Arderea cinetică este arderea unui amestec preamestec de combustibil și oxidant.

În acest caz, flacăra prin amestecul combustibil se va răspândi în toate direcțiile. Volumul cuprins de flăcări va crește. Flacăra se extinde întotdeauna spre amestecul nears.

Orez. 7.1. Schema de propagare a flăcării printr-un amestec omogen preamestec: 1 – amestec combustibil inițial; 2 – front de flacara; 3 - produse de ardere; d f.p. – grosimea frontului flăcării

Banda îngustă dintre amestecul inițial (1) și produsele de ardere (PG) (3) este flacăra (2). Pentru majoritatea amestecurilor de hidrocarburi cu aer, grosimea acestei benzi este de 0,1-1,0 mm. Aceasta este zona de ardere sau frontul de flacără. În ea are loc o reacție chimică și toată căldura este eliberată. Strălucirea este rezultatul prezenței radicalilor CH, HCO, C2 etc. în ea.

Astfel, frontul de flacără este o zonă luminoasă îngustă care separă GES și amestecul combustibil original.

În frontul de flăcări, ca urmare a reacției chimice de ardere, concentrația componentelor inițiale scade brusc la zero, iar temperatura atinge valoarea maximă. Datorită conductivității termice moleculare, temperatura din fața zonei de reacție crește monoton de la temperatura inițială a amestecului combustibil la o temperatură apropiată de temperatura de ardere, formând o zonă fizică de încălzire.

Deoarece grosimea zonei de flacără nu depășește, de regulă, fracțiuni de mm, frontul de flacără este în mod convențional considerat un plan.

Dacă frontul de flăcări se mișcă, atunci flacăra este numită nestaționară, dacă nu se mișcă - staţionar.

Principalele caracteristici sunt:

Viteza normală de propagare a flăcării este viteza cu care frontul flăcării se mișcă în raport cu gazul nearse într-o direcție perpendiculară pe suprafața sa. Viteza normală este o funcție de serie proprietăți fizice și chimice amestecul și viteza de reacție chimică la temperatura de ardere.

Aceasta este una dintre caracteristicile de pericol de incendiu ale substanțelor gazoase. Deoarece este determinată de proprietățile fizico-chimice ale amestecului combustibil, se mai numește și fundamentală.

Rata epuizării în masă. Aceasta este masa unei substanțe arse pe unitatea de timp dintr-o unitate de suprafață a frontului de flăcări.

Există două teorii care explică natura propagării flăcării printr-un amestec combustibil.

Conform teoriei difuziei, mișcarea frontului de flăcări are loc datorită difuzării particulelor active formate în zona de ardere - radicali - într-un amestec proaspăt, unde inițiază o reacție chimică.

Conform teoriei termice, deplasarea frontului de flacără se realizează datorită transferului de căldură prin conducție termică în amestecul proaspăt, datorită căruia acesta din urmă este încălzit la temperatura de autoaprindere, urmată de o reacție chimică.

De fapt, există elemente ale ambelor teorii, deoarece procesul este foarte complex.

Factori care influențează viteza normala:

Concentrația și compoziția amestecului combustibil.

Teoretic, u n ar trebui să fie maxim la j st. Aproape maximul apare într-un amestec care conține mai mult combustibil decât raportul stoechiometric (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.

Prezența flegmatizatorilor (N 2 , CO 2 , H 2 O (abur), Ar etc.).

Se observă un efect de diluare, care implică o scădere a vitezei de reacție, generare de căldură și u n. Eficacitatea gazelor flegmatizante este determinată de proprietățile lor termofizice.

Temperatura (inițială) a amestecului combustibil. Pe măsură ce T o crește, temperatura amestecului combustibil crește: T g = T o + Q n /(ås p i V PG i)

Combustie omogenă și eterogenă.

Pe baza exemplelor luate în considerare, pe baza stării de agregare a amestecului de combustibil și oxidant, ᴛ.ᴇ. în funcție de numărul de faze din amestec, există:

1. Arderea omogenă gaze și vapori de substanțe inflamabile într-un mediu oxidant gazos. Cu toate acestea, reacția de ardere are loc într-un sistem format dintr-o fază (stare agregată).

