Возникновение горения под воздействием источника зажигания. Процесс горения и виды горения: вспышка, воспламенение, самовоспламенение, самовозгорание и взрыв

Процесс воспламенения

из "Горение и свойства горючих веществ"

Воспламенением называется процесс возникновения горения, происходящий в результате нагрева части горючего вещества источником воспламенения. При этод температура всей остальной массы горючего вещества остается первоначальной. Воспламенение иначе называют вынужденным воспламенением, возгоранием, зажиганием.
Причиной воспламенения может быть не только теплота, излучаемая нагретым, раскаленным или горящим телом, но и эквивалентное по мощности выделения теплоты в результате механической работы, химической реакции, при электрическом процессе и др. Однако воспламенение при соприкосновении с нагретым телом наиболее распространенный случай воспламенения.
Физическая сущность процесса воспламенения та же, что и самовоспламенения, так как условия самоускоре-ния реакции окисления у них одни и те же. Основное различие между ними заключается в том, что процесс воспламенения пространственно ограничен частью объема горючего вещества, в то время как процесс самовоспламенения происходит во всем его объеме. В связи с этим при воспламенении удельная поверхность теплоотвода горючего вещества обычно выше, чем при самовоспламенении, и ускорение реакции окисления начинается при более высокой температуре по сравнению с температурой самовоспламенения.
В соответствии с тепловой теорией самовоспламенения, дальнейшее уменьшение диаметра накаленных шариков должно привести к тому, что при некотором очень малом диаметре они не смогут воспламенить газовую смесь.
температура зажигания становится равной температуре самовоспламенения.
Повышая температуру тела, можно найти такую температуру Гг, при которой температура смеси около тела понижаться не будет, и кривая температур примет вид Г2Л2. Если еще повысить температуру, то температура горючей смеси вследствие большой скорости выделения тепла не сможет быть постоянной и начнет быстро возрастать (по мере удаления от тела) до тех пор, пока не произойдет воспламенение (кривая Т А на рис. 17, в). Таким образом, температура Гг является для этих условий предельной температурой, т. е. температурой зажигания, и по своей природе аналогична температуре самовоспламенения.
Механизм воспламенения от искр, образующихся при ударе металла о металл, металла о камень и т. д., ничем не отличается от рассмотренного.
Опытами установлено, что при трении стали о сталь образуются искры, способные воспламенить смеси воздуха с водородом, сероуглеродом, ацетиленом, сероводородом, коксовым газом и некоторыми другими веществами. Трение алюминиевых сплавов по стальным, покрытым ржавчиной поверхностям вызывает воспламенение всех известных взрывоопасных газовых смесей.
Из твердых горючих веществ наиболее подвержены воспламенению от искр волокнистые и мелкораздробленные материалы хлопок, войлок, ткань, сено, мякина, шерсть и др. Все они имеют малую теплопроводность и большую поверхность, что способствует сохранению тепловой энергии искры в небольшом объеме горючего вещества и быстрому нагреву его.
представляющее собой нагретые газы, является мощным тепловым источником воспламенения не только газообразных веществ, но и твердых.

Лекция 14

ПОЖАРОБЕЗОПАСНОСТЬ

1.Общие сведения о процессе горения

Основные определения

Виды горения

Процесс возникновения горения

Основные показатели пожароопасности веществ

Классификация веществ по пожароопасности

2. Основные источники возникновения пожаров на предприятии, при транспортировке и хранении сжиженных газов и ГЭИ. Оценка пожарной опасности промышленных предприятий.

3. Классификация производств и зон по пожаро- и взрывоопасности

Мероприятия по пожарной профилактике. П.п. производственных зданий.

1. Общие сведения о процессе горения

Основные определения

Пожар - неконтролируемое горение вне специального очага, наносящих материальный ущерб (стандартное определение).

Для людей при пожаре опасными факторами являются:

открытый огонь, искры, повышенная температура воздуха и предметов;

лучистые потоки энергии, повышение температуры среды, вдыхание горячего воздуха, поражение и некроз верхних дыхательных путей

токсичные продукты горения, дым, обеднение воздуха кислородом

потеря видимости из-за задымления

обрушение зданий и их элементов, установок, оборудования

Токсичные вещества, образующиеся при пожаре обусловлены химическим составом сгорающего вещества: волос, кожа, ткани, шерсть - неприятно пахнущие продукты, цианистые соединения, содержащие соду, альдегиды, кетоны, Каучук, резина - изопрен, углеводороды, лаки, продукты, содержащие нейроцеллюлоид - СО, N 2 O,HCN, Пластмассы, целлулоид - СО,N 2 O, цианиды, формальдегиды, фенол, фторфосин, аммиак, ацетон, стирол и др. являются высокотоксичными соединениями.

