Балтийская государственная академия рыбопромыслового флота кафедра защиты в чрезвычайных ситуациях
ЛЕКЦИЯ №3: |
Пламя. Виды пламени и скорость его распространения |
Содержание: |
1. Пламенное горение веществ. 2. Виды и скорость распространения пламени. |
Учебные цели: |
1. Ознакомить со схемой и видами пламени. 2. Дать понятие о скорости распространения пламени. |
Литература: |
3. Демидов П.Г. Шандыба В.А., Щеглов П.П. Горение и свойства горючих веществ. М: Химия, 1981г. |
1. Пламенное горение веществ
Ранее отмечалось, что пламенное горение всех видов горючих материалов и веществ в воздушной среде возможно при содержании кислорода в зоне пожара не менее 14% по объему, а тление горючих твердых материалов продолжается до содержания кислорода ≈ 6%.
Горение газов, жидкостей и твердых веществ имеет специфические особенности.
Горение газов начинается в результате воспламенения либо самовоспламенения смеси. Пламя нагревает близлежащий слой газа, в котором также начинается химическое превращение. Горение данного слоя инициирует воспламенение следующего слоя и так до полного выгорания горючей смеси.
Таким
образом, в горючей смеси горит
только тонкий слой
разогретого газа. Зона,
горения в
которой происходит химическое превращение
и интенсивный разогрев сгорающего газа,
перемещается
по смеси, обеспечивая распространение
пламени.
Как показано на рисунке 1, толщина
фронта пламени газовых смесей при
атмосферном давлении незначительная
и составляет несколько десятых долей
миллиметра.
Рис. 1. Распределение температуры в газовой смеси, по которой распространяется пламя
На
данном рисунке: ОТ – ось температур, Ох
– ось толщины слоя газовой смеси,
– толщина фронта пламени,
– температура горения смеси,
– температура смеси,
- толщина слоя разогрева сгорающего
газа.
Аналогично горят паровоздушные горючие смеси.
Из рисунка 1 следует, что при перемещении фронта пламени температура несгоревшей части горючей смеси постепенно возрастает. Передачу тепла обеспечивает излучение пламени, диффузия (распространение) нагретых молекул, а также повышение давления смеси.
Увеличение давления смеси происходит в результате теплового расширения продуктов сгорания и самой смеси. При этом происходит увеличение скорости движения пламени.
Скорость химической реакции при высокой температуре может быть существенной. В этом случае горение происходит чрезвычайно быстро и может носить характер взрыва.
Горение горючих жидкостей происходит в газовой фазе. При нагревании происходит ее испарение и над поверхностью жидкости образуется паровая подушка. При взаимной диффузии паровой подушки и кислорода воздуха формируется зона горения. Упрощенная схема диффузионного пламени изображена на рисунке 2.
Рис. 2. Схема диффузионного пламени:
а) распределение концентраций паров и газов в пламени; б) диффузионное пламя, кривая 1 характеризует распределение кислорода; кривая 2 – продуктов горения; 3 – азота; 4 – паров горючего.
Зоной горения является тонкий светящийся слой газов, в который с поверхности жидкости поступают горючие пары, а из воздуха диффундирует кислород. В результате горения происходит выгорание жидкости.
Горение твердых веществ отличается наличием стадии разложения и газообразования. Схема горения твердого вещества изображена на рисунке 3.
Рис. 3. Схема горения твердого вещества:
1 - зона вещества в конденсированной фазе; 2 – зона разложения конденсированного вещества; 3 – зона реакции горения вещества в газообразной фазе; 4 – газообразные продукты сгорания.
Под воздействием тепла происходит нагрев вещества в твердой фазе, сопровождающийся его разложением и выделением газообразных продуктов. Затем эти продукты воспламеняются и сгорают. Тепло от образовавшегося пламени воздействует на поверхность твердого вещества, вызывая поступление в зону горения новых порций горючих газов.
Непосредственно в области горения твердых веществ наблюдаются следующие зоны:
прогрева вещества в конденсированной фазе. Толщина зоны прогрева, составляющая ≈ 3 мм, зависит от соотношения коэффициентов теплопроводности и скорости горения;
пиролиза, или зоны реакции вещества в конденсированной фазе с образование горючих газов;
предпламенной в газовой фазе, в которой происходит образование горючей смеси;
пламени, или зоны реакции в газовой фазе, в которой происходит превращение горючей смеси в газообразные продукты горения;
продуктов горения.