Добавил:
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз: Предмет: Файл:
375.doc
Скачиваний:
25
Добавлен:
30.04.2022
Размер:
3.16 Mб
Скачать

Министерство образования и науки российской федерации

Государственное образовательное учреждение

высшего профессионального образования

ВОРОНЕЖСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ

АРХИТЕКТУРНО-СТРОИТЕЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ

А.А. Однолько, С.А. Колодяжный, Н.А. Старцева

ТЕОРИЯ ГОРЕНИЯ И ВЗРЫВА.

ВОЗНИКНОВЕНИЕ И РАСПРОСТРАНЕНИЕ ГОРЕНИЯ.

ОЦЕНКА ПОЖАРОВЗРЫВООПАСНОСТИ

ВЕЩЕСТВ И МАТЕРИАЛОВ

Курс лекций

Рекомендовано редакционно-издательским советом

Воронежского государственного

архитектурно-строительного университета

в качестве учебного пособия для студентов,

обучающихся по специальности 280705.65 «Пожарная безопасность»

Воронеж 2011

УДК 614.841

ББК 38.96:24.54я7

О-432

О-432

Однолько, А.А.

Теория горения и взрыва. Возникновение и распространение горения. Оценка пожаровзрывоопасности веществ и материалов : курс лекций / А. А. Однолько, С.А. Колодяжный, Н. А. Старцева; Воронеж. гос. арх.-строит. ун-т. – Воронеж, 2011. – 136 с.

Рассмотрены основные понятия теории горения и взрыва, физико-химические основы возникновения и распространения горения по газопаровоздушным смесям, жидкостям, целлюлозным и полимерным твердым веществам, пылевоздушным смесям и металлам, сущность и порядок оценки пожаровзрывоопасности веществ и материалов. Показано применение теоретических основ горения и взрыва для обеспечения пожарной безопасности. Приведены зависимости и примеры решения задач по расчету объема воздуха, необходимого для горения и продуктов горения, тепловых эффектов реакции горения, расчету показателей пожаровзрывоопасности веществ и материалов.

Курс лекций предназначен для студентов, обучающихся по специальности 280705.65 «Пожарная безопасность».

Табл. 8. Ил. 28. Библиограф.: 23 назв.

УДК 614.841

ББК 38.96:24.54я7

Рецензенты:

кафедра «Технология и обеспечение гражданской обороны в чрезвычайных ситуациях» Воронежского государственного технического университета;

Я.И. Коренман, проф. кафедры физической и аналитической химии Воронежской государственной технологической академии, д. х. н., Заслуженный деятель науки

и техники Российской Федерации, академик МАЕЭ;

А.М. Ненуженко, полковник внутренней службы, начальник Государственного учреждения Федеральной противопожарной службы «Судебно-экспертное учреждение «Испытательная пожарная лаборатория»»

по Воронежской области

ISBN 978-5-89040-346-9 © Однолько А. А., Колодяжный С. А.,

Старцева Н. А., 2011

© Воронежский государственный

архитектурно-строительный

университет, 2011

Оглавление Введение

Пожары всегда приводили к гибели, травмированию значительного числа людей и материальным потерям. С усложнением технологических процессов производства, конструкций возводимых людьми сооружений опасность пожаров возрастает. В настоящее время в мире ежегодно происходит порядка 6 млн пожаров, гибнет от огня порядка 50 тыс. человек, около 6 млн травмируется1.

В нашей стране обстановка с пожарами складывается особенно остро. Среднее число погибших на пожарах в расчете на 1 млн жителей в России составляет более 100 человек, что на порядок больше, чем в развитых странах.

В основе пожара лежит горение, поэтому эффективная борьба с пожарами невозможна без понимания природы горения.

Теория горения и взрыва – общепрофессиональная дисциплина и является теоретической базой для таких специальных дисциплин, как «Пожарная тактика», «Пожарная безопасность в строительстве», «Пожарная безопасность технологических процессов производства», «Пожарная безопасность электроустановок» и др.

Теория горения и взрыва основывается на достижениях фундаментальных наук – физики, химии и других.

Ниже приведены основные положения математических и естественнонаучных дисциплин, используемых в учебной дисциплине «Теория горения и взрыва».

МАТЕМАТИКА: методы вычислений, определение погрешностей измерений [18];

ФИЗИКА: физические основы молекулярно-кинетической теории, основы термодинамики, агрегатное состояние и фазовые переходы;

ХИМИЯ: атомно-молекулярное учение, химическая термодинамика, химическая кинетика, основные законы и понятия химии;

ИНФОРМАТИКА: прикладные программы для расчета показателей пожаровзрывоопасности.