2. Arderea eterogenă substanțe solide inflamabile într-un mediu oxidant gazos. În acest caz, reacția are loc la interfață, în timp ce reacția omogenă are loc pe tot volumul.

Aceasta este arderea metalelor, grafit͵ ᴛ.ᴇ. materiale practic nevolatile. Multe reacții gazoase sunt de natură omogen-eterogenă, atunci când posibilitatea apariției unei reacții omogene se datorează originii simultane a unei reacții eterogene.

Arderea tuturor substanțelor lichide și a multor substanțe solide, din care se eliberează vapori sau gaze (substanțe volatile), are loc în fază gazoasă. Fazele solide și lichide joacă rolul de rezervoare de produse care reacţionează.

De exemplu, reacția eterogenă de ardere spontană a cărbunelui trece în faza omogenă de ardere a substanțelor volatile. Reziduul de cocs arde heterogen.

Pe baza gradului de preparare a amestecului combustibil se disting difuzia si arderea cinetica.

Tipurile de ardere luate în considerare (cu excepția explozivilor) se referă la arderea prin difuzie. Flacără, ᴛ.ᴇ. Zona de ardere a unui amestec de combustibil și aer trebuie alimentată în mod constant cu combustibil și oxigen pentru a asigura stabilitatea. Alimentarea cu gaz combustibil depinde numai de viteza de alimentare a acestuia în zona de ardere. Viteza de intrare a lichidului inflamabil depinde de intensitatea evaporării acestuia, ᴛ.ᴇ. asupra presiunii vaporilor deasupra suprafeței lichidului și, în consecință, asupra temperaturii lichidului. Temperatura de aprindere Se obișnuiește să se numească cea mai scăzută temperatură a unui lichid la care flacăra de deasupra suprafeței sale nu se va stinge.

Arderea solidelor diferă de arderea gazelor prin prezența unei etape de descompunere și gazeificare cu aprinderea ulterioară a produselor volatile de piroliză.

Piroliza- incalzire materie organică la temperaturi ridicate fără acces la aer. În acest caz, are loc descompunerea, sau scindarea, a compușilor complecși în compuși mai simpli (cocsificarea cărbunelui, crăparea uleiului, distilarea uscată a lemnului). Din acest motiv, arderea unei substanțe combustibile solide într-un produs de ardere nu este concentrată numai în zona de flacără, ci are un caracter în mai multe etape.

Încălzirea fazei solide provoacă descompunerea și eliberarea de gaze, care se aprind și ard. Căldura de la torță încălzește faza solidă, determinând gazeificarea acesteia și procesul se repetă, menținând astfel arderea.

Modelul de ardere solidă presupune prezența următoarelor faze (Fig. 17):

Orez. 17. Model de ardere

materie solidă.

Încălzirea fazei solide. Pentru substanțele care se topesc, topirea are loc în această zonă. Grosimea zonei depinde de temperatura de conductivitate a substanței;

Piroliza sau zona de reactie in faza solida, in care se formeaza substante gazoase inflamabile;

Pre flacără în fază gazoasă, în care se formează un amestec cu un oxid;

Flacără, sau zonă de reacție în fază gazoasă, în care se transformă produsele de piroliză în produși gazoși de combustie;

Produse de ardere.

Viteza de alimentare cu oxigen în zona de ardere depinde de difuzia acestuia prin produsul de ardere.

În general, deoarece viteza reacției chimice în zona de ardere în tipurile de ardere luate în considerare depinde de viteza de intrare a componentelor care reacţionează și de suprafaţa flăcării prin difuzie moleculară sau cinetică, acest tip arderea se numeste difuziune.

Structura flăcării de ardere prin difuzie este formată din trei zone (Fig. 18):

Zona 1 conține gaze sau vapori. Nu există ardere în această zonă. Temperatura nu depășește 500 0 C. Are loc descompunerea, piroliza volatilelor și încălzirea la temperatura de autoaprindere.

Orez. 18. Structura flăcării.

În zona 2, se formează un amestec de vapori (gaze) cu oxigenul atmosferic și arderea incompletă are loc la CO cu reducere parțială la carbon (puțin oxigen):

CnHm + O2 → CO + CO2 + H2O;

În a treia zonă externă, are loc arderea completă a produselor din a doua zonă și se observă temperatura maximă a flăcării:

2CO+O2 =2C02;

Înălțimea flăcării este proporțională cu coeficientul de difuzie și cu debitul de gaz și invers proporțională cu densitatea gazului.

