Горение пыли
Пыль – это дисперсная система, состоящая из газообразной дисперсионной среды и твердой дисперсной фазы. Обычно дисперсионной средой является воздух, а дисперсной фазой – раздробленное до частиц менее 100 мкм твердое вещество.
Пыль может находиться в осевшем и взвешенном состоянии. Осевшая пыль называется аэрогелем (пыль – гель), а находящаяся во взвешенном состоянии – аэрозолем (пыль – аэровзвесь).
Аэрогели являются гетерогенными системами. Склонность аэровзвесей к слипанию и осаждению частиц обуславливает меньшую вероятность взрыва по сравнению с газовоздушными смесями; кроме того, для воспламенения аэровзвеси требуется более высокая энергия зажигания (примерно на два порядка выше, чем для газовоздушной смеси).
Аэровзвеси по своим свойствам занимают промежуточное положение между аэрогелями и гомогенными газовоздушными смесями.
Аэровзвеси сходны
с аэрогелями тем, что обе системы являются гетерогенными дисперсными системами в одинаковой твердой фазе;
с газовоздушными смесями – тем, что горение большинства из них происходит с большой скоростью, в форме взрывного горения.
Виды и скорость распространения пламени
По скорости распространения пламени горение подразделяют на дефлаграционное, протекающее с дозвуковыми скоростями, и детонацию, распространяющуюся со сверхзвуковой скоростью.
Горение при пожарах протекает, как правило, в режиме дефлаграционного горения и с относительно небольшими скоростями. Например, скорость распространения пламени в начале горения твердых материалов составляет ≈ 0,1 м/с, горючих жидкостей ≈ 0,5 м/с, бензина ≈ 2,4 м/с, горючих газов (пропан, этан, бутан) ≈ 6-12 м/с.
Горение химических взрывчатых веществ, а также газовоздушных и пылевоздушных смесей, связанное с взрывчатыми превращениями, представляет самостоятельную область исследований.
Известно, что большая часть взрывов, наблюдавшихся в различных промышленных и транспортных авариях, сопровождавшихся образованием облака газовоздушных смесей (ГВС), происходило в режиме, когда часть горючего вещества сгорает, а часть взрывается.
Суть этого явления в том, что в зависимости от размеров и концентрации горючей примеси в облаке ГВС, возможно прогрессирующее увеличение скорости распространения огня, возникающее вследствие интенсивного прогревания смеси тепловым излучением перед фронтом пламени, и существенного повышения давления продуктов сгорания за фронтом.
На скорость распространения пламени влияет также характер подстилающей поверхности. Неровности местности, наличие предметов и зданий, способствуют ускорению распространения пламени за счет его турбулизации, то есть перехода от ламинарного горения, к турбулентному горению.
При скорости распространения пламени 50 метров в секунду, но менее скорости звука в данной среде, происходит взрывное горение или, иначе, дефлаграционный взрыв и формируется волна давления.
Применительно к авариям, сопровождавшимся выбросом горючих газов и формированием облака ГВС, под дефлаграционным взрывом обычно подразумевают горение облака со скоростью 50÷300 м/c и образованием волны давления с максимальным давлением 20÷100 кПа.
Основным параметром, характеризующим специфику дефлаграционного взрыва, является скорость распространения пламени V, м/c.
Газовоздушные и паровоздушные смеси классифицируются по степени “чувствительности к ускорению пламени” вследствие автотурбулизации при распространении фронта горения по определенному типу подстилающей поверхности, способной изменять скорость распространения пламени.