Методическая разработка
для проведения лекции по учебной дисциплине «Теория горения и взрыва»
(для курсантов и студентов обучающихся по направлению подготовки 280700.62 «Техносферная безопасность» профиль «Безопасность технологических процессов и производств» квалификация (степень) «Бакалавр»)
Тема занятия 1.1 Условия возникновения горения или взрыва
Обсуждено на заседании ПМК "Процессов горения"
«4» июля 2012 г. протокол №11
I Цели занятия
Дидактическая. Ввести курсантов в содержание дисциплины, дать основные понятия теории горения.
Учебная. Объяснить курсантам механизм химических и физических явлений, протекающих при горении; объяснить механизм возникновения пламени и процессов его распространения, а также опасных факторов пожара им сопутствующих.
Воспитательная. Формирование у обучаемых знаний, умений и навыков, позволяющих проводить анализ возможности протекания процессов горения.
II Расчет учебного времени
| Содержание и порядок проведения занятия | Время, мин |
| ВВОДНАЯ ЧАСТЬ принять доклад о готовности группы к занятиям; проверить наличие обучаемых, внешний вид, готовность к занятиям. Объявить тему, цели и учебные вопросы занятия. Подчеркнуть актуальность и значимость темы для дальнейшей практической деятельности обучаемых. | |
| ОСНОВНАЯ ЧАСТЬ | |
| Учебные вопросы | |
| 1. Введение | |
| 2. Пламя (определение пламени и процессы в нем происходящие, виды и режимы горения). | |
| 3.Уравнение материального и теплового баланса | |
| ЗАКЛЮЧИТЕЛЬНАЯ ЧАСТЬ |
III. Литература
1. ГОСТ 12.1.004-91* Пожарная безопасность. Общие требоания.
2. ГОСТ 12.1.044-89* Пожаровзрывобезопасность веществ и материалов. Номенклатура показателей и методы их определения.
3. Теоретические основы процессов горения /Кутуев Р.Х., Малинин В.Р.,
Кожевникова Н.Ю. и др.: Учебник. - СПб.: СПбВПТШ МВД РФ, 1996.
-236с.
4. Баратов А.Н. Горение – Пожар – Взрыв – Безопасность. – М.: ФГУ ВНИИПО МЧС России, 2003. – 364 с.
5. Решетов А.П., Ловчиков В.А. Теоретические основы процессов горения:Учебно-методическое пособие по решению задач. - СПб: СПбИПБ МВД
России, 1997. - 123 с.
6. Пожаровзрывоопасность веществ и материалов и средства их тушения
(Справочное издание в двух книгах) / Баратов А.Н., Корольченко А.Я.,
Кравчук Г.Н. и др. - М.: Химия.1990.
7. Демидов П.Г., Саушев B.C. Горение и свойства горючих веществ: Учебное пособие. М.: ВИПТШ МВД СССР, 1984.
8. Абдурагимов И.М. и др. Физико-химические основы развития и тушения пожаров (Учебное пособие) М.: ВИПТШ МВД СССР, 1980.
9. Молчадский И.С. Пожар в помещении. – М.: ВНИИПО, 2005. – 456 с.
IV.Учебно-материальное обеспечение
1.Конспект лекции.
2.Мультимедийгый проектор
3.Слайды
Вопрос № 1 Введение (исторический обзор науки о горении, предмет ее изучения, связь с другими дисциплинами)
Огонь – это явление природы, которому во многом люди обязаны развитию своей цивилизации, начиная с раннего периода истории человечества. Археологи установили, что люди стали пользоваться огнем 600000 лет назад, а научились получать огонь около 30000 лет назад. С огнем связаны многие ранние мифы и легенды. Нельзя не вспомнить миф о Прометее, похитившем огонь у богов и отдавшем его людям.
Огонь был первым источником энергии первобытного человека. По мере эволюции человек эмпирически познавал процессы горения, находил и применял новые виды горючего, открывал термические процессы, протекающие под воздействием теплоты горения, необходимые ему для удовлетворения своих нужд – приготовления пищи, выплавке металлов, изготовлению керамики, стекла и многое другое. Без применения процессов горения человечество так и осталось бы в каменном веке, после которого никогда бы не наступил ни бронзовый, ни железный век. Поэтому огонь привлекал внимание ученых, начиная с глубокой древности.
К концу XVII века стала отчетливо проявляться потребность свести многообразные изменения веществ, которые происходят в процессе горения, к одному общему принципу.
Это обусловило то, что в XVII веке немецким ученым Георгом Шталем была создана теория флогистона, установившая глубинную связь между процессами горения и окисления. Флогистон – некоторый абстрактный принци горючести, который становится «горючей субстанцией» только тогда, когда находится в сложном теле в сочетании с другими веществами. Шталь предполагал, что при нагревании сложных тел флогистон улетучивается и, соединяясь с воздухом воспламеняется. Однако этому противоречили факты об увеличении массы металлов при их нагревании на воздухе, поэтому последователи флогистона объясняли это тем, что флогистон имеет отрицательный вес, поэтому при прокаливании металлов в воздухе, когда удаляется флогистон, остаток обжигаемого металла становится более тяжелым.
