Условия протекания, виды горения и классификация материалов по их способности к горению
Горение – это физико-химический процесс, основой котного является быстрая химическая реакция окисления, сопровождающаяся выделением существенного количества тепла и ярким свечением.
В подавляющем большинстве случаев горение представляет собой сложный процесс, который состоит из большого количества элементарных химических процессов окислительно-восстановительного типа, результатом которых является перераспределение электронов между атомами взаимодействующих веществ. Химическое превращение в процессе горения также связано с рядом физических явлений, таких как перенос масс и тепла, то есть с газо - и гидродинамическими закономерностями. Существуют три основных вида самостоятельного ускорения химических реакций при горении - тепловое, цепное и цепочечно-тепловое. Таким образом можно сказать, что горения является экзотермической реакцией, которая протекает в условиях ее прогрессивного самоускорения. Для возникновения и протекания горения необходимы следующие условия:
- у источника зажигания должно быть достаточно энергии,
- окислитель и горючее должны находиться в определенном количественном соотношении,
- наличие в определенный момент времени в одной точке источника зажигания, горючего и окислителя.
По способности к горению вещества делятся на:
- негорючие, которые не способны к горению на воздухе - галогены, озон, перекиси, вещества богатые кислородом;
- трудногорючие, которые способны к горению в воздухе только от источника зажигания;
- горючие, которые могут самовозгораться или возгораться от источника зажигания и продолжать гореть после его удаления.
Таким образом, число веществ, которые могут быть использованы в качестве окислителей, велико. В качестве горючего также могут быть использованы многие вещества: металлы в свободном виде, сера, водород, окись углерода и т.п. Но наибольшее значение на практике в качестве окислителя имеет кислород, а в качестве горючего - углеводородные вещества (сланцы, торф, нефть, уголь, природный газ).
В зависимости от соотношения горючего и окислителя различают три вида горючих смесей. Стехиометрическая смесь представляет собой смесь, в которой в избытке не содержится окислителя и горючего компонента. В бедной смеси в избытке содержится окислитель, а в богатой горючий элемент. Самыми вероятными источниками зажигания являются тепловое воздействие химических реакций, результаты жизнедеятельности микроорганизмов, раскаленные продукты горения, открытый огонь, тепловое проявление электрической и механической энергии, нагретые до высокой температуры поверхности оборудования. В некоторых случаях источник зажигания могут быть вода для щелочных металлов и лучи света.
В зависимости от агрегатного состояния различают гомогенное горение - горение паро- и газообразных веществ в среде газообразного окислителя; неоднородное горение твердых и жидких горючих веществ в газообразном окислителе или в среде жидкого окислителя; горение взрывчатых веществ.
По скорости распространения пламени выделяют три группы горения:
- Детонационное горение, при котором скорость распространения может достигать нескольких тысяч метров в секунду. Оно свойственно бризантных взрывчатых веществ.
- Взрывное горение, при котором скорость распространения достигает нескольких сотен метров за одну секунду. Оно характерно для пиротехнических составов - порох, ракетное топливо.
- Дефлаграционное горение, при котором скорость распространения достигает десятков метров в секунду. Для данного вида характерна передача тепла от слоя к слою, при этом пламя перемещается в направлении исходной горючей точки. Дефлаграционное горение подразделяется на турбулентное и ламинарное. Скорость ламинарного зависит от начальных температуры и давления, кинетики химических реакций и состава смеси. Скорость распространение турбулентного горения, кроме перечисленных факторов, также зависит от скорости потока, масштабности и степени турбулентности.
Взрыв
Взрыв – это физико-химический или физический процесс, протекающий с большой скоростью и сопровождающийся значительным выделением энергии в небольшом объеме за короткий промежуток времени, результатом которого является ударное, тепловое и вибрационное воздействие на окружающую среду из-за высокоскоростного расширения продуктов взрыва.
Состав продуктов взрыва – это количественное и качественное содержание химических веществ, которые образуются из взрывчатого вещества в результате взрыва.
Механическое воздействие взрыва связано с работой, совершаемой при расширении газа. Такое воздействие условно делится на местное или бризантное и общее или фугасное. Бризантное проявляется в окрестностях заряда или вблизи поверхности твердого тела, а общее на расстояниях значительно больше, чем размер заряда. Для бризантного характерно дробление и сильное деформирование среды, а фугасное воздействие проявляется в виде импульса, то есть определяется начальным давлением в полости взрыва и ее параметрами. Фугасное воздействие зависит только от энергии заряда. Форма заряда взрывчатого вещества и детонационные характеристики существенно влияют на бризантное воздействие, которое может быть увеличено кумулятивными эффектами.
