Нормална скорост разпространение на пламъка- скоростта на движение на фронта на пламъка спрямо неизгорелия газ в посока, перпендикулярна на повърхността му.

Стойността на нормалната скорост на разпространение на пламъка трябва да се използва при изчисляване на скоростта на нарастване на налягането на експлозия на газови и паровъздушни смеси в затворено, непропускливо оборудване и помещения, критичния (пожарогасителен) диаметър при разработването и създаването на пожарогасители, зона с лесно пренастройващи се конструкции, предпазни мембрани и други устройства за намаляване на налягането; при разработване на мерки за осигуряване на безопасност при пожар и експлозия технологични процесив съответствие с изискванията на GOST 12.1.004 и GOST 12.1.010.

Същността на метода за определяне на нормалната скорост на разпространение на пламъка е да се подготви горима смес с известен състав вътре в реакционен съд, да се запали сместа в центъра с точков източник, да се регистрират промените в налягането в съда във времето и да се обработи експериментална връзка налягане-време с помощта на математически модел на процеса на изгаряне на газ в затворен съд и процедури за оптимизация. Математическият модел дава възможност да се получи изчислена връзка налягане-време, чиято оптимизация с помощта на подобна експериментална връзка води до промяна в нормалната скорост по време на развитието на експлозия за конкретен тест.

Нормалната скорост на горене е скоростта на разпространение на фронта на пламъка спрямо неизгорелите реагенти. Скоростта на горене зависи от реда физични и химични свойствареагентите, по-специално топлопроводимостта и скоростта на химичната реакция, и има много специфична стойност за всяко гориво (при постоянни условия на горене). В табл Таблица 1 показва скоростите на горене (и границите на запалимост) на някои газови смеси. Концентрациите на горивото в смесите се определят при 25°C и нормално атмосферно налягане. С отбелязани изключения границите на възпламеняване се получават при разпространение на пламъка в тръба с диаметър 0,05 m, затворена от двете страни. Коефициентите на излишък на гориво се определят като отношението на обемното съдържание на гориво в реална смес към стехиометричната смес (j1) и към сместа при максимална скорост на горене (j2).

маса 1

Скорости на горене на кондензирани смеси (неорганичен окислител + магнезий)

Лист

Номер на документ.

Подпис

дата

Лист

TGiV 20.05.01.070000.000 PZ

41,6
1,60 28,8 74,9 2,48 39,4 KNO3 37,6 0,74 12,5 75,5 1,30 20,0 Ca(NO3)2 42,6 0,46 73,1 1,00 Ba(NO3)2 31,8 0,34 62,8 0,74 Sr(NO3)2 36,5 0,32 6,4 65,4 0,72 12,3 Pb(NO3)2 26,8 0,26 60,2 0,70 NaClO4 44,3 0,24 78,0 0,96 KClO4 41,3 0,23 4,2 77,1 0,68 10,9 NH4ClO4 29,2 0,22 3,6 79,3 0,42 6,5

Както може да се види, при изгаряне на въздух газови смеси при атмосферно налягане u max е в диапазона 0,40-0,55 m/s, а - в диапазона 0,3-0,6 kg/(m2-s). Само за някои нискомолекулни ненаситени съединения и водород u max е в границите 0,8-3,0 m/s и достига 1-2 kg/(m2s). Чрез увеличаване И max от изследваните горими вещества в смеси с въздух може да бъде

Подредете в следния ред: бензин и течни ракетни горива - парафини и ароматни съединения - въглероден оксид - циклохексан и циклопропан - етилен - пропиленов оксид - етиленов оксид - ацетилен - водород.

промяна

Лист

Номер на документ.

Подпис

дата

Лист

TGiV 20.05.01.070000.000 PZ

Влиянието на структурата на молекулата на горивото върху скоростта на горене е проследено за нискомолекулни въглеводороди с права верига. Скоростта на горене нараства с увеличаване на степента на ненаситеност в молекулата: алкани – алкени – алкадиени – алкини. С увеличаване на дължината на веригата този ефект намалява, но въпреки това скоростта на изгаряне на въздушните смеси за n-хексен е приблизително 25% по-висока, отколкото за n-хексан.

Линейната скорост на горене на кислородните смеси е значително по-висока от тази на въздушните смеси (за водород и въглероден оксид - 2-3 пъти, а за метан - повече от порядък). Масовата скорост на изгаряне на изследваните кислородни смеси (с изключение на сместа CO + O2) е в диапазона 3,7-11,6 kg/(m2 s).

В табл Таблица 1 показва (според Н. А. Силин и Д. И. Постовски) скоростите на изгаряне на уплътнени смеси от нитрати и перхлорати с магнезий. За приготвяне на смесите са използвани прахообразни компоненти с размер на частиците нитрати 150-250 микрона, перхлорати 200-250 микрона и магнезий 75-105 микрона. Сместа се напълва в картонени черупки с диаметър 24-46 mm до коефициент на уплътняване 0,86. Пробите бяха изгорени на въздух при нормално налягане и начална температура.

От сравнение на данните в табл. 1 и 1.25 следва, че кондензираните смеси превъзхождат газовите смеси по маса и им отстъпват по линейна скорост на горене. Скоростта на горене на смеси с перхлорати е по-малка от скоростта на горене на смеси с нитрати, а смесите с нитрати на алкални метали горят по-бързо. висока скоростотколкото смеси с нитрати на алкалоземни метали.

таблица 2

Граници на запалване и скорост на горене на смеси с въздух (I) и кислород (II) при нормално наляганеи стайна температура

Лист

Номер на документ.

Подпис

дата

Лист

TGiV 20.05.01.070000.000 PZ

1,06 0,39 0,35-0,52 3,7-5,1 0,38-0,45 4,15 Етан 0,0564 0,50 2,72 1,12 0,46 Пропан 0,0402 0,51 2,83 1,14 0,45 0,57 0,41 Бутан 0,0312 0,54 3,30 1,13 0,44 0,54 n-пентан 0,0255 0,54 3,59 1,15 0,44 n-хексан 0,0216 0,51 4,00 1,17 0,45 n-хептан 0,0187 0,53 4,50 1,22 0,45 Циклопропан 0,0444 0,58* 2,76* 1,13 0,55 Циклохексан 0,0227 0,48 4,01 1,17 0,45 Етилен 0,0652 0,41 <6,1 1,15 0,79 0,88 0,72-0,89 7,61 6,45 Пропилен 0,0444 0,48 2,72 1,14 0,50 Бутен-1 0,0337 0,53 3,53 1,16 0,50 ацетилен 0,0772 0,39* 1,33 1,63 1,86 1,65-1,73 11,6 Бутин-1 0,0366 1,20 0,67 Бензен 0,0271 0,43 3,36 1,08 0,47 0,61 4,6 0,6 4,6 Толуен 0,0277 0,43 3,22 1,05 0,40 Хетралин C10H12 0,0158 1,01 0,38 Етиленов оксид 0,0772 1,25 1,05 1,13 1,12 Пропиленов оксид 0,0497

промяна

Методи за изчисляване на скоростта на изгаряне на течности

промяна

Лист

Номер на документ.

