- •Рецензенты:
- •Оглавление Введение
- •1.1.2. Понятие горения. Условия возникновения и прекращения горения
- •1.1.3. Описание горения с позиции электронной и молекулярно-кинетической теории строения материи
- •1.2. Классификация процессов горения. Пламя. Продукты горения
- •1.2.1. Классификация процессов горения
- •1.2.2. Пламя. Процессы, протекающие в пламени
- •1.2.3. Продукты горения. Дым
- •1.2.4. Расчет объема воздуха, необходимого для горения
- •1.2.5. Расчет объема продуктов горения
- •1.3. Тепловые эффекты и тепловой баланс процессов горения
- •1.3.1. Теплота горения
- •1.3.2. Температура горения и ее виды
- •Глава 2. Возникновение горения по механизму самовоспламенения и вынужденного воспламенения
- •2.1. Понятие самовоспламенения
- •2.2. Теории окисления горючего вещества кислородом
- •2.3. Теория самовоспламенения
- •2.4. Температура самовоспламенения. Снижение пожарной опасности веществ с помощью факторов, влияющих на температуру самовоспламенения
- •2.4.1. Влияние на температуру самовоспламенения объема реакционного сосуда
- •2.4.2. Влияние на температуру самовоспламенения формы реакционного сосуда
- •2.4.3. Влияние на температуру самовоспламенения состава горючей смеси, давления и степени измельчения
- •2.4.4. Влияние на температуру самовоспламенения катализаторов
- •2.5. Вынужденное воспламенение (зажигание) как вид возникновения горения
- •Глава 3. Возникновение горения по механизму самовозгорания
- •3.1. Сущность и классификация самовозгорания
- •3.2. Тепловое самовозгорание
- •Тепловое самовозгорание масел и жиров
- •Тепловое самовозгорание ископаемых углей и торфа
- •Тепловое самовозгорание сульфидов железа
- •Тепловое самовозгорание растительных веществ
- •3.3. Химическое самовозгорание
- •Химическое самовозгорание веществ при контакте с сильными окислителями
- •Химическое самовозгорание химически активных веществ на воздухе
- •3.4. Микробиологические самовозгорание
- •Растительные материалы
- •Глава 4. Горение газопаровоздушных смесей
- •4.1. Основные закономерности горения газопаровоздушных смесей
- •4.2. Концентрационные пределы распространения пламени (кпрп) газопаровоздушных смесей, снижение пожарной опасности веществ с помощью факторов, влияющих на кпрп
- •Факторы, влияющие на кпрп
- •Расчет кпрп
- •4.3. Распространение горения по газопаровоздушным смесям
- •Кинетическое горение газов и паров
- •Диффузионное горение газов и паров
- •Ламинарное диффузионное горение
- •Турбулентное диффузионное горение
- •4.4. Взрыв газопаровоздушной смеси
- •Факторы, влияющие на давление взрыва
- •Глава 5. Горение жидкостей
- •Значение испарения в горении жидкостей. Показатели пожаровзрывоопасности жидкостей
- •Процесс вынужденного воспламенения и горения жидкостей
- •5.3. Процесс выгорания жидкости. Пожары резервуаров
- •6.1.2. Процессы, протекающие при нагревании твердых горючих веществ и материалов
- •6.1.3. Воспламенение и горение древесины
- •6.1.4. Распространение горения по твердым горючим веществам и материалам
- •6.1.5. Развитие пожаров твердых горючих веществ в помещении
- •Стадии развития пожара в помещении
- •6.1.6. Газообмен на пожаре
- •6.1.7. Очаг пожара. Очаговые признаки
- •6.2. Особенности горения пылей
- •6.2.1. Свойства пылей, влияющие на их пожаровзрывоопасность
- •6.2.2. Показатели пожаровзрывоопасности пылей и способы обеспечения их пожаровзрывобезопасности
- •6.2.3. Механизм горения аэрозолей и аэрогелей
- •6.3. Особенности горения металлов
- •Глава 7. Оценка пожаровзрывоопасности веществ и материалов
- •7.1. Понятие и методика оценки пожаровзрывоопасности веществ и материалов
- •Алгоритм оценки пожаровзрывоопасности веществ и материалов
- •7.3. Классификация веществ по гост 12.1.044
- •Заключение
- •Библиографический список
- •1. Общие положения
- •2. Показатели пожаровзрывоопасности веществ и материалов
- •3 94006 Воронеж, ул. 20-летия Октября, 84
1.2.2. Пламя. Процессы, протекающие в пламени
Горение газообразных, жидких и большинства твердых веществ протекает с образованием пламени. Пламя образуется тогда, когда при нагревании горючего вещества выделяются газообразные горючие вещества.
