Kinetičko sagorijevanje je izgaranje prethodno pomiješane mješavine goriva i oksidatora.

U tom slučaju, plamen kroz zapaljivu smjesu će se širiti u svim smjerovima. Volumen zahvaćen plamenom će se povećati. Plamen se uvijek širi prema nesagorenoj smjesi.

Rice. 7.1. Šema širenja plamena kroz prethodno izmiješanu homogenu smjesu: 1 – početna zapaljiva smjesa; 2 – front plamena; 3 - proizvodi sagorevanja; d f.p. – debljina fronta plamena

Uska traka između početne smjese (1) i produkata izgaranja (PG) (3) je plamen (2). Za većinu mješavina ugljikovodika sa zrakom, debljina ove trake je 0,1-1,0 mm. Ovo je zona sagorevanja ili front plamena. U njemu se odvija hemijska reakcija i oslobađa se sva toplota. Sjaj je rezultat prisustva CH, HCO, C2 itd. radikala u njemu.

Dakle, front plamena je uska svijetleća zona koja razdvaja stakleničko plinove i originalnu zapaljivu smjesu.

Na frontu plamena, kao rezultat kemijske reakcije sagorijevanja, koncentracija početnih komponenti naglo opada na nulu, a temperatura dostiže svoju maksimalnu vrijednost. Zbog molekularne toplinske provodljivosti, temperatura ispred reakcione zone monotono raste od početne temperature zapaljive smjese do temperature bliske temperaturi sagorijevanja, formirajući zonu fizičkog grijanja.

Budući da debljina zone plamena u pravilu ne prelazi dijelove mm, front plamena se konvencionalno smatra ravninom.

Ako se front plamena pomera, tada se plamen naziva nestacionarni, ako se ne pomjeri – stacionarni.

Glavne karakteristike su:

Normalna brzina širenja plamena je brzina kojom se front plamena kreće u odnosu na neizgoreli gas u pravcu okomitom na njegovu površinu. Normalna brzina je funkcija serije fizička i hemijska svojstva smjesu i brzinu kemijske reakcije na temperaturi sagorijevanja.

Ovo je jedna od karakteristika opasnosti od požara gasovitih materija. Budući da je određen fizičko-hemijskim svojstvima zapaljive smjese, naziva se i fundamentalnim.

Stopa masovnog sagorevanja. Ovo je masa tvari koja je izgorjela u jedinici vremena od jedinične površine fronta plamena.

Postoje dvije teorije koje objašnjavaju prirodu širenja plamena kroz zapaljivu smjesu.

Prema teoriji difuzije, kretanje fronta plamena nastaje zbog difuzije aktivnih čestica nastalih u zoni sagorijevanja - radikala - u svježu smjesu, gdje pokreću kemijsku reakciju.

Prema termalnoj teoriji, kretanje fronta plamena se odvija zbog prijenosa topline toplinskim vođenjem u svježu smjesu, zbog čega se potonja zagrijava do temperature samozapaljenja, nakon čega slijedi kemijska reakcija.

U stvari, postoje elementi obe teorije, jer proces je veoma složen.

Faktori koji utiču normalna brzina:

Koncentracija i sastav zapaljive smjese.

Teoretski, u n bi trebao biti maksimum na j st. Gotovo maksimum se javlja u mješavini koja sadrži više goriva od stehiometrijskog omjera (a in< 1 – богатая смесь). u н для различных газов составляет ~ 0,3 – 1,6 м/с. Она редко превышает значение 2,5 м/с, а для углеводородно-воздушных смесей находится в пределах 0,4 – 0,8 м/с. Смеси, имеющие u н < 0,04 м/с, не способны к распространению пламени.

Prisustvo flegmatizatora (N 2 , CO 2 , H 2 O (para), Ar, itd.).

Primjećuje se efekat razrjeđivanja, što podrazumijeva smanjenje brzine reakcije, stvaranja topline i u n. Efikasnost flegmatizirajućih plinova određena je njihovim termofizičkim svojstvima.

Temperatura (početna) zapaljive smjese. Kako se T o povećava, temperatura zapaljive mješavine raste: T g = T o + Q n /(ås r i V PG i)

Homogeno i heterogeno sagorevanje.

Na osnovu razmatranih primjera, na osnovu stanja agregacije mješavine goriva i oksidatora, ᴛ.ᴇ. u zavisnosti od broja faza u mešavini, postoje:

1. Homogeno sagorevanje gasovi i pare zapaljivih materija u gasovitom oksidacionom okruženju. Međutim, reakcija sagorevanja se dešava u sistemu koji se sastoji od jedne faze (agregatno stanje).

