;

- взрывное детонационное горение. Скорость горения составляет тысячи м/с. Примером служит детонация взрывчатых веществ. Столь высокие скорости горения приводят к быстрому увеличению объема продуктов горения. Вследствие этого, впереди фронта пламени возникает волна сжатия. Каждая последующая волна догоняет предыдущую и накладывается на нее. В результате эти волны соединяются в одну ударную волну, которая как раз и является отличительным признаком детонационного горения.