Подпис

дата

Лист

TGiV 20.05.01.070000.000 PZ

Ако са известни параметрите на състоянието на изследваната течност, включени във формули (14) - (23), тогава, в зависимост от наличните данни, скоростта на изгаряне ( м) във всеки режим на горене може да се изчисли без провеждане на експериментални изследвания, като се използват формулите:

; (16)

Където М- безразмерна скорост на изгаряне;

; (17)

М Ф- молекулно тегло на течността, kg mol -1;

д- характерен размер на горящото течно огледало, m, определен като корен квадратен от площта на горивната повърхност; ако зоната на горене има формата на кръг, тогава характерният размер е равен на неговия диаметър. При изчисляване на скоростта на турбулентно горене може да се вземе д= 10 m;

T k- точка на кипене на течността, К.

Процедурата за изчисление е следната.

Режимът на горене се определя от стойността на критерия Галилей Ga, изчислено по формулата

Където ж- ускорение на свободно падане, m s -2.

В зависимост от режима на горене се изчислява безразмерната скорост на изгаряне М. За ламинарен режим на горене:

За преходен режим на горене:

ако , тогава , (20)

ако , тогава , (21)

За турбулентен режим на горене:

; , (22)

M0- молекулна маса на кислорода, kg mol -1;

n 0- стехиометричен коефициент на кислород в реакцията на горене;

n F- стехиометричен коефициент на течността в реакцията на горене.

б- безразмерен параметър, характеризиращ интензивността на масовия пренос, изчислен по формулата

, (23)

Където Q- по-ниска топлина на изгаряне на течността, kJ kg -1;

промяна

Лист

Номер на документ.

Подпис

дата

Лист

TGiV 20.05.01.070000.000 PZ

- безразмерна стойност на масата на кислорода, необходима за изгарянето на 1 kg течност;

° С- изобарна топлинна мощност на продуктите от горенето (приема се равна на топлинната мощност на въздуха c = 1), kJ kg -1 K -1 ;

T0- температура на околната среда, приета за 293 K;

з- топлина на изпаряване на течността при точка на кипене, kJ kg -1;

c e- среден изобарен топлинен капацитет на течността в диапазона от T0преди Т до.

Ако кинематичният вискозитет на парата или молекулното тегло и точката на кипене на изследваната течност са известни, тогава скоростта на турбулентно горене се изчислява, като се използват експериментални данни съгласно формулата

Където m i- експериментална стойност на скоростта на изгаряне в преходен режим на горене, kg m --2 s -1 ;

d i- диаметър на горелката, в която е получена стойността m i, м. Препоръчително е да използвате горелка с диаметър 30 ​​мм. Ако се наблюдава ламинарно горене в горелка с диаметър 30 ​​mm, трябва да се използва горелка с по-голям диаметър.

Над повърхността на течност или твърдо вещество при всякаква температура има смес от пари и въздух, чието налягане в състояние на равновесие се определя от налягането на наситените пари или тяхната концентрация. С повишаване на температурата, налягането на наситените пари ще нараства експоненциално (уравнение на Клапейрон - Клаузис):

където Р n „ - налягане на наситените пари, Pa; Q„ C11 - топлина на изпарение, kJ/mol; T -температура на течността, К.

За всяка течност има температурен диапазон, при който концентрацията на наситени пари над огледалото (повърхността на течността) ще бъде в областта на запалване, т.е. НКПВ

За да се създаде LTPV от пара, е достатъчно да се нагрее не цялата течност, а само нейният повърхностен слой до температура, равна на LTPV.

При наличие на източник на запалване такава смес може да се възпламени. На практика по-често се използват понятията „точка на възпламеняване“ и „температура на запалване“.

Точката на възпламеняване е минималната температура на течност, при която се образува концентрация на пари над нейната повърхност, която може да се възпламени от източник на запалване, но скоростта на образуване на пари е недостатъчна, за да поддържа горенето.

По този начин, както при точката на възпламеняване, така и при долната температурна граница на запалване, над повърхността на течността се образува по-ниска концентрационна граница на запалване, но в последния случай LFL се създава от наситени пари. Следователно точката на възпламеняване винаги е малко по-висока от LTPV. Въпреки че при точката на възпламеняване има краткотрайно запалване на пари, което не може да се развие в стабилно изгаряне на течност, въпреки това при определени условия светкавицата може да причини пожар.

Точката на възпламеняване се приема като основа за класифициране на течности на запалими течности (FLL) и запалими течности (CL). Течностите с температура на възпламеняване в затворен съд от 61 °C или по-ниска се класифицират като запалими течности, докато запалимите течности включват тези с точка на възпламеняване над 61 °C.

Точката на възпламеняване се определя експериментално в устройства от отворен и затворен тип. В затворените съдове стойностите на точката на възпламеняване винаги са по-ниски, отколкото в отворените, тъй като в този случай течните пари могат да дифундират в атмосферата и е необходима по-висока температура, за да се създаде запалима концентрация над повърхността.

В табл 2.4 показва точката на възпламеняване на някои течности, определена от инструменти от отворен и затворен тип.

Таблица 2.4

Точка на възпламеняване на различни видове течност, използвайки различни методи за определяне

Температурата на запалване е минималната температура на течността, при която след запалване на парите от източника на запалване се установява стабилно горене.

За запалими течности температурата на възпламеняване е с 1-5° по-висока от точката на възпламеняване, докато колкото по-ниска е точката на възпламеняване, толкова по-малка е разликата между точките на запалване и възпламеняването.

За запалими течности с висока точка на възпламеняване разликата между тези температури достига 25-35°. Има връзка между точката на възпламеняване в затворен тигел и долната температурна граница на възпламеняване, описана с формулата

Тази връзка е валидна за ГВ(.

Значителната зависимост на температурите на пламване и запалване от експерименталните условия причинява определени трудности при създаването на изчислителен метод за оценка на техните стойности. Един от най-често срещаните от тях е полуемпиричният метод, предложен от В. И. Блинов:

където G sun е температурата на пламък (запалване), K; R np -парциално налягане на наситени пари на течност при температура на пламване (запалване), Pa; Д()- коефициент на дифузия на течните пари, s/m 2 ; б-броят на кислородните молекули, необходими за пълното окисляване на една молекула гориво; В -метод на определяне константа.

