Классификация видов горения

Горючие вещества и материалы в природе находятся в различных агрегатных состояниях: газообразном, жидком, твёрдом. Следовательно, процесс горения каждого из них имеет отличительные особенности.

В зависимости от агрегатного состояния компонентов и горючей среды горение может быть гомогенным или гетерогенным.

При гомогенном горении – горючие вещества представляют собой газ или пар, поднимающийся с поверхности жидкости, а также продукты пиролиза, выделяющиеся в процессе нагревания ряда горючих веществ и материалов, т. е. окислитель (например, кислород воздуха) и горючее вещество находятся в одинаковом агрегатном состоянии.

При гетерогенном (разнофазном) горении – окислитель газообразен, горючее вещество твердое, следовательно, процесс горения происходит на границе раздела фаз твердое тело – газ.

В зависимости от условий образования горючей смеси и состояния скорости химических реакций горения и скорости смесеобразования различают два режима горения: кинетическое и диффузионное.

Определяющим в этом случае является вопрос о том, какая из стадий является лимитирующей в суммарной скорости процесса горения: скорость смесеобразования (диффузионное горение) или скорость химического превращения горючей смеси в продукты горения (кинетическое горение). Горение предварительно равномерно перемешанных газо-паро-пылевоздушных смесей всегда происходит в кинетическом режиме. В данном случае смесь существует ещё до момента воспламенения, а суммарная скорость процесса горения лимитируется только скоростью (кинетикой) химических реакций окисления и скоростью перемещения зоны горения по смеси. Если горение такой смеси происходит в замкнутом объёме, то оно носит характер взрыва, так как энергия, выделяющаяся при сгорании смеси не успевает отводиться за пределы рассматриваемого объёма, давление возрастает и приводит к разрушению конструкций. Если компоненты горючей среды смешиваются непосредственно перед зоной горения или в самой зоне, то наблюдается диффузионно-кинетический режим горения. Это зависит от интенсивности смешения, степени равномерности и пропорций смешения горючих компонентов. Так, при пожаре на устье газового факела, при истечении газа под большим давлением смесеобразование газа с воздухом перед факелом пламени будет столь интенсивным и равномерным, что горение будет почти полностью кинетическим. Горение нефти в резервуарах или древесины будет диффузионным, а скорость реакции горения будет зависеть от скорости диффузии кислорода к горючему веществу.

В зависимости от газодинамического режима горение бывает: ламинарное и турбулентное, оно характеризуется интенсивностью поступления компонентов горючей смеси в зону горения.

Если компоненты поступают в зону горения сравнительно «спокойно» по законам молекулярной или конвективной диффузии и численное значение критерия Рейнольдса (Re) значительно меньше критического (Re < 2300), то процесс горения – ламинарный.

Если численное значение критерия Рейнольдса будет близким к критическому или находиться в переходной области (2300 < Re < 100000), то процесс горения будет турбулентным.

Турбулентное пламя отличается от ламинарного тем, что не имеет четких очертаний и постоянного положения зонта пламени. Температура его при горении нефтепродуктов составляет: 1200 ⁰С для бензина; 1100 ⁰С для керосина тракторного, дизельного топлива, сырой нефти; 1000 ⁰С для мазута. При горении древесины в штабелях температура турбулентного пламени составляет 1200-1300 ⁰С.

В зависимости от соотношения горючего и окислителя, состава продуктов горения различают полное и неполное сгорание.

При недостатке окислителя происходит неполное выгорание горючего вещества. Продукты неполного сгорания усугубляют опасные факторы пожара.

В зависимости от механизма распространения зоны химических реакций горения по горючей смеси различают два характерных режима горения: дефлаграционное (сравнительно медленное распространение зоны химических реакций, со скоростью движения тепловой волны по горючей смеси от 0,5 до 50 м/с) и детонационное горение (распространяется со скоростью ударной волны, т. е. от нескольких сот метров в секунду до нескольких километров в секунду). В условиях пожара горение протекает только в дефлаграционном режиме. Детонационное горение в виде взрыва горючих газовых смесей встречается чрезвычайно редко.