2. Heterogeno sagorevanječvrste zapaljive supstance u gasovitom oksidacionom okruženju. U ovom slučaju reakcija se odvija na granici, dok se homogena reakcija odvija u cijelom volumenu.

Ovo je sagorijevanje metala, grafita͵ ᴛ.ᴇ. praktično neisparljivi materijali. Mnoge gasne reakcije imaju homogeno-heterogenu prirodu, kada je mogućnost nastanka homogene reakcije posledica nastanka simultano heterogene reakcije.

Sagorijevanje svih tekućih i mnogih čvrstih tvari, iz kojih se oslobađaju pare ili plinovi (isparljive tvari), događa se u plinovitoj fazi. Čvrste i tečne faze igraju ulogu rezervoara reagujućih produkata.

Na primjer, heterogena reakcija spontanog sagorijevanja uglja prelazi u homogenu fazu sagorijevanja isparljivih tvari. Ostatak koksa gori heterogeno.

Na osnovu stepena pripremljenosti zapaljive smjese razlikuju se difuzijsko i kinetičko sagorijevanje.

Vrste sagorevanja koje se razmatraju (osim za eksplozive) odnose se na difuziono sagorevanje. Plamen, ᴛ.ᴇ. Zona sagorijevanja mješavine goriva i zraka mora se stalno napajati gorivom i kisikom kako bi se osigurala stabilnost. Opskrba zapaljivim plinom ovisi samo o brzini njegovog dovoda u zonu sagorijevanja. Brzina ulaska zapaljive tečnosti zavisi od intenziteta njenog isparavanja, ᴛ.ᴇ. na pritisak pare iznad površine tečnosti, a samim tim i na temperaturu tečnosti. Temperatura paljenja Uobičajeno je da se naziva najniža temperatura tekućine pri kojoj se plamen iznad njene površine neće ugasiti.

Sagorevanje čvrstih materija se razlikuje od sagorevanja gasova po prisustvu faze razgradnje i gasifikacije sa naknadnim paljenjem isparljivih proizvoda pirolize.

Piroliza- grijanje organske materije na visoke temperature bez pristupa vazduha. U tom slučaju dolazi do razgradnje, odnosno cijepanja, složenih spojeva na jednostavnije (koksiranje uglja, krekiranje nafte, suha destilacija drveta). Iz tog razloga, sagorijevanje čvrste zapaljive tvari u produkt sagorijevanja nije koncentrirano samo u zoni plamena, već ima višestepeni karakter.

Zagrijavanjem čvrste faze dolazi do raspadanja i oslobađanja plinova koji se pale i izgaraju. Toplota iz baklje zagrijava čvrstu fazu, uzrokujući njenu rasplinjavanje i proces se ponavlja, čime se održava sagorijevanje.

Model čvrstog sagorevanja pretpostavlja prisustvo sledećih faza (slika 17):

Rice. 17. Model sagorijevanja

čvrsta materija.

Zagrevanje čvrste faze. Za topljive supstance, topljenje se dešava u ovoj zoni. Debljina zone zavisi od temperature provodljivosti supstance;

Piroliza, ili reakciona zona u čvrstoj fazi, u kojoj nastaju gasovite zapaljive supstance;

Predplamen u gasnoj fazi, u kojoj se formira mešavina sa oksidom;

Plamen, ili reakciona zona u gasnoj fazi, u kojoj dolazi do transformacije produkata pirolize u gasovite produkte sagorevanja;

Proizvodi sagorevanja.

Brzina dovoda kiseonika u zonu sagorevanja zavisi od njegove difuzije kroz produkt sagorevanja.

Općenito, budući da brzina kemijske reakcije u zoni izgaranja u tipovima gorenja koja se razmatra ovisi o brzini ulaska reagujućih komponenti i površine plamena putem molekularne ili kinetičke difuzije, ovaj tip sagorevanje se zove difuzija.

Struktura plamena difuznog sagorevanja sastoji se od tri zone (slika 18):

Zona 1 sadrži gasove ili pare. U ovoj zoni nema sagorevanja. Temperatura ne prelazi 500 0 C. Dolazi do raspadanja, pirolize isparljivih tvari i zagrijavanja do temperature samozapaljenja.

Rice. 18. Struktura plamena.