При изчисляване на точката на възпламеняване в затворен съд се препоръчва да се вземе IN= 28, в отворен контейнер IN= 45; за изчисляване на температурата на запалване вземете IN = 53.

Границите на запалимата температура могат да бъдат изчислени:

Въз основа на известни стойности на точката на кипене

където ^н(в)’ 7/ip - съответно долна (горна) температурна граница на запалване и точка на кипене, °C; к, аз -параметри, чиито стойности зависят от вида на запалимата течност;

Въз основа на известни стойности на пределни концентрации. За да направите това, първо определете концентрацията на наситени пари над повърхността на течността

където (p„ p е концентрацията на наситени пари, %; R n n - налягане на наситените пари, Pa; P 0 -външно (атмосферно) налягане, Pa.

От формула (2.41) следва

След като определихме налягането на наситените пари от стойността на долната (горната) граница на запалимост, намираме температурата, при която се постига това налягане. Това е долната (горната) температурна граница на възпламеняване.

Използвайки формула (2.41), можете също да решите обратната задача: изчислете границите на концентрация на запалване въз основа на известните стойности на температурните граници.

Свойството на пламъка да се разпространява спонтанно се наблюдава не само при изгаряне на смеси от запалими газове с окислител, но и при изгаряне на течностиИ твърди вещества.Когато е изложена локално на източник на топлина, например открит пламък, течността ще се затопли, скоростта на изпарение ще се увеличи и когато повърхността на течността достигне температурата на запалване в точката на въздействие на източника на топлина, парата въздушната смес ще се запали, ще се установи стабилен пламък, който след това ще се разпространи с определена скорост по повърхността и студената част на течностите.

Каква е движещата сила за разпространението на горивния процес, какъв е неговият механизъм?

Разпространението на пламъка върху повърхността на течността възниква в резултат на пренос на топлина поради радиация, конвекция и молекулярна топлопроводимост от зоната на пламъка към повърхността на течното огледало.

Според съвременните концепции основната движеща сила за разпространението на процеса на горене е топлинното излъчване от пламъка. Известно е, че пламъкът, който има висока температура (повече от 1000 ° C), може да излъчва топлинна енергия. Според закона на Стефан-Болцман интензитетът на лъч топлинен потокотделено от нагрято тяло се определя от отношението

Където ts i- интензитет на лъчистия топлинен поток, kW/m 2 ; 8 0 - степен на чернота на тялото (пламък) (e 0 = 0.75-H.0); а = = 5,7 10 11 kJ/(m 2 s K 4) - константа на Стефан-Болцман; G g - температура на тялото (пламъка), K; G 0 - средна температура, K.

Топлината, излъчваща се във всички посоки, частично достига до области от повърхността на течността, които все още не са се запалили, затопляйки ги. С повишаване на температурата на повърхностния слой над нагрятата зона процесът на изпаряване на течността се засилва и се образува паровъздушна смес. Веднага щом концентрацията на течна пара надвиши LVEL, тя ще се запали от пламъка. Тогава този участък от повърхността на течността започва интензивно да загрява съседния участък от повърхността на течността и т.н. Скоростта на разпространение на пламъка през течността зависи от скоростта на нагряване на повърхността на течността от лъчистия топлинен поток от пламъка, т.е. от скоростта на образуване на запалима паровъздушна смес над повърхността на течността, която от своя страна зависи от естеството на течността и началната температура.

Всеки тип течност има своя собствена топлина на изпарение и точка на възпламеняване. Колкото по-високи са техните стойности, толкова по-дълго време е необходимо за загряване преди образуването на горима паровъздушна смес, толкова по-ниска е скоростта на разпространение на пламъка. С увеличаване на молекулното тегло на веществото в рамките на една хомоложна серия, еластичното налягане на парите намалява, топлината на изпарение и температурата на възпламеняване се увеличават и скоростта на разпространение на пламъка съответно намалява.

Повишаването на температурата на течността увеличава скоростта на разпространение на пламъка, тъй като времето, необходимо за загряване на течността до нейната точка на възпламеняване, преди зоната на горене намалява.

По време на мигане скоростта на разпространение на пламъка по повърхността на течността ще бъде (във физически смисъл) равна на скоростта на разпространение на пламъка през паровъздушна смес със състав, близък до LCPV, т.е. 4-5 cm/s. Когато началната температура на течността се повиши над точката на възпламеняване, скоростта на разпространение на пламъка ще зависи (подобно на скоростта на разпространение на пламъка) от състава на горимата смес. Наистина, с повишаване на температурата на течността над нейната точка на възпламеняване, концентрацията на сместа пара-въздух над повърхността на огледалото ще се увеличи от LVVP до 100% (точка на кипене).

Следователно, първоначално, когато температурата на течността се повиши от точката на възпламеняване до температурата, при която се образуват наситени пари над повърхността, с концентрация, равна на стехиометричната (по-точно малко по-висока от стехиометричната), скоростта на пламъка размножаването ще се увеличи. В затворени съдове, тъй като температурата на течността се повишава допълнително, скоростта на разпространение на пламъка започва да намалява до скорост, съответстваща на горната температурна граница на запалване, при която разпространението на пламъка и сместа пара-въздух вече няма да се разпространява е възможно поради липсата на кислород в паровъздушната смес над повърхността на течността. Над повърхността на открития резервоар концентрацията на парите на различни нива ще бъде различна: на повърхността тя ще бъде максимална и ще съответства на концентрацията на наситени пари при дадена температура; с увеличаване на разстоянието от повърхността концентрацията ще постепенно намаляване поради конвективна и молекулярна дифузия.

При температура на течността, близка до точката на възпламеняване, скоростта на разпространение на пламъка по повърхността на течността ще бъде равна на скоростта на неговото разпространение през сместа от пари във въздуха при LCPV, т.е. 3-4 cm/s. В този случай фронтът на пламъка ще бъде разположен на повърхността на течността. С по-нататъшно повишаване на първоначалната температура на течността скоростта на разпространение на пламъка ще се увеличи подобно на увеличаването на нормалната скорост на разпространение на пламъка през сместа пара-въздух с увеличаване на нейната концентрация. При максимална скорост пламъкът ще се разпространи в сместа с концентрация, близка до стехиометричната. Следователно, с повишаване на началната температура на течността над Gstx, скоростта на разпространение на пламъка ще остане постоянна, равна на максималната стойност на скоростта на разпространение на горенето през стехиометричната смес или малко по-голяма от нея (фиг. 2.5). По този начин,

Ориз. 25.

1 - изгаряне на течност в затворен съд; 2 - изгаряне на течност в отворен съд, когато първоначалната температура на течността в отворен контейнер се променя в широк температурен диапазон (до точката на кипене), скоростта на разпространение на пламъка ще варира от няколко милиметра до 3-4 m/ с.