Несмотря на все отмечаемые противоречия, теория флогистона просуществовала более 100 лет. А.Лавуазье отмечал, что она получила столь широкое распространение потому, что на ее основе были сделаны два важных открытия. Одно из них состоит в установлении факта, что металлы – тела горючие и превращение их в окалины представляет явление горения, второе - в том, что свойство гореть или быть воспламеняемым может передаваться от одного тела к другому.
В середине XVIII века в эпоху господства теории флогистона М.В.Ломоносов был первым ученым, подвергшим основательной и аргументированной критике теорию флогистона. Он впервые показал, что горение – это реакция химического взаимодействия с воздухом.
В дальнейшем практически одновременно с Дж.Пристли и К.В.Шееле А.Лавуазье получил кислород, установил его химическую природу и способность соединяться с фосфором и серой при горении и металлами при окислении, правильно объяснил процессы горения и окисления и создал основы кислородной теории.
А.Лавуазье впервые установил, что воздух имеет сложный состав и состоит из «живительного» воздуха (кислорода) и инертной его части (азота), которая не поддерживает горение и не пригодна для дыхания.
Дальнейшие исследования процессов горения проводили многие ученые.
Выдающийся вклад в развитие теории горения и взрыва внесли представители русской школы горения. Русский ученый В.А. Михельсон в 1890 г. открыл закон распространения пламени, носящий его имя и заложил основы тепловой теории взрывного горения.
Теория автоокисления, разработанная русским академиком А.Н.Бахом, позволила объяснить самопроизвольно протекающие процессы окисления, являющиеся причиной самовозгорания различных веществ.
Работы академика Н.Н.Семенова по изучению механизма разветвленных цепных реакций и теплового самовоспламения (взрыва) являются выдающимся вкладом в мировую науку, за что он в 1956 году был удостоен Нобелевской премии.
Академик Я.Б.Зельдович и профессор Д.А.Франк-Каменецкий создали теорию распространения пламени. Исследования наших ученых получили всемирное признание.
(слайд №3)
Но используя горение как источник энергии в своих целях, человек иногда становился и его жертвой поэтому изучение процессов горения, приобретение умений их регулирования и прекращения стало жизненно важной потребностью.
Ежегодно в России случается около 300000 пожаров. В огне гибнут около 20 тысяч человек и примерно столько же получают травмы. В мире на каждые 100 пожаров гибнет 1 человек, в России эта печальная статистика еще выше.
Пожар – это горение, способное самостоятельно распространяться вне специально предназначенного для этого места, приводящее к травмированию или гибели людей, уничтожению или повреждению имущества, ухудшению экологической обстановки.
Как следует из этого определения в основе всех явлений, протекающих на пожарах, лежит процесс горения, иногда сопровождающийся возникновением взрыва. Уяснить сущность процессов, происходящих на пожаре можно только на основе изучения теории горения и взрыва. Все сопутствующие явления – деформация и обрушение строительных конструкций, вскипание и выбросы и т.п. - являются следствием процесса горения.
В настоящее время продолжаются исследования процессов горения и взрыва, а также способов их предотвращения и прекращения во ВНИИПО (Москва) и Санкт-Петербургском филиале ВНИИПО, в Академии ГПС МЧС (Москва), в Санкт-Петербургском Университете ГПС МЧС России, в испытательных пожарных лабораториях, в научно-исследовательских институтах и учебных заведениях.
Как следует из самого определения пожара – основной процесс, протекающий на пожаре, это горение.
Поскольку процесс горения является сложным, однозначного определения горения нет, различные авторы предлагают собственные определения.
Различия в трактовке понятия горения вызваны направлением научных интересов авторов. На наш взгляд, практическим интересам сотрудников ГПС наиболее полно отвечает следующее определение горения:
(Слайд №4) Горение – это самоподдерживающийся сложный физико-химический процесс, основой которого являются быстропротекающие химические реакции окисления, сопровождающиеся выделением большого количества тепла и света.
Доминирующим процессом при горении является химическая реакция окисления, именно она влечет появление различных физических процессов: переноса тепла, переноса реагирующих веществ, излучения и др. Эти физические процессы развиваются по своим законам. Химические процессы окисления обладают большими потенциальными возможностями по скорости их протекания, но реальная скорость горения на реальных пожарах ниже, т.к. лимитируется скоростями физических процессов.
(Слайд №5) Известно, что для возникновения горения необходимо наличие:
1. Горючего вещества
2. Окислителя
3. Источника зажигания (энергетический импульс)
Эти три составляющие часто называют треугольником пожара. Если исключить одну из них, то горение возникнуть не может. Это важнейшее свойство треугольника используется на практике для предотвращения и тушения пожаров.
После возникновения горения источником зажигания далее
является само пламя.