U zoni 2 nastaje mešavina para (gasova) sa atmosferskim kiseonikom i dolazi do nepotpunog sagorevanja do CO sa delimičnom redukcijom u ugljenik (malo kiseonika):

C n H m + O 2 → CO + CO 2 + H 2 O;

U 3. vanjskoj zoni dolazi do potpunog sagorijevanja proizvoda druge zone i uočava se maksimalna temperatura plamena:

2CO+O 2 =2CO 2 ;

Visina plamena je proporcionalna koeficijentu difuzije i brzini protoka gasa i obrnuto proporcionalna gustini gasa.

Sve vrste difuznog sagorevanja svojstvene su požarima.

Kinetic Sagorijevanjem se obično naziva sagorijevanje prethodno pomiješanog zapaljivog plina, pare ili prašine s oksidantom. U ovom slučaju, brzina gorenja ovisi samo o fizičko-kemijskim svojstvima zapaljive smjese (toplotna provodljivost, toplinski kapacitet, turbulencija, koncentracija tvari, tlak, itd.). Iz tog razloga, brzina gorenja naglo raste. Ova vrsta sagorijevanja svojstvena je eksplozijama.

U ovom slučaju, kada se zapaljiva smjesa zapali u bilo kojoj tački, front plamena se pomiče iz produkata izgaranja u svježu smjesu. Tako je plamen pri kinetičkom sagorevanju najčešće nestalan (Sl. 19).

Rice. 19. Šema širenja plamena u zapaljivoj smeši: - izvor paljenja; - smjer kretanja fronta plamena.

Iako, ako prethodno pomiješate zapaljivi plin sa zrakom i ubacite ga u gorionik, tada će se, kada se zapali, formirati stacionarni plamen, pod uvjetom da je brzina protoka mješavine jednaka brzini širenja plamena.

Ako se poveća brzina dovoda plina, plamen se odvaja od gorionika i može se ugasiti. A ako se brzina smanji, plamen će se uvući u gorionik uz moguću eksploziju.

Prema stepenu sagorevanja, ᴛ.ᴇ. potpunost reakcije sagorevanja do krajnjih proizvoda, dolazi do sagorevanja kompletan i nepotpun.

Dakle, u zoni 2 (slika 18) sagorevanje je nepotpuno, jer Nedovoljna je opskrba kisikom, koji se djelomično troši u zoni 3, te se formiraju međuprodukti. Potonji izgaraju u zoni 3, gdje ima više kisika, do potpunog izgaranja. Prisustvo čađi u dimu ukazuje na nepotpuno sagorijevanje.

Drugi primjer: kada postoji nedostatak kisika, ugljik sagorijeva u ugljični monoksid:

Ako dodate O, reakcija se završava:

2SO+O 2 =2SO 2.

Brzina gorenja ovisi o prirodi kretanja plinova. Iz tog razloga se pravi razlika između laminarnog i turbulentnog sagorijevanja.

Dakle, primjer laminarnog sagorijevanja je plamen svijeće u mirnom zraku. At laminarno sagorevanje slojevi gasova teku paralelno, bez kovitlanja.

Turbulentno sagorevanje– vrtložno kretanje gasova, pri čemu se gasovi sagorevanja intenzivno mešaju i front plamena je zamućen. Granica između ovih tipova je Reynoldsov kriterij, koji karakterizira odnos između sila inercije i sila trenja u strujanju:

gdje: u- brzina protoka gasa;

n- kinetički viskozitet;

l– karakteristična linearna veličina.

Reynoldsov broj pri kojem dolazi do prijelaza laminarnog graničnog sloja u turbulentni obično se naziva kritičnim Re cr, Re cr ~ 2320.

Turbulencija povećava brzinu sagorijevanja zbog intenzivnijeg prijenosa topline sa produkata izgaranja na svježu smjesu.

Difuzija i kinetičko sagorijevanje. - koncept i vrste. Klasifikacija i karakteristike kategorije "Difuzija i kinetičko sagorevanje". 2017, 2018.

Sve zapaljive (zapaljive) tvari sadrže ugljik i vodik - glavne komponente mješavine plina i zraka uključene u reakciju sagorijevanja. Temperatura paljenja zapaljivih materija i materijala varira i za većinu ne prelazi 300°C.

Fizičko-hemijska osnova sagorevanja leži u termičkoj razgradnji supstance ili materijala do ugljikovodičnih para i gasova, koji pod uticajem visokih temperatura ulaze u hemijsku reakciju sa oksidacionim agensom (kiseonikom vazduha), pretvarajući se tokom sagorevanja. prerađuje u ugljični dioksid (ugljični dioksid), ugljični monoksid (ugljični monoksid), čađ (ugljik) i vodu, a to proizvodi toplinsko i svjetlosno zračenje.