При максимална скорост пламъкът ще се разпространи в сместа с концентрация, близка до стехиометричната. Тъй като температурата на течността се повишава над Gstx, разстоянието над течността, на което ще се образува стехиометрична концентрация, ще се увеличи и скоростта на разпространение на пламъка ще остане същата (вижте Фиг. 2.5). Това обстоятелство винаги трябва да се помни, както при организиране на превантивна работа, така и при гасене на пожари, когато например може да има опасност от изтичане на въздух в затворен контейнер - неговото намаляване на налягането.

След като течността се запали и пламъкът се разпространи, повърхността й става дифузионен режим на неговото изгаряне, което се характеризира със специфична маса W rMи линеен W V Jlскорости.

Специфичната масова скорост е масата на веществото, изгорено от единица площ на течно огледало за единица време (kg/(m 2 *s)).

Линейната скорост е разстоянието, на което нивото на повърхността на течността се движи за единица време поради нейното изгаряне (m/s).

Масовите и линейните скорости на изгаряне са взаимосвързани чрез плътността на течността p:

След като течността се запали, повърхностната й температура се повишава от температурата на запалване до кипене и се образува нагрят слой. През този период скоростта на изгаряне на течността постепенно се увеличава, височината на пламъка се увеличава в зависимост от диаметъра на резервоара и вида на запалимата течност. След 1-10 минути горене процесът се стабилизира: степента на изгаряне и размерът на пламъка остават непроменени в бъдеще.

Височината и формата на пламъка по време на дифузионно изгаряне на течност и газ са подчинени на едни и същи закони, тъй като и в двата случая процесът на горене се определя от взаимната дифузия на гориво и окислител. Въпреки това, ако по време на дифузионно изгаряне на газове скоростта на газовия поток не зависи от процесите, протичащи в пламъка, тогава по време на изгарянето на течност се установява определена скорост на изгаряне, която зависи както от термодинамичните параметри на течността, така и от върху условията на дифузия на кислород във въздуха и течни пари.

Между зоната на горене и повърхността на течността се установява определен топло- и масообмен (фиг. 2.6). Част от топлинния поток достига повърхността на течността q 0yсе изразходва за нагряването му до точката на кипене q ucn. Освен това е топло qCTТечността се подава за нагряване от пламъка през стените на резервоара поради топлопроводимостта. С достатъчно голям диаметър на qCTтогава може да се пренебрегне q() = K „ n +

Това е очевидно

където c е топлинният капацитет на течността, kJDkg-K); p - плътност на течността, kg/m3; Wnc- скорост на нарастване на нагрятия слой, m/s; W Jl -линейна скорост на изгаряне, m/s; 0 и SP - топлина на изпарение, kJ/kg; G kip е точката на кипене на течността, K.

Ориз. 2.6.

Г () - начална температура; G кипене - точка на кипене;

T g- температура на горене; q KUW q Jl -съответно конвективни и лъчисти топлинни потоци; q 0 -топлинен поток, достигащ до повърхността на течността

От формула (2.45) следва, че интензивността на топлинния поток от зоната на пламъка определя определена скорост на подаване на гориво към тази зона, чието химично взаимодействие с окислителя от своя страна влияе на стойността #0. Ето какво маса-И топлообмен между зоната на пламъка и кондензираната фаза по време на изгаряне на течности и твърди вещества.

Оценка на дела на топлината от общото отделяне на топлина по време на изгаряне на течност, която се изразходва за подготовката й за изгаряне р 0 може да се направи в следната последователност.

Приемам за простота W rjl= W nx, получаваме

Скоростта на отделяне на топлина на единица повърхност на повърхността на течността (специфична топлина на огъня qll7K)може да се определи по формулата

където Q H е долната топлина на изгаряне на веществото, kJ/kg; R p - коефициент на ефективност на горене.

Тогава, като вземем предвид състоянието (2.44) и разделим израз (2.45) на формула (2.46), получаваме

Изчисленията показват, че около 2% от общото отделяне на топлина по време на изгаряне на течност се изразходва за образуването и доставянето на течни пари в зоната на горене. Когато се установи процесът на изгаряне, температурата на повърхността на течността се повишава до точката на кипене, която впоследствие остава непроменена. Това твърдение се отнася за отделна течност. Ако разглеждаме смеси от течности с различни точки на кипене, тогава първо излизат нискокипящите фракции, а след това все по-висококипящите.

Скоростта на изгаряне се влияе значително от нагряването на течността в дълбочина в резултат на пренос на топлина от течността, нагрята от лъчистия поток q 0повърхността на течността в нейната дълбочина. Този топлообмен се осъществява благодарение на топлопроводимостИ конвенция.

Нагряването на течността поради топлопроводимост може да бъде представено чрез експоненциална зависимост на формата

Където T x -температура на течния слой в дълбочина Х,ДА СЕ; G kip - повърхностна температура (точка на кипене), K; к- коефициент на пропорционалност, m -1.

Този вид температурно поле се нарича разпределение на температурата от първи вид(фиг. 2.7).

Ламинарната конвенция възниква в резултат на различни температури на течността по стените на резервоара и в центъра му, както и поради фракционна дестилация в горния слой по време на изгаряне на сместа.

Допълнителният пренос на топлина от нагрятите стени на резервоара към течността води до нагряване на нейните слоеве в близост до стените до по-висока температура, отколкото в центъра. Течността, която е по-нагрята близо до стените (или дори парни мехурчета, ако се нагрява по стените над точката на кипене), се издига, което допринася за интензивно смесване и бързо нагряване на течността на големи дълбочини. Така нареченият хомотермален слой,тези. слой с почти постоянна температура, чиято дебелина се увеличава при горене. Това температурно поле се нарича разпределение на температурата от втори вид.

Ориз. 2.7.

1 - разпределение на температурата от първи вид; 2 - разпределение на температурата от втори вид

Образуването на хомотермичен слой е възможно и в резултат на фракционна дестилация на близки до повърхността слоеве на смес от течности с различни точки на кипене. Тъй като такива течности изгарят, повърхностният слой се обогатява с по-плътни фракции с висока температура на кипене, които потъват надолу, улеснявайки конвективното нагряване на течността.

Установено е, че колкото по-ниска е точката на кипене на една течност (дизелово гориво, трансформаторно масло), толкова по-трудно се образува хомотермичен слой. Когато горят, температурата на стените на резервоара рядко надвишава точката на кипене. Въпреки това, при изгаряне на мокри висококипящи нефтени продукти, вероятността от образуване на хомотермален слой е доста висока. При нагряване на стените на резервоара до 100°C и повече се образуват мехурчета от водна пара, които, като се втурват нагоре, предизвикват интензивно движение на цялата течност и бързо нагряване в дълбочина. Зависимостта на дебелината на хомотермичния слой от времето на горене се описва със съотношението

Където Х -дебелина на хомотермичния слой в даден момент от времето на горене, m; x pr - максималната дебелина на хомотермичния слой, m; t е времето, отчитано от момента, в който слоят започне да се образува, s; p - коефициент, s -1.

