Введение

История человеческой цивилизации в значительной мере связана с овладением огнем и его использованием. Следы применения природного огня первобытным человеком ведут в далекое прошлое. С эпохи позднего палеолита огонь добывался трением двух кусков древесины и высеканием искр из кремня, с железного века до изобретения в девятнадцатом веке спичек – при помощи огнива. Огонь широко используется при приготовлении пищи, обогреве жилищ, в топках многочисленных котельных различного назначения, в топках паровых машин, в технологических процессах. Применение огня значительно улучшило жизнь человека, резко увеличило его производственные возможности.

Но огонь может быть и причиной многих бед. Неуправляемый процесс горения часто приводит к пожару. В огне пожаров уничтожаются природные и материальные ценности, гибнут и получают ожоги люди. Пожары на химических предприятиях и объектах могут привести к образованию зон химического заражения, предприятиях ядерного топливного цикла – зон радиоактивного заражения, взрывоопасных объектах – сопровождаться взрывами.

Особой формой горения является взрыв. Взрыв – процесс чрезвычайно быстрого превращения вещества, сопровождающийся выделением большого количества энергии. Характерным признаком взрыва является формирование ударной волны, распространяющейся со сверхзвуковой скоростью. При взрыве образуется очаг поражения, в пределах которого разрушаются здания и сооружения; как и при пожаре, гибнут и получают травмы люди. К потенциально опасным объектам, связанными со взрывами, относят, прежде всего хранилища горюче-смазочных материалов, нефтебазы. Взрывы происходят и на промышленных предприятиях. Взрываются пары бензина и других компонентов на нефтеперегонных заводах, продукция и полуфабрикаты на химических предприятиях, мучная пыль на мукомольных комбинатах, древесная пыль и пары лаков и красок на мебельных фабриках, котлы в котельных, газовые конденсаты при утечке из газопроводов. Взрывы имеют место при перевозках взрывчатых веществ, легковоспламеняющихся жидкостей и горючих газов железнодорожным, водным и автомобильным транспортом.

Таким образом, пожары и взрывы могут привести к чрезвычайно тяжелым и опасным последствиям. При анализе аварий и катастроф, связанных или обусловленных пожарами или взрывами, определении поражающего действия этих процессов, определении очага поражения целесообразно опираться на известные представления об общей физической картине таких явлений.

Горение и взрыв – термодинамические процессы. При их исследовании используются материалы определенных разделов термохимии, газовой динамики, гидродинамики, механики грунтов, теории упругости, ядерной физики. В целом – это сложная научная задача. Большой вклад в ее решение внесли отечественные ученые А.Н. Бах, Я.Б. Зельдович, Н.Е. Кочин, М.А. Лаврентьев, Л.Д. Ландау, В.В. Новожилов, Н.Н Семенов, Л.И. Седов, М.А. Садовский, К.П. Станюкович, С.А.Христанович, Ю.Б. Харитон, В.З. Власов, А.Н. Патрашев, Г.И. Покровский, Б.В. Замышляев, Ю.С. Яковлев и др. Результаты исследований представлены в ряде публикаций.

Тем не менее, то обстоятельство, что горение и взрыв рассматриваются в разных работах, в ряде случаев затрудняет проведение инженерных расчетов по определению полей поражающих факторов пожаров и взрывов, оценке очагов поражения и последствий этих явлений.

Участившиеся в конце XX века столетия аварии и катастрофы, связанные с пожарами и взрывами, обуславливают актуальность работы по обобщению известных решений, дополнении их результатами, полученными в последнее время.

Не менее актуальной является задача адаптации полученных материалов согласно Государственному образовательному стандарту по специальности «Защита в чрезвычайных ситуациях» с целью использования в учебном процессе по подготовке квалифицированных специалистов, способных разрабатывать предложения по оптимальным решениям обеспечения безопасности в экстремальных и чрезвычайных ситуациях.

Материалы монографии изложены в шести главах.

В главе 1 «Элементы термодинамики, термохимии и кинетической теории газов в процессах горения и взрыва» приводятся краткие сведения из термохимии, термодинамики и кинетической теории газов для получе­ния представления о горении и взрыве как термодинамических процессах. Рассматривается решение основных химических реакций горения и взры­ва. Определяется теплота (энергия) горения горючих веществ и теплота взрыва химических взрывчатых веществ.

Глава 2 «Физика горения», - не претендуя на полноту изложения, поз­воляет составить суждение о современном понимании горения как слож­ном окислительно-восстановительном процессе. Одновременно дается представление о перекисной теории и теории цепных реакций горения. Рассматриваются особенности горения твердых веществ, горючих жид­костей, газов. Рассматриваются условия возгорания и самовозгорания раз­личных веществ. Определяется температура горения.

В главе 3 «Поражающее действие пожара» рассматривается тепловое излучение из зоны горения в окружающее пространство и формирование очага поражения при пожаре. Приводятся критерии поражения тепловым излучением человека и различных веществ и материалов. Дается оценка токсического действия продуктов сгорания. Рассматривается пожар в зданиях и сооружениях. Дается вероятностная оценка возникновения и распространения пожара.

В главе 4 «Физика взрыва» основное внимание обращено на анализ газодинамических процессов при взрыве, приводящих к формированию ударной волны. Процесс взрыва рассматривается с момента возбуждения детонационной волны, выхода ее на поверхность заряда с последующим формированием фронта ударной волны, распространяющейся в окружающем заряд пространстве. Определяются условия динамической совместности во фронте волны. Рассматриваются особенности взаимодействия ударной волны с отражающей поверхностью при нормальном и косом падении фронта на преграду.

В главе 5 «Поражающее действие взрыва» приводятся инженерные рекомендации по оценке параметров ударной волны взрывов конденсиро­ванных взрывчатых веществ, газовоздушных смесей в открытой атмосфере, газовоздушных и пылевоздушных смесей и аэрозолей в помещениях, взрывов, связанных с разрушением емкостей, содержащих газ, пар под давлением. Дается оценка влияния рельефа местности на параметры ударной волны. Приводятся критерии поражения людей, зданий, сооружений по воздействию ударной волны. Предлагается инженерный метод расчета очагов поражения при взрывах различной мощности. Дается вероятностная оценка потерь при взрыве.