Toate tipurile de ardere prin difuzie sunt inerente incendiilor.

Cinetică Arderea se numește, de obicei, arderea gazelor inflamabile pre-amestecate, a aburului sau a prafului cu un oxidant. În acest caz, viteza de ardere depinde numai de proprietățile fizico-chimice ale amestecului combustibil (conductivitate termică, capacitate termică, turbulență, concentrație de substanțe, presiune etc.). Din acest motiv, viteza de ardere crește brusc. Acest tip de ardere este inerent exploziilor.

În acest caz, atunci când amestecul combustibil este aprins în orice punct, frontul de flacără se deplasează de la produsele de ardere în amestecul proaspăt. Astfel, flacăra în timpul arderii cinetice este cel mai adesea instabilă (Fig. 19).

Orez. 19. Schema de propagare a flăcării într-un amestec combustibil: - sursa de aprindere; - sensul de deplasare al frontului de flacara.

Deși, dacă amestecați în prealabil gaz inflamabil cu aer și îl introduceți în arzător, atunci când este aprins, se va forma o flacără staționară, cu condiția ca debitul amestecului să fie egal cu viteza de propagare a flăcării.

Dacă viteza de alimentare cu gaz este crescută, flacăra se desprinde de arzător și se poate stinge. Și dacă viteza este redusă, flacăra va fi atrasă în arzător cu o posibilă explozie.

După gradul de ardere, ᴛ.ᴇ. completitudinea reacției de ardere la produsele finite, are loc arderea completă și incompletă.

Deci în zona 2 (Fig. 18) arderea este incompletă, deoarece Există o aprovizionare insuficientă cu oxigen, care este parțial consumat în zona 3 și se formează produse intermediare. Acestea din urmă se ard în zona 3, unde există mai mult oxigen, până la arderea completă. Prezența funinginei în fum indică arderea incompletă.

Un alt exemplu: atunci când există o lipsă de oxigen, carbonul arde în monoxid de carbon:

Dacă adăugați O, reacția se finalizează:

2СО+O 2 =2СО 2.

Viteza de ardere depinde de natura mișcării gazelor. Din acest motiv, se face o distincție între arderea laminară și cea turbulentă.

Astfel, un exemplu de ardere laminară este o flacără de lumânare în aer nemișcat. La ardere laminară straturi de gaze curg în paralel, fără a se învârti.

Combustie turbulentă– mișcarea în vortex a gazelor, în care gazele de ardere sunt amestecate intens și frontul de flăcări este neclar. Granița dintre aceste tipuri este criteriul Reynolds, care caracterizează relația dintre forțele de inerție și forțele de frecare în flux:

Unde: u- viteza debitului gazului;

n- vâscozitatea cinetică;

l– dimensiune liniară caracteristică.

Numărul Reynolds la care are loc tranziția unui strat limită laminar la unul turbulent este de obicei numit Re cr critic, Re cr ~ 2320.

Turbulența crește viteza de ardere datorită transferului de căldură mai intens de la produsele de ardere la amestecul proaspăt.

Difuzie și ardere cinetică. - concept și tipuri. Clasificarea și caracteristicile categoriei „Difuzie și ardere cinetică”. 2017, 2018.

Toate substanțele inflamabile (combustibile) conțin carbon și hidrogen - componentele principale ale amestecului gaz-aer implicate în reacția de ardere. Temperatura de aprindere a substanțelor și materialelor inflamabile variază și nu depășește 300°C pentru majoritatea.

Baza fizico-chimică a arderii constă în descompunerea termică a unei substanțe sau a unui material în vapori și gaze de hidrocarburi, care, sub influența temperaturilor ridicate, intră într-o reacție chimică cu un agent oxidant (oxigenul aerului), transformându-se în timpul procesului de ardere în dioxid de carbon (dioxid de carbon), monoxid de carbon (monoxid de carbon), funingine (carbon) și apă, iar aceasta produce căldură și radiație luminoasă.