Загорание - горение, не причинившее материального ущерба.

У человека, получившего ожоги IIстепени более 30% площади тела мало шансов выжить (без оказания специализированной медицинской помощи). Время получения ожоговIIстепени:

26 с при t  = 71  C

15c при t  = 100С

7с при t= 176С.

Исследования, проведенные в Канаде, показали, что во влажной среде, типичной для пожара, IIстепени ожога вызываетt= 55С при воздействии в течение 28с и 70С - в течение 1 с.

Так, при пожаре в универмаге «Инвацион» в г. Брюсселе за 10 мин пожара погибло 350 и было ранено 150 человек. За это время большой универмаг, по площади занимающий целый гектар, превратился в костер.

1.2. Виды горения

Горение - быстро протекающая химическая реакция (чаще всего окисление), сопровождающаяся выделением большого количества теплоты и обычно ярким свечением (пламенем).

Для горения необходимо наличие 3-х факторов:

окислителя (обычно О 2 , также Сl,F,Br,I,NOX)

горючего вещества

источника загорания (т.е. начало импульса).

В зависимости от свойств и состава горючего вещества различают:

А. Гомогенное горение (одинаковый агрегатный состав, например, газы)

Б. Гетерогенное горение (например, твердое вещество и жидкость).

В зависимости от скорости распространения пламениразличают:

А. Дефлаграционное (свойственно пожарам)

Б. Взрывное 100 м/с

В. Детонационное 1000 м/с5000 м/с

В зависимости от условий образования горючей смеси:

Диффузионное горение - характеризуется тем, что образование горючей смеси происходит в процессе горения в результате диффузии кислорода в зону горения. Например, горение жидкости с открытой поверхности или газов, выходящих через неплотности оборудования

Дефлаграционное горение - это диффузионное горение.

Кинетическое горение соответствует взрывному горению. В этом случае горючее вещество и кислород поступают в зону горения предварительно смешанными. Определяющим фактором является скорость химической реакции окисления между окислителем и горючем веществе, происходящей во фронте пламени. Если процесс кинетического горения происходит в замкнутом объеме, то давление в этом объеме повышается, температура продуктов горения увеличивается.

По соотношению горючего и окислителя выделяют:

А. Горение бедных горючих смесей (в субъекте - окислитель, горение лимитируется соединением горючего компонента).

Б. Горение богатых горючих смесей - соответственно наоборот - горючее лимитирует содержание окислителя (содержит горбчего выше стеклометрического соотношения компонентов).

Возникновение горения связано с обязательным самоускорением реакции. Существует 3 вида самоускорения:

тепловой: при условии аккумуляции теплоты в системе повышается температура, что приводит к ускорению химических реакций;

цепной: связан с катализом химических превращений промежуточными продуктами реакций, обладает особой химической активностью (активные центры). (т.е. химический процесс происходит не путем непосредственного взаимодействия исходных молекул, а с помощью осколков, образующихся при распаде этих молекул).

Реальные процессы горения обычно осуществляются по комбинированному цепочно-тепловому механизму.

1.3 Виды процесса возникновения горения

Вспышка - быстрое (практически мгновенное) сгорание горючих смесей, не сопровождающиеся образованием сжатых газов.

Возгорание -возникновение горения под воздействием источника зажигания (сttвоспламенения или самовозгорания)

Воспламенение - возгорание, сопровождающееся появлением пламени.

Самовозгорание - резкое увеличение скорости экзотермических реакций, приводящих к горению вещества (смеси) при отсутствии источника зажигания. Это может происходить и при температуре окружающей средытемпературы воспламенения. Такая возможность обусловлена склонностью веществ к окислению и условиями аккумуляции в них теплоты, выделяющейся при окислении. Таким образом, при самовозгорании имеется как бы внутренний импульс.

В зависимости от импульса процессы самовозгорания делятся на:

тепловые,

микробиологические,

химические.