Възможността за образуване на достатъчно дебел хомотермичен слой по време на изгарянето на мокри петролни продукти е изпълнена с появата на кипене и изхвърляне на течност.

Скоростта на изгаряне значително зависи от вида на течността, началната температура, влажността и концентрацията на кислород в атмосферата.

От уравнение (2.45), като се вземе предвид израз (2.44), може да се определи масовата скорост на изгаряне:

От формула (2.50) е очевидно, че скоростта на изгаряне се влияе от интензивността на топлинния поток, идващ от пламъка към повърхността на течността, и топлофизичните параметри на горивото: точка на кипене, топлинен капацитет и топлина на изпарение.

От масата 2.5 е очевидно, че има известно съответствие между скоростта на изгаряне и консумацията на топлина за нагряване и изпаряване на течността. По този начин, в серията от бензенксилен глицероли, с увеличаване на консумацията на топлина за нагряване и изпаряване, скоростта на изгаряне намалява. Въпреки това, когато се преминава от бензен към диетилов етер, разходите за топлина намаляват. Това очевидно несъответствие се дължи на разликите в интензитета на топлинните потоци, идващи от горелката към повърхността на течността. Лъчистият поток е достатъчно голям за димния пламък на бензена и малък за относително прозрачния пламък на диетиловия етер. По правило съотношението на скоростта на изгаряне на най-бързо горящите течности и най-бавно горящите е доста малко и възлиза на 3,0-4,5.

Таблица 25

Зависимост на скоростта на изгаряне от потреблението на топлина за отопление и изпарение

От израз (2.50) следва, че с увеличаване на G 0 скоростта на изгаряне се увеличава, тъй като консумацията на топлина за нагряване на течността до точката на кипене намалява.

Съдържанието на влага в сместа намалява скоростта на изгаряне на течността, първо, поради допълнителната консумация на топлина за нейното изпарение, и второ, в резултат на флегматизиращия ефект на водната пара в газовата зона. Последното води до намаляване на температурата на пламъка и следователно, съгласно формула (2.43), неговата излъчвателна способност също намалява. Строго погледнато, скоростта на горене на мокра течност (течност, съдържаща вода) не е постоянна, тя се увеличава или намалява по време на процеса на горене в зависимост от точката на кипене на течността.

Мокрото гориво може да бъде представено като смес от две течности: гориво + вода, по време на процеса на изгаряне на които техните фракционна дестилация.Ако точката на кипене на запалима течност е по-ниска от точката на кипене на водата (100 ° C), тогава се получава преференциално изгаряне на горивото, сместа се обогатява с вода, степента на изгаряне намалява и накрая изгарянето спира. Ако температурата на кипене на течността е повече от 100 ° C, тогава, напротив, влагата първо се изпарява предимно и нейната концентрация намалява. В резултат на това скоростта на изгаряне на течността се увеличава до скоростта на изгаряне на чистия продукт.

Като правило, с увеличаване на скоростта на вятъра скоростта на изгаряне на течността се увеличава. Вятърът засилва процеса на смесване на горивото с окислителя, като по този начин повишава температурата на пламъка (Таблица 2.6) и доближава пламъка до повърхността на горене.

Таблица 2.6

Влияние на скоростта на вятъра върху температурата на пламъка

Всичко това увеличава интензитета на топлинния поток, подаден за загряване и изпаряване на течността, което води до увеличаване на степента на изгаряне. При по-висока скорост на вятъра пламъкът може да се разпадне, което ще доведе до спиране на горенето. Например, когато тракторният керосин изгори в резервоар с диаметър 3 m, пламъкът изчезна при скорост на вятъра 22 m/s.

Повечето течности не могат да горят в атмосфера с по-малко от 15% кислород. Когато концентрацията на кислород се увеличи над тази граница, степента на изгаряне се увеличава. В атмосфера, значително обогатена с кислород, протича изгаряне на течност с отделяне на голямо количество сажди в пламъка и се наблюдава интензивно кипене на течната фаза. За многокомпонентни течности (бензин, керосин и др.), температурата на повърхността с увеличаване на съдържанието на кислород в заобикаляща среданарастващ.

Увеличаването на скоростта на изгаряне и температурата на повърхността на течността с увеличаване на концентрацията на кислород в атмосферата се дължи на увеличаване на емисионната способност на пламъка в резултат на повишаване на температурата на горене и високо съдържание на сажди в него.

Степента на изгаряне също се променя значително с намаляване на нивото на запалимата течност в резервоара: степента на изгаряне намалява, докато горенето спре. Тъй като доставянето на кислород от околната среда в резервоара е трудно, когато нивото на течността намалява, разстоянието се увеличава h npмежду зоната на пламъка и повърхността на горене (фиг. 2.8). Лъчистият поток към течното огледало намалява и следователно степента на изгаряне намалява, дори до точката на затихване. При изгаряне на течности в резервоари с голям диаметър максималната дълбочина /g, при която се получава затихване на горенето, е много голяма. И така, за резервоар с диаметър 5 m е 11 m, а с диаметър Im е около 35 m.

3. РАЗПРОСТРАНЕНИЕ НА ПЛАМЪК В ГАЗОВИТЕ СМЕСИ

Скоростта на разпространение на пламъка при горене на твърди, течни и газообразни вещества е от практически интерес по отношение на предотвратяването на пожари и експлозии. Нека разгледаме скоростта на разпространение на пламъка в смеси от запалими газове и пари с въздух. Познавайки тази скорост, е възможно да се определят безопасни скорости на потока газ-въздух в тръбопровод, шахта, вентилационен блок и други експлозивни системи.

3.1. СКОРОСТ НА РАЗПРОСТРАНЕНИЕ НА ПЛАМЕНА

Като пример на фиг. Фигура 3.1 показва диаграма на смукателна вентилация във въглищна мина. От изкопите на мина 1, чрез тръбопровод 2, се отстранява прахова смес от въздух и въглищен прах, а в някои случаи и метан, отделен във въглищните пластове. Ако възникне пожар, фронтът на пламъка 3 ще се разпространи към преспи 1. Ако скоростта на движение на горимата смесw ще бъде по-малка от скоростта на разпространение на фронта на пламъкаИ спрямо стените на тръбата, пламъкът ще се разпространи в шахтата и ще доведе до експлозия. Следователно, за нормална работа на вентилационната система е необходимо да се спазват условията

w > u.

