Основные понятия теории горения

Корольченко А.Я.

Процессы горения и взрыва. -М.: Пожнаука, 2007. -266 с, ил.

ISBN 978-5-91444-001-2

Книга написана применительно к действующей программе по дисциплине «Теория горения и взрыва» для высших учебных заведений. В ней изложены ос­новные разделы современной теории горения: химические и тепло-массообменные процессы при горении, механизм превращения исходных веществ в продукты го­рения, условия возникновения горения, процессы распространения пламени по га­зовым смесям, аэрозолям, твердым веществам, условия прекращения горения.

В книге рассмотрены характеристики горения и параметры пожаровзрыво-опасности газов, жидкостей, пылей и твердых материалов. Материал книги иллю­стрируется справочными данными, графиками и примерами. Показана тесная связь теории горения с прикладными науками о безопасности технологических процес­сов и строительных объектов.

Книга предназначена в качестве учебника для студентов технических вузов и может служить полезным пособием для научных и инженерно-технических работ­ников сферы обеспечения пожаровзрывобезопасности различных объектов, а также для преподавателей теории горения и смежных с нею дисциплин.

ISBN 978-5-91444-001-2

© Корольченко А.Я. О Пожнаука, 2007

Оглавление

Предисловие............................................................................................... 6

Глава 1. Основные понятия теории горения........................................ 8

1.1. Основные явления при горении.................................................. 8

1.2. Гомогенное, гетерогенное и диффузионное горение.............. 12

1.3. Горение в движущемся газе...................................................... 15

1.4. Турбулентное горение.............................................................. 16

1.5. Особенности горения взрывчатых веществ............................. 18

1.6. Термодинамика сгорания углеводородовоздушных смесей... 19

Глава 2. Химические процессы при горении...................................... 30

2.1. Цепные реакции......................................................................... 30

Зарождение цепей................................................................... 33

Продолжение цепей................................................................ 34

Обрыв цепей............................................................................ 37

2.2. Химические процессы при горении водорода......................... 39

2.3. Химические реакции при горении оксида углерода................ 40

2.4. Горение углеводородов............................................................ 43

2.5. Горение углерода...................................................................... 45

Глава 3. Возникновение процессов горения....................................... 48

3.1. Самовоспламенение. Стационарная теория............................. 48

3.2. Зажигание................................................................................... 53

3.3. Самовозгорание......................................................................... 59

Тепловое самовозгорание...................................................... 64

Химическое самовозгорание.................................................. 66

Микробиологическое самовозгорание.................................. 67

Математическая модель процесса самовозгорания насыпи

растительного материала....................................................... 68

Приближенное решение задачи самовозгорания дисперсных
материалов для реакции порядка ....................................... 75

Глава 4. Развитие горения..................................................................... 83

4.1. Распространение пламени по газам......................................... 83

Дефлаграционное горение..................................................... 83

Детонация............................................................................... 88

Переход дефлаграционного горения в детонацию............... 91

Расчет параметров детонационных волн в смесях водород-
кислород-инертный газ.......................................................... 93

4.2. Горение парогазовых смесей при повышенных температурах

и давлениях............................................................................. 102

4.3. Взрывы пылей.......................................................................... 103

Влияние относительного движения фаз аэровзвеси на

распространение пламени.................................................... 103

Гидродинамический анализ горения аэрозолей.................. 112

Фазодинамический режим распространения пламени

по аэродисперсной системе................................................. 122

4.4. Диффузионное горение жидкостей........................................ 127

Механизм горения................................................................ 127

Форма и размеры пламени................................................... 130

Прогрев жидкости при горении........................................... 131

Влияние диаметра сосуда на скорость выгорания............. 132

Влияние концентрации кислорода на скорость выгорания... 133

4.5. Горение твердых материалов................................................. 134

Механизм горения................................................................ 134

Процессы тления в пенопластах.......................................... 141

4.6. Горение дисперсных веществ в слое..................................... 145

Глава 5. Прекращение горения........................................................... 154

5.1. Условия потухания пламени.................................................. 154

5.2. Флегматизация........................................................................ 157

Флегматизация газовых смесей........................................... 157

Флегматизация пылевоздушных смесей инертными

разбавителями....................................................................... 159

Флегматизация пылевоздушных смесей инертными
частицами.............................................................................. 162

5.3. Ингибирование........................................................................ 163

Глава 6. Характеристики горения газов............................................ 168

6.1. Температура самовоспламенения.......................................... 168

6.2. Энергия зажигания................................................................... 173