Тепловое самовозгорание/самовоспламенение происходит в результате продолжительного действия незначительного источника тепла. При этом вещества разлагаются, адсорбируются и в результате действия окислительных процессов самовозгораются. Так приt100С к самовозгоранию склонны древесные опилки, ДВП, паркет.

Химическое самовозгорание/самовоспламенение происходит от воздействия на вещества кислорода воздуха, воды или от взаимодействия веществ. (Пожары от самовозгорания промасленной ветоши, спецодежды, ваты, а иногда даже металлических стружек).

О склонности масла или жира к самовозгоранию можно судить по его йодному числу (количество I2, поглощенное 100 г испытываемого масла или жира).

Чем выше йодное число, тем ниже температура самовозгорания, тем опаснее вещество.

Микробиологическое самовозгорание - при соответственной влажности и температуре в растительных продуктах при интенсификации жизнедеятельности организмов (образуется грибок - так называемый паутинный глет), которое вызывает повышение температуры.

(Для предотвращения - регулярный контроль температуры и влажности, ограничение влажности и температуры

Самовоспламенение - самовозгорание, сопровождающееся появлением пламени.

Взрыв - чрезвычайно быстрое химическое превращение, сопровождающееся выделением энергии и сжатых газов, способных производить работу.

Детонация - передача теплоты от слоя к слою происходит за счет распространения ударной волны.

При оценке пожарной опасности веществ необходимо учитывать их агрегатное состояние.

Поскольку горение идет обычно в газовой среде, в качестве показателей пожарной безопасности (ПБ) необходимо учитывать условия, при которых образуется достаточное для горения количество газообразных продуктов.

ГОРЕНИЕ - сложный физико-химический процесс взаимодействия горючего вещества и окислителя, харак-ся само ускоряющимся превращением и сопровождается выделением большого кол-ва тепла.

ПОЖАР - неконтролируемое горение, причиняющие материальный ущерб, вред жизни и здоровью граждан, интересам общества и государства.

ВЗРЫВ - бысторое превращение вещества(взрывное горение), сопровождающееся выделением энергии и образованием сжатых газов, способных произвести работу.

ВОСПЛАМЕНЕНИЕ - начало пламенного горения под воздействием источника зажигания.

САМОВОЗГОРАНИЕ - возгорание в результате само инициирующихся экзотермических процессов.

САМОВОСПЛАМЕНЕНИЕ - самовозгорание, сопровождающееся пламенем.

ТЛЕНИЕ - беспламенное горение

Горение представляет собой процесс окисления или взаимодействия горючего вещества с кислородом воздуха. Окислителями в процессе могут быть - хлор, бром. Азотная кислота, бертолетова соль, пероксид натрия и некоторые другие вещества.

Для возникновения и развития процесса горения необходимы горючее вещество, окислитель и источник зажигания. Состояние горючих веществ может быть гомогенным и гетерогенным. Гомогенное - компоненты в основном в газообразном состоянии - кинетическое горение. Если компоненты перемешены, то - диффузное горение. Горение хар-ое границами раздела фаз - гетерогенное. Горение по скорости: дефлаграционное (несколько м/c), детонационное(тысяч м/c), взрывное (неск сот м/с).

Горение может быть в двух режимах: самовоспламенение, заключающееся в самопроизвольном возникновении пламенного горения предварительно нагретой до некоторой критической температуры горения смеси (называемой температурой самовоспламенения) и появляющегося в одновременном (в виде вспышки) сгорании всей горючей смеси, и в режиме распространения волны горения ()распространения фронта пламени по холодной смеси при ее локальном зажигании (воспламенении) внешним источником.

Пламя - видимая зона горения, в которой наблюдается свечение и излучение тепла.оно само становиться источником тепла и химически активных частиц в прилегающие слои свежей горючей смеси Ю за счет чего обеспечивается перемещение фронта пламени.

Важнейшей особенностью процесса горения является само ускоряющийся характер химического превращения, переходящего в реакцию горения. Такой процесс возникновения горения называется самовоспламенением. Самовоспламенение может быть тепловое и цепное.

ТЕПЛОВОЕ- причина ускорения реакции, окисления и возникновения горения является превращение скорости скорости выделения тепла над скоростью теплоотвода, а при ЦЕПНОМ -превышение вероятности разветвления цепей над вероятностью их обрывов. Температура самовоспламенения - показывает при какой тем-ре вещество воспламеняется без -tсам - наименьшая температура вещ-ва или его смеси с воз-ом при которой происходит резкое увеличение скорости экзотермических реакций приводит к воспламенению(возгорание происходит) без источника воспламенения.