В первой главе пособия приведена историческая справка развития науки о горении, рассмотрены условия возникновения и прекращения горения, классификация процессов горения, понятия пламени, продуктов горения, тепловых эффектов процессов горения. Приведены основные зависимости для решения задач по расчету объема воздуха, необходимого для горения и продуктов горения, а также теплоты и температуры горения.

Во второй и третьей главе рассмотрены механизмы возникновения горения: самовоспламенение, вынужденное воспламенение (зажигание) и самовозгорание (тепловое, химическое и микробиологическое). Показаны подходы к снижению пожарной опасности веществ.

Четвертая глава посвящена горению газопаровоздушных смесей. Особое внимание уделено влиянию различных факторов на такой значимый для газов показатель пожаровзрывоопасности, как концентрационные пределы распространения пламени. Приведены основные зависимости для расчета концентрационных пределов распространения пламени, примеры решения задач. Рассмотрено развитие горения газов (паров) в режиме взрыва.

В пятой главе разбирается воспламенение и горение жидкостей, показаны особенности возникновения и распространения горения в резервуарах. Приведены основные зависимости и примеры расчета температуры вспышки индивидуальных веществ и их смесей, а также температурных пределов распространения пламени.

Шестая глава посвящена горению твердых веществ и материалов (ТГВМ). Подробно рассмотрены процессы, протекающие при возникновении горения целлюлозных материалов, показаны отличия от процессов, протекающих в других ТГВМ. Изложены теоретические основы огнезащиты. Особое внимание уделено развитию пожаров в помещениях (явления общей и обратной вспышки), газообмену в них, рассмотрено понятие очага пожара и очаговых признаков. В этой же главе разбираются особенности горения пылевоздушных смесей и металлов.

В седьмой главе рассматривается понятие и методика оценки пожаровзрывоопасности веществ и материалов, приводится классификация веществ по ГОСТ 12.1.044 [7].

Параллельно изучению основных положений теории горения и взрыва иллюстрируется их применение при обеспечении пожарной безопасности.

Вопросы для самоконтроля приведены в конце каждой подглавы.

Приводится предметный указатель основных понятий и определений.

В приложении приведен перечень показателей пожаровзрывоопасности веществ и материалов и методы их определения.

Принятые сокращения

ВиМ – вещества и материалы;

ГПВС – газопаровоздушные смеси;

КПРП – концентрационные пределы распространения пламени;

НКПРП – нижний концентрационный предел распространения пламени;

ПБ – пожарная безопасность;

ПВО – пожаровзрывоопасность;

ТГВМ – твердые горючие вещества и материалы;

ТПРП – температурные пределы распространения пламени.

Глава 1. Основные положения

теории горения и взрыва

1.1. Понятие горения

1.1.1. Актуальность и история развития науки о горении

Пожары во все времена были настоящим бедствием. Известно, что пожарами неоднократно уничтожались целые города: Рим (70 г. до н. э.), Лондон (1666 г.), Москва (1812 г.), Гамбург (1812 г.), Сан-Франциско (1906 г.) и т.д.

Однако особенно острой проблема пожаров стала во второй половине  века. В мире ежегодно происходит до 6 млн пожаров, гибнет от огня порядка 50 тыс. человек, около 6 млн травмируется1.

Прослеживается следующая тенденция – при росте населения на 1 % число пожаров увеличивается на 5 %, потери растут на 10 %. В развитых странах «стоимость» пожаров составляет порядка 1% (0,9 – 1,1 %) валового национального продукта2. Образно говоря, 3 дня в году национальная экономика работает на пожары. Кроме этого, темпы роста потерь от пожаров превышают темпы роста национального дохода.

В то же время в ряде развитых стран в последнее время происходят существенные сдвиги в усилении пожарной безопасности, что проявляется в уменьшении абсолютных и относительных показателей гибели и травмирования людей на пожарах, а также ущерба от пожаров. Это достигается, в частности, тем, что затраты на обеспечение пожарной безопасности почти в два раза превышают потери.

Необходимо отметить, что в нашей стране обстановка с пожарами, несмотря на некоторое снижение их числа и погибших, в целом остается достаточно напряженной. В среднем ежедневно в Российской Федерации происходит порядка 500 пожаров, при которых гибнет 40 человека и столько же получают травмы, огнем уничтожается 150 строений, 30 единиц автотракторной техники и десяток голов скота. Ежедневный материальный ущерб составляет порядка 30 миллионов рублей3.

Более того, по гибели людей на пожарах Россия имеет один из наихудших показателей среди всех стран мира. Так, среднее число погибших в расчете на 1 млн жителей в России составляет более 100 человек, в США – порядка полутора десятков человек.

