Дефлаграционное (взрывное) горение

Нормальное горение неустойчиво и в закрытом пространстве склонно к самоускорению. Причинойэтому является искривление фронта пламени вследствие трения газа о стенки сосуда и изменения давления в смеси.

Рассмотрим процесс распространения пламени в трубе (рис. 20).

Рис. 20. Схема возникновения взрывного горения.

I.Сначала у открытого конца трубы пламя распространяется с нормаль-ной скоростью, а). т.к. продукты горения свободно расширяются и выходят наружу, б). Давление смеси не изменяется. Длительность равномерного распространения пламени зависит от а). диаметра трубы, б). рода горючего и его с). концентрации.

II.По мере продвижения фронта пламени внутрь трубы продукты реакции, имея больший объем по сравнению с исходной смесью, не успевают выходить наружу и их давление возрастает. Это давление начинает давить во все стороны, и поэтому впереди фронта пламени исходная смесь начинает двигаться в сторону распространения пламени. Прилегающие к стенкам слои тормозятся. Наибольшую скорость имеет пламя в центре трубы, меньшую – у стенок (из-за теплоотвода в них). Поэтому фронт пламени вытягивается в сторону распространения пламени, а поверхность его увеличивается. Пропорционально этому увеличивается количество сгораемой смеси в единицу времени, которое влечет за собой возрастание давления, а то в свою очередь – увеличивает скорость движения газа и т.д. Таким образом, происходит лавинообразное повышение скорости распространенияпламени до сотен метров в секунду.

Процесс распространения пламени по горючей газовой смеси, при котором самоускоряющаяся реакция горения распространяется вследствие разогрева путем теплопроводности от соседнего слоя продуктов реакции, называется дефлаграцией. Обычно скорости дефлаграционного горения дозвуковые, т.е. менее 333 м/с.

4.6. Детонационное горение.

Если рассматривать сгорание горючей смеси послойно, то в результате термического расширения объема продуктов сгорания каждый раз впереди фронта пламени возникает волна сжатия. Каждая последующая волна, двига-ясь по более плотной среде, догоняет предыдущую и накладывается на нее. Постепенно эти волны соединяются в одну ударную волну (рис. 21).

Рис. 21. Схема образования де-тонационной волны: Р_о< Р₁ < Р₂ < Р₃ < Р₄ < Р₅ < Р₆ < Р₇; 1-7 – нарастание давления в слоях с 1-го по 7-ой.

В ударной волне в результате а).адиабатического сжатия в). мгновенно увеличивается плотность газов и с). повышается температура доТ⁰ самовоспламенения. В результате происходит зажигание горючей смеси ударной волной и возникает детонация – распространение горения путем воспламенения ударной волной. Детонационная волна не гаснет, т.к. подпитывается ударными волнами от движущегося вслед за ней пламени.

Особенность детонации – она происходит с определенной для каждого состава смеси сверхзвуковой скоростью 1000-9000 м/с, поэтому является физической константой смеси. Она зависит только от калорийности горючей смеси и теплоемкости продуктов сгорания.

Встреча ударной волны с препятствием ведет к образованию отражен-ной ударной волны и еще большему давлению.

Детонация – самый опасный вид распространения пламени, т.к. имеет максимальную мощность взрыва (N=A/t) и огромную скорость. Практически «обезвредить» детонацию можно лишь на преддетонационном участке, т.е. на расстоянии от точки зажигания до места возникновения детонационного горения. Для газов длина этого участка от 1 до 10 м.

Тема 5. ПОКАЗАТЕЛИ ПОЖАРОВЗРЫВООПАСНОСТИ ВЕЩЕСТВ.

Пожаровзрывоопасность веществ и материалов определяется показате-лями, выбор которых зависит от агрегатного состояния вещества и условий его применения.Показатели представляют собой критические условия (по составу смеси, давлению, температуре и т.п.) возникновения и распространения пламени.

Условия применения горючего означают, в основном, возможность возникновения взрыва (при кинетическом горении) либо пожара (при диффузиионном горении).

Виды и области применения пожаровзрывоопасности веществ в воз-душной среде установлены ГОСТом 12.1.044-89 ССБТ «Пожаровзрывоопас-ность веществ и материалов. Номенклатура показателей и методы их опреде-ления».