Tсам- один из самых важных показателей пожарооп, газов, жидк-ей и пылей, показать использ-ся для классиф-ии газов и паров по группам взрывоопас для выбора типа взрывозащищенного электрооборудования, а так же для опред-го максимально допустимую температуру нагрева пов-ти технологического оборудования.

T сам зависит от:

• - химического строения вещества
• - состава(наличие примесей)
• -наличие положительных или отриц-ых катализ-ов.

теории механизмов само ускоряющихся превращений при горении:

Тепловоге воспламенения химически однородной горючей смеси, находящейся в сосуде объемом V.

При низкой температуре T0 реакция между горючим и окислителем практически не протекает - отсутствие активных молекул. Для того чтоб они появились - нужно горючую смесь нагреть жо более высокой температуры T1. возникшая при этом реакция окисления сопр-ся выделением тепла, за счет чего горючая смесь нагревается. Скорость выделения тепла q будет пропорциональна скорости реакции окисления и теплоте сгорания смеси:

q1 = QVk0C(в степени v) e (в степени E/RT1)

Q- теплота сгорания горючего вещества

V- объем горючей смеси

k0 - предэкспоненц множитель

C- концентрация горючего в смеси.

v- суммарный порядок реакции

Е- энергия активации.

Однако как только температура смеси горючей превысит температуру стенок сосуда и внешней среды Т1 и поднимиться до Т2 возникнет теплоотвод от горючей смеси к стенкам сосуда(температура пов-ти технологического оборуд-ия не должно превышать 80% стандартной температуры самовоспламенения, она отличается заметно от стандартной) и далее к внешней среде. Скорость теплоотвода q2 можно посчитать пропорциональной разности температур горючей смеси и стенок сосуда:

б- коэффициент теплоотдачи от горючей смеси к стенкам сосуда, S- общая поверхность стенок сосуда, Т1-ТЕМПЕРАТУРА СТЕНОК; Т2- температура горючей смеси.

При создавшейся разности температур дальнейший нагрев горючей смеси будет зависеть от отношения скоростей теплоотвода и тепловыделения. Если q1>q2 горючая смесь, окисляясь, будет само разогреваться до возникновения горения. Если q1=q2 то горения не будет.

В области низких тем-р газ нагревается до тем-ры стенки. Если тем-ра стенки снизится, то тем-ра смеси пойдет вниз. После точки С тем-ра выше, то начинается прогрессирующее саморазогревание смеси, которое может закончиться самовоспламенением.

Вещества имеющие тем-ру воспламенения меньше +50 С называются - самовозгорающимися (самая опасная группа веществ). Тепло не надо подводить, чтобы ускорить реакцию, реакции окисления идут с такой скоростью, что они могут закончиться пламенным горением.

В зависимости от природы:

• - тепловые
• -химическое
• -микробиологическое самовозгорание

Чем ниже температура самовозгорание, тем опаснее вещество.

При температуре стенки и начальной температуру горючей смеси Т0"" q1>q2, происходит самовозгорание, при температуре стенки Т0" само разогрев горючей смеси происходит только до температуры Т(точка А) q1=q2 - нагревание невозможно выше этой температуры. q1

Определяется температура самовоспламенения определяется экспериментально при н.у (давлении, стехиометрической концентрации горючих газов или паров в воздухе) . при цепном воспламенении причиной ускорения реакции окисления является превышение скорости разветвления цепей над скоростью их образования.

Чисто цепное самовоспламенение - давольно редкое явление, протекает при низких давлениях ниже 0.1МПа, когда отсутствует заметный разогрев за счет реакции и его влияние на само ускорение реакции.

q1=q2 - положение неустойчивого равновесия

q1>q2 скорость тепло прихода меньше скорости теплоотвода (все тепло опасности нет)

q1

УСЛОВИЕ ВОЗНИКНОВЕНИЯ САМОВОЗГОРАНИЯ

• - развитая поверхность окисления
• - способность вещ-ва окисл с заметной скоростью при низкой температуре.
• - малая теплоотдача в окр среду.

ВЕЩЕСТВА СКЛОННЫЕ К САМОВОЗГОРАНИЮ:

• 1) растительного происхождения (сено, хлопок, опилки).
• 2) Ископаемые (уголь, торф).
• 3) Масла и жиры, а так же промасленные материалы.
• 4) Химические вещества, воспламеняющиеся при соприкосновении с воздухом.

