4.2.2. Класифікація видів горіння

Горіння являє собою організований процес, необхідний для за­доволення різноманітних потреб людини в побуті і на виробництві. Тільки тоді, коли цей процес виходить з-під контролю людини й завдає їй лиха, він називається пожежею, а не горінням.

Процес горіння може бути повним і неповним. При надмірній кількості кисню в повітрі горіння буде повним. При повному згорян­ні утворюються продукти, які не можуть більше горіти, — вуглекис­лий або сірчаний гази, пара води, азоту. При недостатній кількості кисню горіння буде неповним. Неповне згоряння супроводжується утворенням продуктів неповного окислення, які є вибухонебезпеч­ними й токсичними речовинами, — оксиди вуглецю, альдегіди та ін. Так, при неповному згорянні деревини утворюються оксид вуглецю, пари метилового спирту, ацетону таі оцтової кислоти, які при зміні умов горіння можуть самі спалахувати або, у відповідних концент­раціях, чинити отруйну дію на організм людини.

Залежно від швидкості хімічної реакції та утворення горючої суміші горіння може відбуватися у вигляді тління (швидкість до де­кількох см/с), власне горіння (швидкість до декількох м/с), вибуху (швидкість до декількох сотень м/с) і детонацій (швидкість до де­кількох тисяч м/с).

Швидкість горіння залежить від кількісних і якісних показників горючої суміші та імпульсу запалювання, які в процесі горіння мо­жуть змінюватися або залишатися постійними. Так, наприклад, при збільшенні дисперсності твердої горючої речовини або її здатності виділяти горючі гази й пару стрімко зростає і швидкість горіння. Крім того, горіння речовини може відбуватися інтенсивніше при збільшенні її питомої поверхні.

Залежно від швидкості розповсюдження полум'я горіння класи­фікується як дефлаграційне, що відбувається з дозвуковими швидко­стями, або як детонаційне, що має надзвукові швидкості. Однак та­кий поділ процесів горіння є досить умовним.

Нормальною швидкістю горіння називається швидкість перемі­щення полум'я по нерухомій суміші вздовж нормалі до її поверхні. При дефлаграційному горінні ця швидкість, як правило, становить від декількох сантиметрів до декількох метрів на секунду. Напри­клад, нормальна швидкість горіння метану (10,5 %) з повітрям ста­новить 37 см/с.

Повільне рівномірне розповсюдження горіння стійке лише в то­му випадку, коли воно не супроводжується підвищенням тиску. Як­що горіння відбувається в замкнутому просторі, то тоді за рахунок теплопровідності й високої температури незгорілий газ починає ру­хатися. Невпорядкований рух газів у суміші, що горить, викликає значне збільшення поверхні фронту полум'я, що призводить до ви­буху. Реальні вибухи горючих сумішей мають переважно дефлагра-

ційний характер.

Вибух — це швидке перетворення речовини (вибухове горіння), що супроводиться виділенням енергії та утворенням стиснених газів.

У процесі горіння подальше розповсюдження полум'я посилює стиснення незгорілого газу перед фронтом полум'я. Це стиснення відбувається у вигляді послідовних слабких ударних хвиль. Кожна наступна ударна хвиля проходить з більшою швидкістю, ніж попе­редня, і, відповідно, її доганяє. На деякій відстані перед фронтом по­лум'я ударні хвилі з'єднуються в одну потужну ударну хвилю. Така ударна хвиля призводить до сильного стиснення й розігрівання газу. Коли температура в ударній хвилі стає досить високою, виникає но­вий стійкий режим — детонація. При детонаціях передача теплоти здійснюється вже не шляхом повільного процесу теплопровідності, а шляхом розповсюдження ударної хвилі.

Детонація — це горіння, що розповсюджується зі швидкістю, яка перевищує швидкість звуку (тисячі метрів за секунду).

Детонація характеризується різким стрибком тиску до 20-30 кПа в точці утворення ударної хвилі. Детонація в газових сумі­шах може відбуватися тільки за наявності відповідного мінімально необхідного початкового тиску й відповідної концентрації горючої

речовини в суміші. Наприклад, детонація ацетиленоповітряної сумі­ші може статися тільки при об'ємному вмісті ацетилену від 6,5 до 15 %. Дозвукове горіння поділяється на ламінарне та турбулентне.

Ламінарне горіння характеризується пошаровим поширенням фронту полум'я по свіжій горючій суміші, турбулентне — змішу­ванням шарів потоку.

Горючі системи можуть бути хімічно однорідними й неоднорід­ними, тому горіння їх буває гомогенним і гетерогенним.

При гомогенному горінні реагуючі речовини перебувають в однаковому агрегатному стані — це суміші горючих газів, пари або пилу з повітрям, у яких рівномірно перемішані горюча речови­на й повітря.

Гомогенне горіння, швидкість якого визначається також швид­кістю хімічної реакції, називають ще кінетичним.

Кінетичне горіння — це горіння заздалегідь підготовленої го­рючої суміші.

Якщо горюча речовина й окислювач не перемішані між собою, відбувається дифузійне горіння. У цьому випадку процес горіння лі­мітується дифузією кисню в зону полум'я. Це спостерігається тоді, коли речовини перебувають у різних агрегатних станах і між ними є межа поділу фаз у горючій системі (рідкі й тверді горючі речовини). Таке горіння дістало назву «гетерогенного».

Гетерогенне горіння відбувається тоді, коли утворюється потік горючих газоподібних речовин. Таке горіння одночасно є дифузій­ним. Дифузія як процес протікає повільно.

Більшість пожеж характеризується переважно гетерогенним ди­фузійним горінням, яке лімітується дифузією кисню повітря в осере­док горіння.

Важливою особливістю всіх видів горіння є самоприскорюваль-ний характер хімічних реакцій, які можуть відбуватися за тепловими або ланцюговими механізмами.

Час, протягом якого повністю згоряє вся горюча суміш, склада­ється з часу, необхідного для виникнення контакту між горючою ре­човиною та окислювачем, і часу, протягом якого відбувається хіміч­на реакція окислення.

Залежно від співвідношення складових цього часу класифіку­ються і види горіння, описані в даному розділі.