Скоростта на отстраняване на експлозивната смес трябва да бъде по-голяма от скоростта на разпространение на фронта на пламъка. Това ще предотврати навлизането на пламъци в минните шахти.

Ориз. 3.1. Схема на разпространение на пламъка в мината:

1 – вал; 2 – тръбопровод; 3 – фронт на пламъка

Теорията за разпространение на пламъка, разработена в трудовете на Я.Б. Зелдович и Д.А. Франк-Каменецки, се основава на уравненията на топлопроводимостта, дифузията и химичната кинетика. Възпламеняването на горимата смес винаги започва от една точка и се разпространява в целия обем, зает от горимата смес. Нека разгледаме едномерен случай - тръба, пълна с горима смес (фиг. 3.2).

Ако сместа се запали в единия край на тръбата, тогава тесен фронт на пламъка ще се разпространи по дължината на тръбата, отделяйки продуктите от горенето (зад фронта на пламъка) от свежата горима смес. Фронтът на пламъка има формата на шапка или конус, като изпъкналата му част е обърната по посока на движението на пламъка. Фронтът на пламъка е тънък слой газ (10 -4 ÷10 -6) m широк в този слой, който се нарича зона на горене, поток химична реакцияизгаряне. Температурата на фронта на пламъка, в зависимост от състава на сместа, е T= (1500÷3000) K. Отделената топлина на изгаряне се изразходва за нагряване на продуктите от горенето на прясната горима смес и стените на тръбата поради процесите на топлопроводимост и излъчване.

Ориз. 3.2. Схема на разпространение на фронта на пламъка в тръба

Когато фронтът на пламъка се движи в тръбата, в горимата смес възникват компресионни вълни, които създават вихрови движения. Вихрите на газове огъват фронта на пламъка, без да променят дебелината му и естеството на протичащите в него процеси. Върху единица повърхност от фронта на пламъка винаги гори едно и също количество вещество за единица време . Стойността е постоянна за всяка горима смес и се нарича масова скорост на горене . Познаване на предната зона на пламъкаС, можете да изчислите масата на дадено вещество М, изгорени в целия фронт на горене за единица време:

Всеки елемент от фронта на пламъка dSвинаги се движи спрямо прясната смес в посока на нормалата към фронта на пламъка в дадена точка (фиг. 3.2), а скоростта на това движение:

където е плътността на прясната горима смес.

величина се нарича нормална скорост на разпространение на пламъка и има размерността m/s. Тя е постоянна величина на процеса на горене на дадена смес и не зависи от хидродинамични условия, съпътстващи процеса на горене. Нормалната скорост на разпространение на пламъка винаги е по-малка от наблюдаваната скорост И, тоест скоростта на движение на фронта на горене спрямо стените на тръбата:

u n< u .

Ако фронтът на пламъка е плосък и насочен перпендикулярно на оста на тръбата, тогава в този случай наблюдаваната и нормална скорост на разпространение на пламъка ще бъде същата

u n = u .

Област на изпъкнал пламък отпредS проблемВинаги повече площплоска предна частS pl, Ето защо

> 1.

Нормална скорост на разпространение на пламъкаu nза всяка горима смес зависи от примеса на инертни газове, температурата на сместа, влажността и други фактори. По-специално, предварителното загряване на горимия газ увеличава скоростта на разпространение на пламъка. Може да се покаже, че скоростта на разпространение на пламъкаu nпропорционално на квадрата на абсолютната температура на сместа:

u n .= const · T 2.

На фиг. Фигура 3.3 показва зависимостта на скоростта на разпространение на пламъка в горимата смес „въздух – въглероден окис“ в зависимост от концентрацията на CO. Както следва от графиките по-горе, скоростта на разпространение на пламъка се увеличава с повишаване на температурата на сместа. За всяка температурна стойност скоростта на разпространение на пламъка има максимум в зоната на концентрация въглероден окис CO равен на ~ 40%.

Скоростта на разпространение на пламъка се влияе от топлинния капацитет на инертния газ. Колкото по-голям е топлинният капацитет на инертен газ, толкова повече той намалява температурата на горене и толкова повече намалява скоростта на разпространение на пламъка. Така че, ако сместа от метан и въздух е разредена въглероден двуокис, то скоростта на разпространение на пламъка може да намалее 2÷3 пъти. Скоростта на разпространение на пламъка в смеси от въглероден окис с въздух се влияе значително от влагата, съдържаща се в сместа, наличието на частици сажди и примеси от инертни газове.

Ориз. 3.3. Зависимост на скоростта на разпространение на пламъка

върху концентрацията на въглероден окис в сместа

1) Влажност на материала.

2) Влиянието на ориентацията на пробата в пространството.

При отрицателни ъгли на наклон (посока на движение на пламъка отгоре надолу) скоростта на разпространение на пламъка или не се променя, или леко намалява. Когато положителният ъгъл на наклон (посоката на движение на пламъка отдолу нагоре) се увеличи над 10-15 0, скоростта на разпространение на пламъка рязко се увеличава.

3) Влияние на скоростта и посоката на въздушните потоци.

С увеличаване на скоростта на опашния вятър обменът на газ се подобрява и ъгълът на наклона на пламъка към пробата намалява. Скоростта на разпространение се увеличава.

Въздушният поток, насочен срещу посоката на движение на пламъка, има двоен ефект върху скоростта на разпространение на пламъка.

В резултат на аеродинамично спиране и охлаждане на нагрети участъци от повърхността пред фронта на пламъка, скоростта на разпространение на пламъка намалява. От друга страна, въздушният поток засилва смесването на пиролизните продукти с окислителя, образуването на хомогенна горима смес става по-бързо, върха на пламъка се приближава до повърхността на твърдия материал, което от своя страна води до допълнително увеличаване на интензитет и това ускорява разпространението на пламъка.

4) Влиянието на геометричните размери на образеца.

Има термично дебели и термично тънки проби.

Топлинната дебелина е дебелината на слоя твърд материал, нагрят пред фронта на пламъка над първоначалната температура до момента, в който пламъкът се разпространи до дадена повърхност.

5) Влияние на материала на субстрата.

Ако запалим материалвлезе в контакт с материал (субстрат), чиито термофизични свойства се различават от въздуха, това също ще повлияе на скоростта на разпространение на пламъка (залепена хартия, изолация на проводник и др.). Ако l ниско > l високо. мат. , тогава топлината ще бъде интензивно отстранена от пробата и скоростта на разпространение ще бъде по-ниска, отколкото в случай на липса на субстрат.

6) Влияние на съдържанието на кислород в околната среда.

С увеличаването на съдържанието на кислород в околната среда скоростта на разпространение на пламъка се увеличава.

7. Влияние на началната температура на пробата.