Микробиологическое самовозгорание - микроорганизмы, деятельность которых сопровождается выделением тепла, тем-ра может подниматься до 50-60С вплоть до температуры самовозгорания. У микроорганизмов - особенность если тем-ра повыситься до 70 С а самовозгорания не произошло, то микроорганизмы погибают.

Горение – одно из интереснейших и жизненно необходимых для людей явлений природы. Горение является полезным для человека до тех пор, пока оно не выходит из подчинения его разумной воле. В противном случае оно может привести к пожару. Пожар - это неконтролируемое горение, причиняющее материальный ущерб, вред жизни и здоровью граждан, интересам общества и государства. Для предотвращения пожара и его ликвидации необходимы знания о процессе горения.

Горение – это химическая реакция окисления, сопровождающаяся выделением тепла. Для возникновения горения необходимо наличие горючего вещества, окислителя и источника зажигания.

Горючее вещество – это всякое твёрдое, жидкое или газообразное вещество, способное окисляться с выделением тепла.

Окислителями могут быть хлор, фтор, бром, йод, окислы азота и другие вещества. В большинстве случаев при пожаре окисление горючих веществ происходит кислородом воздуха.

Источник зажигания обеспечивает энергетическое воздействие на горючее вещество и окислитель, приводящее к возникновению горения. Источники зажигания принято делить на открытые (светящиеся) – молния, пламя, искры, накалённые предметы, световое излучение; и скрытые (несветящиеся) – тепло химических реакций, микробиологические процессы, адиабатическое сжатие, трение, удары и т. п. Они имеют различную температуру пламени и нагрева. Всякий источник зажигания должен иметь достаточный запас теплоты или энергии, передаваемой реагирующим веществам. Поэтому на процесс возникновения горения влияет и продолжительность воздействия источника зажигания. После начала процесса горения оно поддерживается тепловым излучением из его зоны.

Горючее вещество и окислитель образуют горючую систему , которая может быть химически неоднородной или однородной. В химически неоднородной системе горючее вещество и окислитель не перемешаны и имеют поверхность раздела (твёрдые и жидкие горючие вещества, струи горючих газов и паров, поступающих в воздух). При горении таких систем кислород воздуха непрерывно диффундирует сквозь продукты горения к горючему веществу и затем вступает в химическую реакцию. Такое горение называется диффузионным . Скорость диффузионного горения невелика, так как она замедляется процессом диффузии. Если горючее вещество в газообразном, парообразном или пылеобразном состоянии уже перемешано с воздухом (до поджигания его), то такая горючая система является однородной и процесс её горения зависит только от скорости химической реакции. В этом случае горение протекает быстро и называется кинетическим .

Горение может быть полным и неполным. Полное горение происходит в том случае, когда кислород поступает в зону горения в достаточном количестве. Если кислорода недостаточно для окисления всех продуктов, участвующих в реакции, происходит неполное горение. К продуктам полного горения относятся углекислый и сернистый газы, пары воды, азот, которые не способны к дальнейшему окислению и горению. Продукты неполного горения – окись углерода, сажа и продукты разложения вещества под действием тепла. В большинстве случаев горение сопровождается возникновением интенсивного светового излучения – пламенем.

Различают ряд видов возникновения горения: вспышка, возгорание, воспламенение, самовозгорание, самовоспламенение, взрыв.

Вспышка – это быстрое сгорание горючей смеси без образования повышенного давления газов. Количества тепла, которое образуется при вспышке, недостаточно для продолжения горения.

Возгорание – это возникновение горения под воздействием источника зажигания.

Воспламенение – возгорание, сопровождающееся появлением пламени. При этом вся остальная масса горючего вещества остаётся относительно холодной.