Aprinderea este procesul de propagare a flăcării printr-un amestec gaz-vapori-aer. Când viteza de curgere a vaporilor și gazelor inflamabile de la suprafața unei substanțe este egală cu viteza de propagare a flăcării de-a lungul acestora, se observă o ardere stabilă. Dacă viteza flăcării este mai mare decât debitul de vapori și gaze, atunci amestecul gaz-vapori-aer arde și flacăra se autostinge, de exemplu. flash.

În funcție de viteza fluxului de gaz și viteza de propagare a flăcării prin acestea, se pot observa:

arderea pe suprafața unui material, atunci când viteza de eliberare a amestecului inflamabil de pe suprafața materialului este egală cu viteza de propagare a focului de-a lungul acestuia;

ardere cu separare de suprafața materialului, când viteza de eliberare a amestecului inflamabil este mai mare decât viteza de propagare a flăcării de-a lungul acestuia.

Arderea unui amestec gaz-vapori-aer este împărțită în difuzie sau cinetică.

Arderea cinetică este arderea gazelor combustibile preamestecate și a unui oxidant (oxigenul aerului). Acest tip de ardere este extrem de rară în incendii. Cu toate acestea, se găsește adesea în procesele tehnologice: sudare cu gaz, tăiere etc.

În timpul arderii prin difuzie, oxidantul intră în zona de ardere din exterior. Vine, de regulă, de sub flacără datorită vidului care se creează la baza acesteia. În partea de sus a flăcării, căldura eliberată în timpul procesului de ardere creează presiune. Reacția principală de ardere (oxidarea) are loc la limita flăcării, deoarece amestecurile de gaze care curg de la suprafața substanței împiedică oxidantul să pătrundă adânc în flacără (deplasează aerul). Majoritatea amestecului combustibil din centrul flăcării, care nu a intrat într-o reacție de oxidare cu oxigenul, este produs de ardere incompletă (CO, CH4, carbon etc.).

Arderea prin difuzie, la rândul ei, poate fi laminară (calmă) și turbulentă (neuniformă în timp și spațiu). Arderea laminară este caracteristică atunci când viteza de curgere a amestecului combustibil de la suprafața materialului este egală cu viteza de propagare a flăcării de-a lungul acestuia. Arderea turbulentă are loc atunci când viteza de evacuare

amestecul inflamabil depășește semnificativ viteza de propagare a flăcării. În acest caz, limita flăcării devine instabilă din cauza difuziei mari a aerului în zona de ardere. Instabilitatea apare mai întâi în vârful flăcării și apoi se deplasează la bază. O astfel de ardere are loc în incendii cu dezvoltarea lor volumetrică (vezi mai jos).

Arderea substanțelor și materialelor este posibilă numai cu o anumită cantitate de oxigen în aer. Conținutul de oxigen, la care este exclusă posibilitatea arderii diferitelor substanțe și materiale, se stabilește experimental. Deci, pentru carton și bumbac, auto-stingerea are loc la 14% (vol.) oxigen, iar pentru lână poliester - la 16% (vol.).

Eliminarea agentului oxidant (oxigenul aerului) este una dintre măsurile de prevenire a incendiilor. Prin urmare, depozitarea lichidelor inflamabile și combustibile, carbură de calciu, metale alcaline, fosfor trebuie efectuată în recipiente bine închise.

7.3.2. Surse de aprindere

O condiție necesară pentru aprinderea unui amestec combustibil este sursele de aprindere. Sursele de aprindere sunt împărțite în foc deschis, căldură elemente de încălzireși dispozitive, energia electrică, energia scânteilor mecanice, descărcările de electricitate statică și fulger, energia proceselor de autoîncălzire a substanțelor și materialelor (combustie spontană) etc. O atenție deosebită trebuie acordată identificării surselor de aprindere disponibile în producție.

Parametrii caracteristici ai surselor de aprindere sunt luați în funcție de:

Temperatura canalului fulgerului este de 30.000°C cu o intensitate a curentului de 200.000 A și un timp de acțiune de aproximativ 100 μs. Energia unei descărcări de scântei din impactul secundar al fulgerului depășește 250 mJ și este suficientă pentru a aprinde materiale combustibile cu o energie minimă de aprindere de până la 0,25 J. Energia descărcărilor de scântei atunci când un potențial ridicat este transportat într-o clădire prin comunicații metalice ajunge valori de 100 J sau mai mult, ceea ce este suficient pentru a aprinde toate materialele combustibile.

