2. Теплова теорія припинення горіння

Механізм припинення горіння, залежність можливості продовження горіння від різноманітних факторів дають теорії затухання.

Найбільш поширеною є теплова теорія, розроблена переважно Я.Б. Зельдовичем. Ця теорія бере за основу теплову модель горіння. Суть теорії зводиться до того, що при певному порушенні умов теплової рівноваги в зоні хімічної реакції безперервне проходження такої реакції стає неможливим і горіння припиняється.

З електронної точки зору це відбувається тоді, коли для розриву існуючих валентних зв’язків енергії треба більше, ніж її виділяється при утворенні нових зв’язків. Найбільш прямим є зв’язок цієї енергії з температурою.

Теорія доводить, що горіння припиняється тоді, коли в результаті порушення теплової рівноваги в зоні горіння температура полум’я знизиться до деякого критичного значення Т_кр = Т_пол – Т. Для того, щоб знайти це критичне значення, Я.Б. Зельдович при моделюванні склав систему рівнянь, які враховували залежність швидкості вигоряння від температуропровідності горючої суміші, тепловитрат у зоні підігріву і тепловитрат із зони горіння в напрямку продуктів горіння, які поступово остигають V_мас = f (t-пров., Q_взг, Q_впг). При цьому розглядалися два температурні рівні: теоретична (адіабатична) температура (Т_теор.), тобто температура, яка досягалася б при відсутності витрат; і “максимальна” температура (Т_макс.), тобто температура, при якій горіння обов’язково буде поширюватися, навіть з урахуванням усіх тепловитрат. При температурі, нижчій Т_макс, полум’я може згаснути; при температурі, вищій Т_макс, воно згаснути не може.

Розв’язавши ці рівняння, Я.Б. Зельдович знайшов межу режиму рівномірного поширення полум’я як різницю між теоретичною і максимальною температурою:

звідки

Теоретична (адіабатична) температура полум’я (Т_теор) для більшості видів горючих матеріалів складає 2000-2600 К, у середньому 2300 К. Енергія активації, навіть для найшвидшої з можливих реакцій горіння, не менша Е  35000 Дж/моль. Універсальна газова стала R ≈ 8,3 Дж/моль·К.

Після підстановки перелічених значень у вираз для Т_макс одержуємо:

Таким чином, температура, при якій полум’я не може згаснути, за Зельдовичем, повинна дорівнювати 900-1000^оС і вище.

Для більшості реальних горючих речовин енергія активації реакції горіння має значення 50-60 кДж/моль.

Отже,

Це означає, що реальна орієнтовна температура пожежі повинна складати:

2300 – 800 = 1500 К або 1200 – 1250^оС.

Знайдене значення непогано збігається з результатами експери­ментальних досліджень із визначення температури факела дифузійного полум’я. Тобто розроблену Зельдовичем модель можна вважати адекватною.

Таким чином, щоб не дати полум’ю поширюватися і загасити його, треба знизити температуру реакції з 1200–1300^оС до 1000^оС і нижче. Це можна зробити, або знижуючи тепловиділення у зоні горіння, тобто знижуючи швидкість реакції горіння, або збільшуючи відвід тепла, тобто охолоджуючи зону горіння і середовище навколо неї.