Самовозгорание – явление резкого увеличения скорости экзотермических реакций окисления в веществе, приводящее к возникновению его горения при отсутствии внешнего источника зажигания. В зависимости от внутренних причин процессы самовозгорания делятся на химические, микробиологические и тепловые. Химическое самовозгорание происходит от воздействия на вещества кислорода воздуха, воды или от взаимодействия веществ. Самовозгораются промасленные тряпки, спецодежда, вата и даже металлическая стружка. Причиной самовозгорания промасленных волокнистых материалов является распределение жировых веществ тонким слоем на их поверхности и поглощение кислорода из воздуха. Окисление масла сопровождается выделением тепла. Если образуется тепла больше, чем теплопотери в окружающую среду, то возможно возникновение горения без всякого подвода тепла. Некоторые вещества самовозгораются при взаимодействии с водой. К ним относятся калий, натрий, карбид кальция и карбиды щелочных металлов. Кальций загорается при взаимодействии с горячей водой. Окись кальция (негашеная известь) при взаимодействии с небольшим количеством воды сильно разогревается и может воспламенить соприкасающиеся с ней горючие материалы (например, дерево). Некоторые вещества самовозгораются при смешивании с другими. К ним относятся в первую очередь сильные окислители (хлор, бром, фтор, йод), которые, контактируя с некоторыми органическими веществами, вызывают их самовозгорание. Ацетилен, водород, метан, этилен, скипидар под действием хлора самовозгораются на свету. Азотная кислота, также являясь сильным окислителем, может вызывать самовозгорание древесной стружки, соломы, хлопка. Микробиологическое самовозгорание заключается в том, что при соответствующей влажности и температуре в растительных продуктах, торфе интенсифицируется жизнедеятельность микроорганизмов. При этом повышается температура и может возникнуть процесс горения. Тепловое самовозгорание происходит в результате продолжительного действия незначительного источника тепла. При этом вещества разлагаются и в результате усиления окислительных процессов самонагреваются. Полувысыхающие растительные масла (подсолнечное, хлопковое и др.), касторовая олифа, скипидарные лаки, краски и грунтовки, древесина и ДВП, кровельный картон, нитролинолеум и некоторые другие материалы и вещества могут самовозгораться при температуре окружающей среды 80 - 100 ?С.

Самовоспламенение - это самовозгорание, сопровождающееся появлением пламени. Самовоспламеняться могут твёрдые и жидкие вещества, пары, газы и пыли в смеси с воздухом.

Взрыв (взрывное горение) - это чрезвычайно быстрое горение, которое сопровождается выделением большого количества энергии и образованием сжатых газов, способных производить механические разрушения.

Виды горения характеризуются температурными параметрами, основными из них являются следующие. Температура вспышки – это наименьшая температура горючего вещества, при которой над его поверхностью образуются пары или газы, способные кратковременно вспыхнуть в воздухе от источника зажигания. Однако скорость образования паров или газов ещё недостаточна для продолжения горения. Температура воспламенения – это наименьшая температура горючего вещества, при которой оно выделяет горючие пары или газы с такой скоростью, что после воспламенения их от источника зажигания возникает устойчивое горение. Температура самовоспламенения – это самая низкая температура вещества, при которой происходит резкое увеличение скорости экзотермических реакций, заканчивающееся воспламенением. Температура самовоспламенения у исследованных твёрдых горючих материалов и веществ 30 – 670 °С. Самую низкую температуру самовоспламенения имеет белый фосфор, самую высокую - магний. У большинства пород древесины эта температура равна 330 – 470 ?С.

Конспект по безопасности жизнедеятельности

Лекция 2 Горение топлива

2.1 Сущность горения

2.2 Воспламенение

2.4 Теплота сгорания топлива.

2.5 Энтальпия топлива и продуктов сгорания.

2.6 Преобразование тепловой энергии продуктов сгорания в механическую работу

2.8 ПОТРЕБНОЕ КОЛИЧЕСТВО ОКИСЛИТЕЛЯ

2.9 Стехиометрический коэффициент элементов

2.10 Стехиометрический коэффициент сложных горючих

2.11 Коэффициент избытка окислителя

2.1 Сущность горения

Горение представляет собой физико-химический процесс, при котором превращение реагирующих веществ сопровождается изменением их химического, а в ряде случаев и агрегатного строения и частичным переходом химической энергии межатомных или межмолекулярных связей в тепловую форму. Для протекания такой реакции необходимо наличие двух групп веществ: горючего и окислителя. По химической сути горение представляет окислительную реакцию, при которой внешние электроны атомов элемента-горючего переходят к атомам элемента-окислителя. Сущность окисления заключается в переходе валентных (внешних) электронов от атомов горючего элемента к атомам элемента-окислителя. Приобретая в результате этого положительный заряд, атомы горючего притягиваются к отрицательно заряженным атомам элемента-окислителя. Реакция данного типа способна протекать с прогрессирующим самоускорением обусловленным накоплением выделяющегося тепла или в следствии образования активных промежуточных продуктов. Она будет протекать вплоть до образования устойчивых при данных условиях химических соединений таких как, например, вода или углекислый газ. Непрерывное протекание реакции горения требует интенсивного тепломассобмена реагирующих веществ. Такие условия имеются только в газовой среде, их нет в жидких и твердых телах. Т.е. жидкое и твердое топливо сначала должно газифицироваться посредством испарения. сублимации или разложения и лишь после этого возможно горение.