За дървесината повишаването на началната температура до 230–250 o C (температурен диапазон на пиролиза) води до рязко увеличение на u l.

Изгаряне на твърди материали

Едновременно с разпространението на пламъка върху повърхността на материала започва процесът на изгаряне. Моделите на изгаряне на твърди материали значително зависят от естеството на превръщането на твърдата фаза в газообразни продукти.

Ако разлагането на твърдата фаза се извършва в тесен приповърхностен слой без образуване на въглероден слой, тогава в този случай горенето протича с постоянна скорост. След запалване на повърхността на твърдата фаза се установява постоянна температура, равна на температуратакипене или сублимация на вещество.

По-сложен е механизмът на изгаряне на твърди вещества, който протича с образуването на въглероден остатък върху горивната повърхност. Така горят почти всички вещества от растителен произход, някои пластмаси, съдържащи незапалими или бавно горящи пълнители (талк, сажди и др.). Най-често срещаните запалими вещества от растителен произход от този тип са дървото. В момента на запалване, поради топлинния поток от зоната на пламъка, температурата на повърхностния слой на дървесината бързо се повишава до 450-500 o C. Настъпва интензивно разлагане на веществата с образуването на летливи продукти и въглища, докато температурата на повърхността се повишава до 600 o C.

Според дълбочината на изгаряне на дървесината има зони с различни физични и физикохимични характеристики. Условно те могат да бъдат разделени на 4 зони:

аз - дървени въглища, състоящ се от 99% въглерод;

II - дърво с различна степен на пиролиза;

III - непиролизирана, суха дървесина;

IV - оригинално дърво.

Тъй като летливите продукти се отделят от твърдата фаза по време на изгарянето на дървесината, материалът се овъглява отново до все по-голяма дълбочина. Увеличаването на дебелината на въглеродния слой води до увеличаване на неговата термична устойчивост и следователно намалява скоростта на нагряване и пиролиза на дървесните слоеве, които все още не са се разложили, а скоростта на пламъчно изгаряне постепенно намалява. Пламъчното изгаряне на дървесината спира, когато масовата скорост на летливите емисии намалее до 5 g/(m 2 s). Дебелината на въглищния слой достига 15-20 mm.

Прекратяването на пламъчното горене на дървесината отваря достъп на кислород от въздуха до въглища, загряти до температура 650-700 o C. Започва вторият етап от изгарянето на дървесината - хетерогенно окисляване на въглеродния слой главно по реакцията C + O 2 ® CO 2 + 33000 kJ/kg, температурата на въглеродния слой се повишава до 800 o C и процесът хетерогенно изгаряневъглища се интензифицира допълнително.

Реалната картина на прехода от хомогенно към хетерогенно горене е малко по-различна от показаната.

Основният количествен параметър, характеризиращ процеса на изгаряне на твърди материали, е масовата скорост на изгаряне, която е един от параметрите, определящ динамиката на пожара.

Намалената масова скорост на изгаряне е количеството вещество, изгорено за единица време на единица площ от пожара.

Изгаряне на метали

Според характера на горенето металите се делят на две групи: летливи и нелетливи.

Летливите метали имат T pl< 1000 К, Т кип < 1500 К. К ним относятся щелочные металлы (литий, натрий, калий и др.) и щелочноземельные (магний, кальций).

Нелетливите метали имат Tm >1000 K, Tbp >2500 K. Механизмът на горене до голяма степен се определя от свойствата на металния оксид. Точката на топене на летливите метали е по-ниска от точката на топене на техните оксиди. Освен това последните са доста порести образувания.

Когато IR се изведе на повърхността на метала, той се изпарява и окислява. Когато концентрацията на парите достигне долната граница на запалима концентрация, тя се запалва. Зона дифузионно изгарянее монтиран близо до повърхността, голяма част от топлината се предава на метала и той се нагрява до T на кипене. Получените пари, свободно дифундиращи през порестия оксиден филм, навлизат в зоната на горене. Кипенето на метала причинява периодично разрушаване на оксидния филм, което усилва горенето. Продуктите от горенето (метални оксиди) дифундират не само към металната повърхност, насърчавайки образуването на оксидна кора, но и в околното пространство, където кондензират и образуват твърди частици под формата на бял дим. Образуването на гъст бял дим е визуален признак за изгаряне на летливи метали.

За нелетливи метали имащи високи температурифазов преход, по време на горенето на повърхността се образува много плътен оксиден филм, който прилепва добре към металната повърхност. В резултат на това скоростта на дифузия на металните пари през филма рязко намалява и големите частици, например алуминий и берилий, не могат да изгорят. По правило пожарите на такива метали възникват, когато са под формата на стружки, прахове и аерозоли. Горят без да отделят гъст дим. Образуването на плътен оксиден филм върху металната повърхност води до експлозия на частицата. Това явление, особено често наблюдавано при движение на частици във високотемпературна окислителна среда, е свързано с натрупването на метални пари под оксидния филм, последвано от внезапното му разкъсване. Това естествено води до рязко усилване на горенето.

Изгаряне на прах

Прахе дисперсна система, състояща се от газообразна дисперсна среда (въздух и др.) и твърда дисперсна фаза (брашно, захар, дърва, въглища и др.).

Фактори, влияещи върху скоростта на разпространение на пламъка през праховъздушни смеси:

1) Концентрация на прах.

Както в случай на изгаряне на хомогенна смес газ-въздух, максималната скорост на разпространение на пламъка възниква за смеси, малко по-високи от стехиометричния състав. За торфения прах е 1,0-1,5 kg/m3.

2) Съдържание на пепел.

С увеличаване на съдържанието на пепел концентрацията на запалимия компонент намалява и съответно скоростта на разпространение на пламъка намалява.

С намаляването на съдържанието на кислород скоростта на разпространение на пламъка намалява.

Класификация на праховете според опасността от пожар и експлозия.

Въз основа на опасността от пожар и експлозия праховете се разделят на класове:

Клас I - най-експлозивен - j n до 15 g/m 3;

Клас II - експлозив - 15 g/m 3< j н < 65 г/м 3 ;

Клас III - най-пожароопасен - j n > 65 g/m 3 ; T St до 250 o C;

IV клас - пожароопасност - j n > 65 g/m 3 ; T St > 250 o C.

ДИНАМИКА НА РАЗВИТИЕТО НА ПОЖАРА

Динамиката на пожара се разбира като набор от закони и модели, които описват промените в основните параметри на пожара във времето и пространството. Естеството на пожара може да се съди по комбинацията от голям брой от неговите параметри: площта на пожара, температурата на пожара, скоростта на разпространението му, интензивността на отделянето на топлина, интензивността на газообмена , интензивността на дима и др.