6.3. Концентрационные пределы распространения пламени....... 177

6.4. Нормальная скорость горения................................................ 187

6.5. Флегматизирующие концентрации инертных разбавителей... 190

6.6. Давление взрыва...................................................................... 196

Глава 7. Характеристики горения жидкостей.................................... 201

7.1. Температура вспышки............................................................. 203

7.2. Температура воспламенения.................................................. 210

7.3. Температура самовоспламенения.............,............................ 212

7.4. Температурные пределы распространения пламени............. 215

7.5. Скорость выгорания................................................................ 224

Глава 8. Характеристики горения аэрогелей и аэрозолей.............. 229

8.1. Показатели пожаровзрывоопасности аэрозолей.................... 230

8.2. Факторы, влияющие на опасность аэрозолей........................ 233

Дисперсный состав твердой фазы........................................ 234

Теплота сгорания.................................................................. 237

Температура и давление....................................................... 239

Влагосодержание частиц и воздуха..................................... 241

Состав твердой фазы аэрозоля............................................. 245

Газообразные флегматизаторы............................................ 249

8.3. Гибридные смеси..................................................................... 252

8.4. Показатели пожарной опасности аэрогелей........................... 257

Литература............................................................................................. 265

Предисловие

Д

анный курс процессов горения и взрыва предназначен для студен­тов, обучающихся по специальности «Пожарная безопасность» строительных и политехнических вузов. Он основан на лекциях, кото­рые читаются для студентов Московского государственного строитель­ного университета, и включает основные разделы теории горения: воз­никновение горения, его развитие и прекращение.

Процессы горения широко используются в различных сферах: в двигателях внутреннего сгорания, на тепловых электростанциях, в воен­ном деле (горение порохов, ракетного топлива). Подобные процессы реализуются на пожарах.

Имея общую физико-химическую основу, процессы горения в пе­речисленных областях характеризуются рядом особенностей, обуслов­ленных условиями их протекания, масштабами и др. факторами.

В данной книге излагаются теоретические основы процессов горе­ния, протекающих на пожарах. Знание этих основ необходимо для ус­пешного освоения студентами общепрофессиональных и специальных дисциплин: огнестойкость строительных конструкций, взрывоустойчи-вость зданий, пожарная безопасность электроустановок, здания, соору­жения и их устойчивость при пожаре, пожарная безопасность техноло­гических процессов, производственная и пожарная автоматика, прогно­зирование опасных факторов пожара.

При подготовке учебника использованы труды отечественных уче­ных в области теории горения: акад. Н. Н. Семенова, акад. Я. Б. Зельдо­вича, акад. Д.А. Франк-Каменецкого, акад. В. В. Азатяна, докт. техн. на­ук, проф. А.И. Баратова.

В книгу включены результаты исследований процессов горения и взрыва, полученные автором в период работы в ВНИИ Противопо­жарной обороны совместно с сотрудниками и учениками: докт. техн. наук, проф. Ю. Н. Шебеко, докт. техн. наук Л. П. Вогманом, докт. техн. наук, проф. В. В. Мольковым, докт. техн. наук Н. И. Константи­новой, докт. техн. наук В. Ю. Навценей, докт. техн. наук Н. Л. Поле-

таевым, докт. техн. наук Л. П. Шевчуком, докт. техн. наук С. Г. Ца-риченко, канд. техн. наук В. А. Зуйковым, канд. техн. наук А. Б. Иль­иным, канд. техн. наук И. М. Смолиным, канд. техн. наук С. А. Ша-роварниковым, канд. техн. наук В. И. Цапом. *

* Некоторые разделы учебника выходят за пределы вузовского курса дисциплины «Теория горения и взрыва» и не являются обязательными для изучения. К ним от­носятся: «Расчет параметров детонационных волн в смесях водород-кислород-инертный газ», «Влияние относительного движения фаз аэровзвеси на распро­странение пламени», «Гидродинамический анализ горения аэрозолей», «Фазодина-мический распространения пламени по аэродисперсной системе», «Влияние кон­центрации кислорода на скорость выгорания». Однако автор счел необходимым включить эти разделы в учебник для более глубокого понимания сложных процес­сов, протекающих при горении. Кроме того, освоение этих разделов имеет при­кладное значение. Например, значение особенностей развития пылевых взрывов позволяет разрабатывать эффективное мероприятия по их предупреждению и снижению тяжести последствий в случае их возникновения.

Глава 1.

ОСНОВНЫЕ ПОНЯТИЯ ТЕОРИИ ГОРЕНИЯ