Paljenje je proces širenja plamena kroz mešavinu gas-para i vazduha. Kada je brzina protoka zapaljivih para i plinova s ​​površine tvari jednaka brzini širenja plamena duž njih, uočava se stabilno plameno sagorijevanje. Ako je brzina plamena veća od brzine protoka para i gasova, tada mešavina gas-para-vazduh izgara i plamen se samougasi, tj. blic.

U zavisnosti od brzine strujanja gasa i brzine širenja plamena kroz njih, može se uočiti:

sagorijevanje na površini materijala, kada je brzina oslobađanja zapaljive smjese s površine materijala jednaka brzini širenja vatre duž nje;

sagorijevanje s odvajanjem od površine materijala, kada je brzina oslobađanja zapaljive smjese veća od brzine širenja plamena duž nje.

Sagorijevanje mješavine plin-para i zraka dijeli se na difuzijsko ili kinetičko.

Kinetičko sagorijevanje je sagorijevanje prethodno pomiješanih zapaljivih plinova i oksidatora (kiseonik zraka). Ova vrsta sagorijevanja je izuzetno rijetka kod požara. Međutim, često se nalazi u tehnološkim procesima: plinsko zavarivanje, rezanje itd.

Tokom difuznog sagorevanja, oksidant ulazi u zonu sagorevanja izvana. Dolazi, po pravilu, ispod plamena zbog vakuuma koji se stvara u njegovoj osnovi. Na vrhu plamena, toplota koja se oslobađa tokom procesa sagorevanja stvara pritisak. Glavna reakcija sagorijevanja (oksidacija) se događa na granici plamena, jer mješavine plina koje teku s površine tvari sprječavaju prodiranje oksidatora duboko u plamen (istiskuju zrak). Većina zapaljive smjese u središtu plamena, koja nije ušla u oksidacijsku reakciju s kisikom, proizvodi su nepotpunog izgaranja (CO, CH4, ugljik, itd.).

Difuzijsko sagorijevanje, zauzvrat, može biti laminarno (mirno) i turbulentno (neujednačeno u vremenu i prostoru). Laminarno sagorevanje je karakteristično kada je brzina strujanja zapaljive smeše sa površine materijala jednaka brzini širenja plamena duž nje. Turbulentno sagorevanje nastaje kada je brzina izduvnih gasova

zapaljiva smjesa znatno premašuje brzinu širenja plamena. U tom slučaju, granica plamena postaje nestabilna zbog velike difuzije zraka u zonu sagorijevanja. Nestabilnost se prvo javlja na vrhu plamena, a zatim se kreće u bazu. Takvo sagorijevanje se javlja kod požara sa njihovim volumetrijskim razvojem (vidi dolje).

Izgaranje tvari i materijala moguće je samo uz određenu količinu kisika u zraku. Eksperimentalno se utvrđuje sadržaj kisika, pri kojem je isključena mogućnost sagorijevanja različitih tvari i materijala. Dakle, za karton i pamuk, samogašenje se javlja pri 14% (vol.) kiseonika, a za poliestersku vunu - na 16% (vol.).

Uklanjanje oksidirajućeg agensa (kiseonika vazduha) je jedna od mjera zaštite od požara. Stoga skladištenje zapaljivih i zapaljivih tekućina, kalcijum karbida, alkalnih metala, fosfora treba obavljati u dobro zatvorenim posudama.

7.3.2. Izvori paljenja

Neophodan uslov za paljenje zapaljive smeše su izvori paljenja. Izvori paljenja dijele se na otvorenu vatru, toplinu grijaćih elemenata i uređaja, električna energija, energija mehaničkih iskri, pražnjenja statičkog elektriciteta i munje, energija procesa samozagrevanja supstanci i materijala (spontano sagorevanje) itd. Posebnu pažnju treba posvetiti identifikaciji izvora paljenja dostupnih u proizvodnji.

Karakteristični parametri izvora paljenja uzimaju se prema:

Temperatura kanala munje je 30.000°C sa jačinom struje od 200.000 A i vremenom djelovanja od oko 100 μs. Energija iskrističnog pražnjenja od sekundarnog udara groma prelazi 250 mJ i dovoljna je za paljenje zapaljivih materijala sa minimalnom energijom paljenja do 0,25 J. vrijednosti od 100 J ili više, što je dovoljno za zapaljenje svih zapaljivih materijala materijala.

