Теория горения и взрывов

Михайлович

газов, жидкостей и твердых веществ

elib.spbstu.ru/dl/2/s16-138.pdf

всегда присутствует парообразная смесь с воздухом за счет того, что часть

молекул на поверхности, которые имеют большую 183 кинетическую энергию, покидают жидкость и смешиваются с воздухом. При этом поверхность жидкости охлаждается. За счет теплового движения молекулы постепенно распространяются за пределы открытого сосуда. Плотность пара жидкостей по воздуху больше единицы, т.е. пар тяжелее воздуха. Он оседает вниз, скапливаясь на поверхности земли, пола и т.п. В результате длительного испарения могут образовываться взрывоопасные паровоздушные облака очень большой протяженности

Схема испарения жидко-сти из открытого сосуда

Концентрация пара по высоте над зеркалом жидкости в открытом сосуде монотонно уменьшается от ϕ нас. до 0.
На характер зависимости не оказывает влияние температура и вид жидкости.

сосуде. В этом случае пары уже не могут рассеиваться в окружающую

среду. По мере испарения концентрация пара за время τ 0 до τ испар.
В свободном пространстве сосуда повышается и в итоге достигает состояния насыщения. Устанавливается динамическое равновесие, за время при котором количество испаряющихся

молекул жидкости равно количеству молекул пара конденсирующихся обратно в жидкость.
Такой пар называют насыщенным, а его парциальное давление - давлением насыщенного пара Рs
Как правило, давление насыщенного пара обозначается Рs.
Концентрация насыщенного пара во всем закрытом объеме одинакова.

паров от высоты над уровнем жидкости и времени.

жидкости, при которой концентрация паров над ее поверхностью равна соответствующему концентрационному

пределу. Температурные пределы распространения пламени могут быть определены как экспериментальным, так и расчетным путем.

Температурные пределы распространения пламени

На приведенном графике видно, что НКПР и ВКПР пара достигаются при значениях температур: Тн и Тв. Эти температуры называются температурными пределами распространения пламени жидкости, обозначаются ТПР

Зависимость концентрации паров от температуры жидкости

Температурные пределы Тн и Тв связаны с КПР пламени зависимостью:

где ϕпр - нижний или верхний КПР, %; Р0 - атмосферное давление, кПа; А, В, Са - константы уравнения Антуана для давления насыщенных паров.

конденсированного вещества, при которой в условиях специальных испытаний над его

поверхностью образуются пары и газы, способные вспыхивать от источника зажигания; устойчивое горение при этом не возникает.
При дальнейшем нагревании жидкости можно достичь такой температуры, при которой скорость испарения будет уже достаточной для возникновения самоподдерживающегося процесса горения жидкости после удаления источника зажигания. Такая температура называется температурой воспламенения. Температура воспламенения - это наименьшая температура вещества, при которой в условиях специальных испытаний вещество выделяет горючие газы и пары с такой скоростью, что при воздействии источника зажигания наблюдается воспламенение жидкости.
Температура воспламенения обычно на 1-30 °С выше температуры вспышки. Температура вспышки является важнейшим показателем пожарной опасности жидкостей. Применяется при классификации жидкостей по степени пожарной опасности, при категорировании помещений и зданий по взрывной, взрывопожарной и пожарной опасности, а также при определении классов взрывоопасных и пожароопасных зон.
Жидкости с температурой вспышки до 61°С относятся к легковоспламеняющимся (ЛВЖ), а выше 61 °С - к горючим (ГЖ).

летучие компоненты, представляют пожарную опасность уже при обычных температурах, независимо

от того, где они находятся: в закрытых объемах или в открытых емкостях. Над поверхностью летучего нефтепродукта всегда находится пар, который на определенном расстоянии от зеркала образует однородные паровоздушные смеси по всей площади жидкости. Первоначально возникает кинетическое горение подготовленной смеси, которое переходит в диффузионное. Распространение пламени осуществляется по гомогенной смеси и ничем не отличается от горения газовоздушной смеси. После того, как подготовленная смесь сгорела, и если интенсивность испарения достаточна для поддержания горения, возникает диффузионное пламя.
При повышении температуры от Т1 до Т2 растет концентрация паров над жидкостью и увеличивается зона области распространения пламени. При температуре Т2 концентрация паров в горючей смеси может быть равной стехиометрической. Тогда скорость распространения пламени (U) будет иметь максимальное значение. Дальнейшее повышение температуры до Т3 увеличивает зону распространения пламени, однако скорость распространения пламени по поверхности жидкости остается примерно постоянной. Пламя распространяется над всей поверхностью жидкости. Однородная смесь быстро сгорает, и пламя переходит из кинетического режима горения в диффузионный.

с низкой температурой вспышки. а- движение пламени по жидкости с температурой

Т1 б- движение пламени по жидкости с температурой Т2 в- движение пламени по жидкости с температурой Т3 Т3>Т2>Т1

всю её, а ограничится подогреванием лишь незначительной части ее поверхности.

Часто пожары имеют именно такой характер развития. Горючая среда над поверхностью таких жидкостей отсутствует, а возникает она постепенно, вследствие подогрева топлива непосредственно перед движущимся фронтом пламени. Первоначальный фронт пламени создается в результате локального теплового воздействия. Распространение пламени до полного охвата зеркала занимает некоторое время, которое требуется для нагрева поверхности до температуры вспышки, дальнейшего прогрева до температуры воспламенения и времени продвижения фронта по всей жидкости.