2.2 Воспламенение

Воспламенение является начальной стадией горения, в течение которой энергия, подводимая к системе от внешнего источника, приводит к резкому ускорению химической реакции из-за прогрессивного накопления тепла (тепловое воспламенение.) или активных промежуточных веществ (цепное воспламенение). Возможны два предельных режима теплового воспламенения: самовоспламенение и зажигание.

Самовоспламенение обычно приводит к объемному горению, которое начинается в центре объема и распространяется к периферии. Характеризуется быстрым химическим превращением веществ и соответствующим тепловыделением.

Зажигание. Происходит в результате нагревания вещества от высокотемпературного источника тепла - накаленного тела, пламени, электрической. искры и др. При достаточной мощности источника воспламенения подводимое тепло не успевает равномерно распределиться по всему объему, что приводит к разогреву близлежащего слоя вещества до температуры начала реакции. Начало реакции сопровождается дальнейшим ростом температуры и выделением тепла, что в свою очередь инициирует разогрев и воспламенение все более удаленных слоев с образованием волны горения... При этом реакция горения может развиваться как по тепловому, так и по цепному механизму.

2.3 Виды горения и механизм распространения пламени.

Горение, как физико-химическое превращение вещества, происходит в ограниченном пространстве (фронте пламени) с определенной скоростью (рис. 2.1).

Рис. 2.1. Схема фронта пламени при ламинарном горении однородных смесей.

1 - изменение температуры;

2 - изменение концентрации исходных продуктов;

Твс - температура воспламенения;

Тгор - температура горения;

δхр - ширина зоны химической реакции;

δт - ширина зоны топлива;

δп, - ширина зоны пламени; U n - нормальная скорость распространения пламени.

Различают диффузионное и кинетическое горение.

Диффузионное горение имеет место тогда, когда скорость подачи реагирующих веществ в зону горения значительно ниже скорости химического превращения топлива. В этом случае скорость процесса определяется преимущественно гидродинамическими факторами и зависит от свойств топлива.

Кинетическое горение имеет место, когда скорость процесса горения в основном зависит от химических свойств топлива в зоне горения, а гидродинамические факторы подготовки топлива играют меньшую роль.

По механизму распространения зоны реакции различают:

нормальное распространение пламени (тихое);

цепное, путем умножения очагов само воспламенения:;

детонационное горение (взрывное).

Нормальное распространение фронта пламени является основным и практике применения топлив в ДВС. Скорость нормального распространения пламени составляет 0,4-0,5 м/с . Механизм нормального распространения пламени обусловлен передачей теплоты и активных промежуточных продуктов реакции из зоны горения в свежую горючую смесь.

Цепной механизм распространения пламени осуществляется в результате диффузии активных продуктов из зоны реакции в свежую смесь. Распространение зоны горения путем умножения очагов самовоспламенения можно представить как самовоспламенение частично прореагировавшей горючей смеси нагретыми продуктами сгорания в процессе турбулентного перемешивания.

Рис. 2.2. Схема фронта пламени при турбулентном горении однородных смесей, а) малая интенсивность турбулентности;

б) большая интенсивность турбулентности.

Турбулентность значительно увеличивает скорость горения, особенно в диффузионной области развития процесса.. Степень и интенсивность турбулентности улучшают качество распыливания, повышают скорость испарения топлива и смешения его паров с воздухом. Скорость горения может достигать значений 10-50 м/с.

Детонационное распространение пламени происходит при воспламенении горючей смеси вследствие сжатия ее в ударной волне. Ударная волна проходя по горючей смеси, вызывает ее нагрев. Степень нагрева ее зависит от скорости ударной волны, температуры и давления. Если степень сжатия достаточна для воспламенения смеси, то возникает детонационная волна Детонационная волна представляет собой совместное распространение механической ударной волны с фронтом пламени. Скорость распространения детонационных волн определяется скоростью звука в данной среде и составляет от 1200 до 3500 м/с.