Polivinilhloridna izolacija električni kabl(žice) se pali kada je omjer struje kratkog spoja veći od 2,5.

Temperatura čestica zavarivanja i čestica nikla žarulja sa žarnom niti dostiže 2100°C. Temperatura kapljica pri rezanju metala je 1500°C. Temperatura luka tokom zavarivanja i rezanja dostiže 4000°C.

Zona raspršivanja čestica pri kratkom spoju na visini žice od 10 m kreće se od 5 (vjerovatnoća udara 92%) do 9 (vjerovatnoća udara 6%) m; kada se žica nalazi na visini od 3 m - od 4 (96%) do 8 m (1%); kada se nalazi na visini od 1 m - od 3 (99%) do 6 m (6%).

Maksimalna temperatura, °C, na sijalici sijalice sa žarnom niti zavisi od snage, W: 25 W - 100 °C; 40 W - 150°C; 75 W - 250°C; 100 W - 300°C; 150 W - 340°C; 200 W - 320°C; 750 W - 370°C.

Sparks statički elektricitet, koji nastaje kada ljudi rade s pokretnim dielektričnim materijalima, dostižu vrijednosti od 2,5 do 7,5 mJ.

Temperatura plamena (tinjanje) i vrijeme gorenja (tinjanje), °C (min), nekih niskokaloričnih izvora topline: cigareta koja tinja - 320-410 (2-2,5); cigareta koja tinja - 420-460 (26-30); goruća šibica - 620-640 (0,33).

Za varnice dimnjaci, kotlarnice, cijevi parnih i dizel lokomotiva, kao i

drugih mašina, požara, utvrđeno je da je varnica prečnika 2 mm opasna za požar ako ima temperaturu od oko 1000°C, prečnika 3 mm - 800°C, a prečnika 5 mm - 600°C.

1.3.3. Spontano sagorevanje

Spontano sagorijevanje je svojstveno mnogim zapaljivim tvarima i materijalima. Ovo je karakteristična karakteristika ove grupe materijala.

Spontano sagorevanje može biti sledećih tipova: termičko, hemijsko, mikrobiološko.

Toplinsko spontano sagorevanje se izražava u akumulaciji toplote od strane materijala, pri čemu dolazi do samozagrevanja materijala. Temperatura samozagrijavanja tvari ili materijala pokazatelj je opasnosti od požara. Za većinu zapaljivih materijala, ovaj indikator se kreće od 80 do 150°C: papir - 100°C; građevinski filc - 80°C; koža - 40°C; drvo: bor - 80, hrast - 100, smreka - 120°C; sirovi pamuk - 60°C.

Produženo tinjanje prije početka plamenog sagorijevanja je karakteristična karakteristika termalnih procesa spontanog sagorijevanja. Ovi procesi se otkrivaju po dugotrajnom i postojanom mirisu tinjajućeg materijala.

U procesu sagorijevanja uočavaju se dvije faze: stvaranje molekularnog kontakta između goriva i oksidatora (fizički) i interakcija molekula sa stvaranjem produkta reakcije (hemijski). Druga faza se javlja tek kada molekuli dostignu energetski ili hemijski pobuđeno (aktivno) stanje. Ekscitacija, odnosno aktivacija molekula tokom sagorevanja nastaje usled njihovog zagrevanja.

Vrijeme potpunog sagorijevanja jedinice mase bilo koje tvari t g sastoji se od vremena potrebnog za fizički kontakt između zapaljive tvari i kisika u zraku t f(u slučaju homogeno sagorevanje magnitude t f naziva se vrijeme nastanka smjese, a u slučaju heterogene - vrijeme difuzije kisika iz zraka na čvrstu površinu sagorijevanja) i vrijeme same kemijske reakcije sagorijevanja t x, odnosno t g =t f +t x. U zavisnosti od omjera t f I t x razlikovati difuzija I kinetički sagorevanje.

Tokom sagorevanja hemijski heterogenih zapaljivih sistema, kiseonik iz vazduha difunduje kroz produkte sagorevanja do zapaljive supstance i zatim ulazi u hemijsku reakciju sa njom. Vrijeme t f mnogo više t x i praktično t g @ t f. Ova vrsta sagorijevanja naziva se difuzijsko sagorijevanje.

Ako je vrijeme t f<, onda možemo prihvatiti t g @ t x. Ovakvo sagorevanje se naziva kinetičko. Tako gore hemijski homogeni zapaljivi sistemi u kojima se molekuli kiseonika ravnomerno mešaju sa molekulima zapaljive supstance, a ne troši se vreme na formiranje smeše.