1-Горючая жидкость;
2- Зона прогрева до температуры вспышки;
3- Зона прогрева до температуры воспламенения;
4 - Пульсирующее пламя;
5- Основной фронт пламени;
6- Неустойчивое пламя;
7- Устойчивое пламя.

изображен резервуар с горящей жидкостью.
Над жидкостью имеется зона паров. Последние

на периферии зоны смешиваются с воздухом и сгорают, образуя пламя. Для того, чтобы пламя не гасло, в него должны непрерывно поступать пары и воздух. Процесс парообразования возможен только при постоянном подогреве поверхности жидкости. Источником теплоты в данном случае является лишь теплота излучения пламени, т.к. продукты горения (конвективный тепловой поток) оттесняются парами от поверхности жидкости.

Схема процессов теплообмена при горении жидкостей

1- нагрев жидкости;

2-нагрев соседних резервуаров

стадии:

образование горючих газов и паров в результате термического разложения

вещества под действием излучения пламени и горение продуктов разложения над поверхностью твердого вещества.
- стадия термического разложения имеет свои существенные особенности. Именно она определяет условия, режимы и последствия стадии непосредственного горения, в том числе взрыва или явления "общей вспышки" в помещениях, отравление потерпевших и пожарных токсичными продуктами.

веществ, которые при нагревании испаряются сразу, минуя стадию плавления. К

ним относится всем известный нафталин, витамин С (аскорбиновая кислота) , уротропин (сухой спирт), камфара, щавелевая кислота и др. Этот процесс называется сублимацией или возгонкой.

его термическом разложении образуются летучие горючие и инертные продукты (газы

и пары) и твердый остаток .

Схема процесса горения ТГМ.

1 - сублимация,
2 - плавление,
3 - термическое разложение.

Образование горючей паро-воздушной смеси происходит на периферии потока за счет диффузии кислорода воздуха. Поэтому процесс горения ТГМ протекает в газовой фазе в диффузионном режиме. Закономерности его те же, что и при диффузионном горении горючих газов.

эта зона ограничивается слоем расплава. Толщина зоны прогрева зависит от

соотношения коэффициента температуропроводности и скорости горения. Для многих материалов толщина этой зоны составляет около 3 мм.

Зона пиролиза – реакционная зона в конденсированной фазе, в которой происходит разложение твердого материала на газообразные продукты.

Предпламенная зона в газовой фазе, в которой низкомолекулярные продукты пиролиза дополнительно разлагаются. Здесь же начинается процесс воспламенения, который инициируется атомами водорода, диффундирующими в предпламенную зону из зоны пламени.

Зона пламени или реакционная зона в газовой фазе. В этой зоне протекают основные реакции окисления, выделяется основная часть тепла и наблюдается максимальная температура.

Зона продуктов сгорания содержит предельные оксиды, образующиеся при полном сгорании.

пожарной опасности, который характеризует способность вещества или материала к горению

в воздухе, является группа горючести.
По горючести вещества и материалы подразделяют на три группы:
Негорючие (несгораемые) - не способные к горению в воздухе.
Негорючие вещества могут быть пожароопасными (например, окислители, а также вещества, выделяющие горючие продукты при взаимодействии с водой, кислородом воздуха или друг другом).
Трудногрючие (трудносгораемые) - способные гореть в воздухе при воздействии источника зажигания, но не способные самостоятельно гореть после его удаления.
Горючие (сгораемые) - способны самовозгораться, а также возгораться при воздействии источника зажигания и самостоятельно гореть после его удаления.
В пожарном деле каждое вещество или материал должны пройти специальные испытания на горючесть по методикам, регламентируемым ГОСТ 12.1.044-89.

это температура вещества, при которой происходит резкое увеличение скорости экзотермических

реакций окисления, заканчивающихся возникновением тления. Применяется при экспертизах причины пожаров, при выборе взрывозащищенного электрооборудования.

Распространение пламени является одним из важнейших показателей
пожарной опасности твердых веществ. Этот показатель определяется экспериментально по ГОСТ 12.1.044-89.
Индекс распространения пламени J - условный безразмерный показатель, характеризующий способность веществ воспламеняться, распространять пламя по поверхности и выделять теплоту. Этот показатель применяется для классификации строительных материалов, лакокрасочных полимерных покрытий, тканей, пленок:
-

• J=0 - не распространяют пламя;
• 0• J>20 - быстро распространяют пламя
Этот показатель применяется для классификации поверхностных слоев кровли и полов, в том числе ковровых покрытий. Материалы по распространению пламени подразделяются на четыре группы:
• РП1 - не распространяющие;
• РП2 - слабо распространяющие;
• РП3 - умеренно распространяющие;
• РП4 - сильно распространяющие.

выгорания.

Скорость выгорания влияет на множество динамических характеристик пожара: тепловой

режим, скорость изменения температуры, допустимое время эвакуации людей, фактическую огнестойкость конструкций, скорость распространения
горения и изменения площади пожара и др.

В пожарно-технических расчетах (расчет сил и средств для тушения пожара, расчет продолжительности пожара и т.д.) применяют приведенную массовую скорость выгорания: