Теория горения и взрыва. Учебное пособие (практикум)

В составе дисперсионной среды дыма, образующегося на по­жарах при горении органических веществ, кроме продуктов пол­ного и неполного сгорания, содержатся продукты термоокисли­тельного разложения горючих веществ. Образуются они при нагреве еще негорящих горючих веществ, находящихся в среде воздуха или дыма, содержащего кислород. Обычно это происходит перед факелом пламени или в верхних частях помещений, где находятся нагретые продукты сгорания.

Состав продуктов термоокислительного разложения зависит от химической природы горючих веществ, температуры и условий контакта с окислителем (в частности, – от коэффициента избытка воздуха). Так, исследования показывают, что при термоокисли­тельном разложении горючих веществ, в молекулах которых со­держатся гидроксильные группы, всегда образуется вода. Если в составе горючих веществ находятся углерод, водород и кислород, продуктами термоокислительного разложения чаще всего являют­ся углеводороды, спирты, альдегиды, кетоны и органические кис­лоты. Если в составе горючих веществ, кроме перечисленных эле­ментов, есть хлор или азот, то в дыме находятся также хлористый и цианистый водород, окислы азота и другие соединения.

Большинство продуктов термоокислительного разложения, так же как и продукты неполного сгорания, способны гореть. На пожарах при достаточном притоке воздуха к очагу горения эти вещества в дыме смешаны с продуктами полного сгорания и кон­центрация их невелика, поэтому горючей смеси они образовать не могут. На пожарах в зданиях при недостаточном притоке воздуха к очагу горения или при тлении твердых горючих веществ концен­трация продуктов неполного сгорания и термоокислительного раз­ложения в дыме значительно увеличивается, а продуктов полного сгорания – уменьшается. Это ведет к образованию дыма, способ­ного гореть при условии притока к нему свежего воздуха и даже создавать взрывоопасную газовую смесь. В практике тушения по­жаров были случаи, когда после открывания закрытых помещений, где происходил пожар, наблюдался взрыв. Взрывоопасная смесь возникала в результате поступления в помещение воздуха и сме­шения его с дымом, содержащим большое количество продуктов неполного сгорания и термоокислительного разложения.

В последние десятилетия наблюдается резкое расширение производства и использования новых химических материалов в промышленности, строительстве и быту (различные полимерные материалы: пластмассы, декоративные пластики и др.). В дыме этих продуктов могут присутствовать хлористый водород, серово­дород, окислы азота, синильная кислота и многие другие вредные для дыхания вещества.

пользовать законы и методы математики, естественных, гуманитар­ных и экономических наук при решении профессиональных задач (ОК-11); способность применять на практике навыки проведения и описания исследований, в том числе экспериментальных (ОК-16).

пользовать законы и методы математики, естественных, гуманитар­ных и экономических наук при решении профессиональных задач (ОК-11); способность применять на практике навыки проведения и описания исследований, в том числе экспериментальных (ОК-16).

Критические условия возникновения горения являются ре­зультатом нарушения теплового равновесия между реагирующей системой и окружающей средой.

Простейшим примером возникновения горения можно счи­тать тепловое самовоспламенение, которое возникает при наруше­нии теплового равновесия между реагирующей системой и окру­жающей средой. Академиком Н. Н. Семеновым и его учениками было открыто и детально исследовано явление цепного самовос­пламенения, реализация которого происходит при нарушении рав­новесия между образованием и расходованием активных продук­тов автокаталитической реакции. Условие возникновения само­воспламенения связывает все параметры, влияющие на скорость реакции и на отвод тепла или активных продуктов в окружающую среду. Самовоспламенение происходит при изменении любого из этих параметров: либо свойств горючей смеси, либо размеров со­суда, в котором протекает реакция. Наибольшее влияние на ско­рость реакции, по сравнению с другими факторами, имеет темпе­ратура. Критические условия зажигания местным тепловым им­пульсом также заключаются в нарушении теплового равновесия горючей системы. Условие самовоспламенения в простейшем слу­чае включает только свойства и объем горючей смеси. Температу­ра стенок сосуда, в котором находится смесь, предполагается за­данной и постоянной. За время развития процесса самовоспламе­нения она практически не изменяется. При этих допущениях, хотя воспламенение и зависит от условий теплоотдачи, последние мо­гут приниматься независящими от свойств стенок сосуда. Поэто-

зажигающей поверхности, вплоть до полного окружения его объе­ма горючей смеси, реализуется непрерывный переход от зажига­ния к самовоспламенению. После зажигания смеси каким-либо источником возможны два варианта: затухание пламени вблизи источника зажигания или его распространение на весь объем го­рючей смеси. Реализация того или иного варианта зависит, прежде всего, от состава смеси, от концентрации горючего компонента. Для возможности распространения пламени важна не начальная температура смеси, а температура, развивающаяся при горении.

Заметные превращения компонентов исходной смеси начина­ются при температуре примерно 700 К; в зоне реакции температу­ра достигает 1500−1600 К. За зоной активной реакции наблюдает­ся некоторое увеличение температуры, далее имеет место область примерно постоянной температуры, в которой потери тепла на из­лучение, конвекцию и диффузионное охлаждение компенсируются выделениями тепла за счет рекомбинации радикалов и догорания избытка топлива. Затем пламя охлаждается и превращается в горя­чий газ. Ширина зоны реакции составляет 0,2−0,4 мм. Распростра­нение пламени по горючей газовой смеси характеризуется величи-

порядка свободного пробега молекул. В этих условиях работа сжа­тия преобразуется в тепловую энергию, происходящий при этом разогрев приводит к самовоспламенению горючей смеси.