Izolație cu clorură de polivinil cablu electric(firele) se aprinde atunci când raportul curentului de scurtcircuit este mai mare de 2,5.

Temperatura particulelor de sudură și a particulelor de nichel ale lămpilor cu incandescență atinge 2100°C. Temperatura picăturilor la tăierea metalului este de 1500°C. Temperatura arcului în timpul sudării și tăierii ajunge la 4000°C.

Zona de împrăștiere a particulelor în timpul unui scurtcircuit la o înălțime a firului de 10 m variază de la 5 (probabilitatea de a lovi 92%) la 9 (probabilitatea de a lovi 6%) m; când firul este situat la o înălțime de 3 m - de la 4 (96%) la 8 m (1%); când este situat la o înălțime de 1 m - de la 3 (99%) la 6 m (6%).

Temperatura maximă, °C, pe becul unui bec incandescent depinde de putere, 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.

Scântei electricitate statică, formate atunci când oamenii lucrează cu materiale dielectrice în mișcare, ajung la valori de la 2,5 la 7,5 mJ.

Temperatura flăcării (mocnit) și timpul de ardere (mocnit), °C (min), a unor surse de căldură cu conținut scăzut de calorii: țigară mocnită - 320-410 (2-2,5); țigară mocnită - 420-460 (26-30); chibrit aprins - 620-640 (0,33).

Pentru scântei coșuri de fum, centrale termice, conducte de locomotive cu abur și diesel, precum și

alte mașini, incendii, s-a stabilit că o scânteie cu diametrul de 2 mm este periculoasă de incendiu dacă are o temperatură de aproximativ 1000°C, cu diametrul de 3 mm - 800°C și cu diametrul de 5 mm. - 600°C.

1.3.3. Arderea spontană

Arderea spontană este inerentă multor substanțe și materiale inflamabile. Aceasta este o caracteristică distinctivă a acestui grup de materiale.

Arderea spontană poate fi de următoarele tipuri: termică, chimică, microbiologică.

Arderea termică spontană se exprimă prin acumularea de căldură de către material, în timpul căreia are loc autoîncălzirea materialului. Temperatura de auto-încălzire a unei substanțe sau material este un indicator al pericolului de incendiu. Pentru majoritatea materialelor inflamabile, acest indicator variază de la 80 la 150°C: hârtie - 100°C; pâslă de construcție - 80°C; piele - 40°C; lemn: pin - 80, stejar - 100, molid - 120°C; bumbac brut - 60°C.

Mocnirea prelungită înainte de începerea arderii în flăcări este o caracteristică distinctivă a proceselor de ardere spontană termică. Aceste procese sunt detectate de mirosul de lungă durată și persistent al materialului mocnit.

În procesul de ardere se observă două etape: crearea contactului molecular între combustibil și oxidant (fizic) și interacțiunea moleculelor cu formarea produselor de reacție (chimice). A doua etapă are loc numai atunci când moleculele ating o stare excitată (activă) energetic sau chimic. Excitarea sau activarea moleculelor în timpul arderii are loc datorită încălzirii lor.

Timpul de ardere completă a unei unități de masă a oricărei substanțe t g constă în timpul necesar contactului fizic între substanța inflamabilă și oxigenul din aer t f(în cazul în care ardere omogenă magnitudinea t f numit timpul de formare a amestecului, iar în cazul heterogenului - timpul de difuzie a oxigenului din aer la suprafața de ardere solidă) și timpul reacției chimice de ardere în sine. t x, adică t g =t f +t x. În funcție de raport t fŞi t x diferenţiaţi difuziuneŞi cinetică combustie.

În timpul arderii sistemelor combustibile eterogene din punct de vedere chimic, oxigenul aerului difuzează prin produsele de ardere către substanța combustibilă și apoi intră într-o reacție chimică cu aceasta. Timp t f mult mai mult t x si practic t g @ t f. Acest tip de ardere se numește ardere prin difuzie.

Dacă timpul t f<, atunci putem accepta t g @ t x. Acest tip de ardere se numește cinetică. Așa ard sistemele combustibile omogene din punct de vedere chimic, în care moleculele de oxigen sunt amestecate uniform cu moleculele substanței combustibile și nu se petrece timp pentru formarea amestecului.