Пламя (факел) – часть пространства, в котором сгорают пары и газы (где начинаются и заканчиваются пламенные реакции).
Значительная часть энергии пламени расходуется на излучение (порядка 10–30 % для разных веществ)1. Пламя является источником зажигания для свежей горючей смеси при установившемся горении. Важная особенность пламени – способность к самораспространению.
Без пламени горят кокс и антрацит, графит, сажа, древесный уголь, магний, железо. Если нет твердых частиц, то пламя незаметно (водород).
Пламя бывает:
кинетическим (смесь паров заранее подготовлена – пламя газовой плиты, сварочных горелок);
диффузионное (смесь паров образуется в процессе горения – пламя свечи).
По характеру потока диффузионное пламя бывает:
ламинарное (небольшая скорость, малое сечение);
турбулентное (большая скорость, большое сечение выходного отверстия, не имеет четких очертаний факела).
Строение пламени.
В пламени можно выделить 3 зоны (рис. 1.4):
зону горючих паров;
зону химической реакции (пламенных реакций);
зону продуктов гоpения. В этой зоне находятся СО2, N2, пары Н2О, несгоревшие продукты термоокислительного разложения: оксид углерода СО, атомы Н, радикалы ОН˙, О˙.
Рис. 1.4. Строение
ламинарного диффузионного пламени
Температура пламени
Различные вещества имеют разную температуру пламени. Например, температура пламени:
магния Mg tпл = 3000 C;
газов – порядка 1350 – 1400С и выше. Так, ацетилен С2Н2 имеет в кислороде температуру пламени порядка 2100 – 2300 С;
жидкостей – порядка 1200 – 1300 С, (так, температура пламени бензин – 1200 С);
твердых горючих веществ, tпл – порядка 1100 – 1200 С (древесина – 700 – 1200 С, торф – 780 С и т.д.).
Пламя неоднородно по температуре. В зоне паров температура достигает 600 С, в части пламени, примыкающей к зоне паров, – 800 С, в части пламени, примыкающей к зоне продуктов горения, – 1100 – 1400 С. Также неоднородна температура пламени по высоте: в нижней части его охлаждает подходящий извне холодный воздух, в верхней части – продукты горения.
Свечение пламени зависит от наличия углерода, трех атомных газов и твердых частичек. Атомы углерода С поступают в зону горения, нагреваются и светятся. Поэтому яркое светящееся пламя имеют вещества, в составе которых более 60 % углерода (например, нефтепродукты, резиновые изделия, углеводородные топлива). Поскольку частицы сажи обусловливают сильное свечение, диффузионное пламя факелов, лучин, свечей, керосиновых ламп в старину использовали для освещения.
Несветящееся пламя наблюдается в том случае, когда содержание кислорода О2 составляет более 50 % (оксид углерода СО, метиловый спирт СН3ОН).
Присутствие частиц сажи в пламени повышает теплоотдачу, поэтому, чем больше сажи в пламени, тем меньше его температура. Несветящееся пламя, образующееся при горении метанола, имеет среднюю температуру порядка 1200 С, а светящееся пламя керосина и бензола ‑ соответственно 990 С и 920С.
Свечение пламени имеет химическую природу, является результатом превращения вещества и определяется радикалами СН˙ и НСО˙. При этом толщина зоны свечения соответствует толщине зоны реакции. К настоящему времени можно считать доказанным, что в пламени имеет место как термическая ионизация газа, так и ионизация за счет элементарных химических актов (хемионизация).
При высоких температурах, какие имеют место в пламени, кинетическая энергия соударяющихся частиц (атомов, молекул) может быть достаточна не только для их возбуждения, но и ионизации, т.е. отщепления электронов. Естественно, возможен и обратный процесс – рекомбинация заряженных частиц с образованием нейтральных молекул. Основной причиной образования ионов и электронов в зоне пламени является хемионизация, механизм которой считают изученным недостаточно.
Цвет пламени – зависит от накаленных твердых частиц, находящихся в зоне горения и строения горючего вещества.
Частицы металлов придают пламени следующие цвета:
Al – белый, Cu – зеленый,
Mg – белый, Li – красный, Nа – желтый.
Кроме этого, цвет пламени зависит от строения вещества. Так, при горении капрона образуется голубое пламя; полиэтилена – снизу голубое, сверху желтое.
Вопросы для самоконтроля
Что понимают под пламенем?
Из каких зон состоит пламя?
Приведите примеры характерных температур пламени различных веществ.
Перечислите виды пламени.
От чего зависит свечение и цвет пламени?