Известно, что в основе пожара лежит неконтролируемое горение – один из первых сложных физико-химических процессов, с которыми встретился человек еще на заре своего развития.

Можно сказать, что человек начал изучать горение с момента знакомства с ним, однако формирование науки о горении относится к более позднему периоду времени.

Выделим основные этапы познания горения [12-16].

До 17-го века господствовала так называемая теория Флогистона. Считалось, что все тела, способные гореть, содержат особое вещество – флогистон (огненная материя, вещество, выделяемое при горении), которое выделяется из них при горении. Это ошибочное представление о горении просуществовало около 100 лет.

18 век – научную основу сущности процесса горения установил М.В. Ломоносов. Он определил, что «горение есть соединение веществ с воздухом». Это открытие послужило толчком к установлению одного из самых фундаментальных законов природы – закона сохранения массы веществ при их физических и химических превращениях.

19 век – французский ученый Лавуазье уточнил, что горение – соединение веществ не с воздухом, а с кислородом воздуха.

Природой самовозгорания в средние века занимался Декарт (считал, что оно возникает вследствие движения соков растительного вещества), в 19 веке – Либих (пиритная теория).

Французские химики Маляp и Ле-Шателье описали механизм, природу горения и определили скорость распространения горения количественно.

Д.И. Менделеев внес значительный вклад в расчет теплоты горения. В практике используется формула Д.И. Менделеева для расчета теплоты горения, что необходимо для расчета давления взрыва.

Г.Г. Гесс исследовал тепловые эффекты реакции горения (закон Гесса, 1840 г.).

А.В. Михельсон (профессор Московского университета, 1890 г.) занимался теорией горения газов, в частности определением и расчетом нормальной скорости горения. Он установил, что склонность пламени к самопроизвольному и непрерывному распространению есть самое главное, самое фундаментальное свойство процессов горения. Также он занимался теорией горения газов, определил, что горение не может существовать, не распространяясь.

Основные положения теории горения газов сформулировал Зельдович в 40-х годах 20-го века при участии Н.Н. Семенова, Д.А. Франк-Каменецкого, К.И. Щелкина, Кеннета Вильсона.

Так постепенно, трудами многих ученых, создавалась наука о горении, которая играет большую роль в техническом прогрессе и защите личности от пожара.

Особое место в современной науке о горении занимает отечественная школа. Ее основоположник, академик Н.Н. Семенов – лауреат Нобелевской премии за создание теории цепных реакций, автор тепловой теории самовоспламенения.

Отметим еще несколько имен выдающихся отечественных и зарубежных исследователей и проблемы, решением которых они занимались:

академик Я.Д. Зельдович – тепловая теория потухания пламени;

пpофессоp Д.А. Фpанк-Каменецкий – тепловая теория распространения пламени, теория горения газов;

пpофессоp Н.П. Куpбатский (1908-1994) – пиpология, наука о лесных пожарах;

профессора Я.С. Киселев и В.Я. Киселев – теория самовозгорания;

профессора Т. Хирано (Токийский университет), А.П. Мишуев (МГСУ) – признанные в мире лидеры в области исследований горения и взрывов газов;

профессора А.Н. Баратов, А.Я. Корольченко (МГСУ) – горение веществ в различном агрегатном состоянии, оценка пожаровзрывоопасности веществ, разработка средств тушения;

доктор технических наук С.И. Таубкин – процессы горения, взрыва, детонации, исследование и экспертиза пожаров.

Значительный вклад в науку о горении в разное время внесли: академики А.Б. Налбандян, Н.Д. Зелинский, профессора О.М. Тодес, К.И. Щелкин, Л.Н.Хитpин, Л.А. Вулис, А.Н. Люлька (горение в ракетных двигателях), В.Т. Глушков, В. Дpайздейл (США) [15], Л.П. Вогман (ВНИИПО) [13].

Необходимо также отметить вклад, внесенный в теоретическую и методическую постановку учебных дисциплин, изучающих природу горения, профессорско-преподавательским составом кафедры процессов горения ВИПТШ МВД СССР /АГПС МЧС России (И.М.Абдурагимов, А.С.Андросов, С.А. Бобков, И.Р. Бегишев, Л.К. Исаева и др.).

Вопросы для самоконтроля

  1. Приведите данные, характеризующие обстановку с пожарами в мире и в России.

  2. Перечислите отечественных исследователей, занимавшихся проблемами горения.

  3. Перечислите положения математических и естественных наук, на которых основывается теория горения и взрыва.

  4. Перечислите, для каких специальных дисциплин теория горения и взрыва является базовой.

Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]