Параметрите на пожара са толкова много, че при едни видове пожари някои от тях са първични, а при други вторични. Всичко зависи от това какви цели са поставени за изучаване на определен вид пожар.

За да изследваме динамиката на пожара, ние приемаме площта на пожара, температурата на пожара, интензивността на обмена на газ и дима и скоростта на разпространение на огъня като основни параметри, които се променят с течение на времето. Тези параметри на пожара са най-достъпни за измерване, анализ и изчисления. Те служат като изходни данни за определяне на вида необходимо оборудванеи разчет на силите и средствата при гасене на пожари, проектиране автоматични системипожарогасене и др.

От момента на възникване на пожара, със свободното му развитие, до пълното му спиране, пожарът в помещението може да се раздели на фази.

Пожарни фази

I. Фаза на запалване.

Пламъкът възниква от външен източник на запалване в малка площ и се разпространява бавно. Около зоната на горене се образува конвективен газов поток, който осигурява необходимия газообмен. Повърхността на горимия материал се затопля, размерът на факела се увеличава, газообменът се увеличава и се увеличава лъчистият топлинен поток, който навлиза в околното пространство и върху повърхността на горимия материал. Продължителността на фазата на тен варира от 1 до 3 минути.

II. Фаза на започване на пожар.

Температурата на околната среда в помещението бавно се повишава. Целият предишен процес се повтаря, но с по-голяма интензивност. Продължителността на втория етап е приблизително 5-10 минути.

III. Обемна фаза на развитие на пожара- бърз процес на растеж на всички изброени параметри. Стайната температура достига 250 -300°C. Започва „обемната“ фаза на развитие на пожара и фазата на обемно разпространение на пожара. Когато температурата на газа в помещението е 300°C, стъклопакетът се разрушава. Доизгаряне може да възникне и извън помещението (огънят излиза от отворите навън). Интензивността на газообмена се променя рязко: рязко се увеличава, процесът на изтичане на горещи продукти от горенето и приток свеж въздухв зоната на горене.

IV.Пожарна фаза.

По време на тази фаза стайната температура може да се понижи за кратко. Но в съответствие с промяната в условията на газообмен, такива параметри на пожара като пълнотата на изгаряне, скоростта на изгаряне и разпространението на процеса на горене рязко се увеличават. Съответно общото отделяне на топлина при пожар рязко се увеличава. Температурата, която леко намалява в момента на разрушаване на стъклопакета поради нахлуването на студен въздух, рязко се повишава, достигайки 500 - 600 ° C. Процесът на развитие на пожара бързо се засилва. Се увеличава числова стойноствсички горепосочени параметри на пожара. Площта на пожара, средната обемна температура в помещението (800-900 ° C), интензивността на изгаряне на пожара и степента на дим достигат максимум.

V. Стационарна фаза на горене.

Параметрите на пожара се стабилизират. Това обикновено се случва 20-25 минути след началото на пожара и в зависимост от размера на пожарното натоварване може да продължи 20-30 минути.

VI. Фаза на разпад.

Интензитетът на горене постепенно намалява, т.к по-голямата част от пожарния товар вече е изгорял. Стаята е натрупана голям бройпродукти от горенето. Средната обемна концентрация на кислород в помещението намаля до 16-17%, а концентрацията на продуктите от горенето, които предотвратяват интензивното горене, се увеличи до максималната стойност. Интензивността на радиационното пренасяне на топлина към горимия материал намалява поради намаляване на температурата в зоната на горене. Поради увеличаване на оптичната плътност на средата, интензивността на горене бавно намалява, което води до намаляване на всички други параметри на огъня. Пожарната зона не се свива: тя може да расте или да се стабилизира.

VII. Фаза на доизгаряне.

Тази крайна фаза на пожара се характеризира с бавно тлеене, след което след известно, понякога доста дълго време, горенето спира.

Основни параметри на пожара

Нека да разгледаме количествено някои от основните параметри на пожара, които определят динамиката на неговото развитие. Нека определим интензивността на отделянето на топлина при пожар, тъй като това е един от основните параметри на процеса на горене:

Q=βQ р n V m ’Sp, (kJ/s)

където β и Q р n са константи (коефициент на недогаряне и долна калоричност на пожарния товар);

V m ¢ - намалена скорост на изгаряне на масата;

S p – пожарна площ;

V m ¢ и S p зависят от времето на развитие на пожара, температурата на пожара, скоростта на газообмен и др.

Намалената скорост на изгаряне на маса V m ¢ се определя по формулата:

v m ¢ = (a×T p +b×I g) v m o ¢

където a, b са емпирични коефициенти;

v m o ¢ - намалената масова скорост на изгаряне при пожар при даден вид горим материал;

T p - средна температура на пожар;

I g - интензивност на обмен на газ.

Зависимостта на площта на пожара от основните параметри на неговото развитие има формата:

S p = k (v p ∙ τ) n

където k и n са коефициенти, зависещи от геометричната форма на зоната на пожара;

v р – линейна скорост на разпространение на пожара;

τ е времето на свободното му развитие.

k = π; n = 2 k = ; n = 2 k = 2a; n=1

k = ; n = 2 k = 2a; n=1

Линейната скорост на разпространение на огъня зависи от вида на горимия товар, средна температураинтензитет на пожар и газообмен:

v p = (a 1 T p + b 1 I g)v po

където a 1 и b 1 са емпирични коефициенти, които установяват зависимостта на линейната скорост на разпространение на пожара от средната температура и интензивността на обмена на газ, числената стойност на която се определя емпирично за всеки конкретен вид гориво;

v p o - линейна скорост на разпространение на горенето за даден вид гориво.

С напредването на пожара температурата на пожара и скоростта на обмен на газ ще се повишат, увеличават се линейна скоростразпространение на горенето и намалена скорост на изгаряне на масата.

Топлинни условия по време на пожар

Появата и скоростта на топлинните процеси зависят от интензивността на отделянето на топлина в зоната на горене, т.е. от топлината на огъня. Количествена характеристика на промените в отделянето на топлина при пожар в зависимост от различните условия на горене е температурният режим. Под температурни условияпожарите разбират промяната в температурата с течение на времето. Определянето на температурата на огъня чрез използване на експериментални и изчислителни методи е изключително трудно. За инженерни изчисления при решаване на редица практически задачи температурата на пожара се определя от уравнението на топлинния баланс. Топлинният баланс на пожар се съставя не само за определяне на температурата на пожара, но и за идентифициране на количественото разпределение на топлинната енергия. Като цяло топлинният баланс на пожар за в този моментвремето може да бъде представено по следния начин:

Q p = Q pg +Q k +Q l

където Q p е топлината, отделена при пожар, kJ;

Q pg - топлина, съдържаща се в продуктите на горенето, kJ;

Q к - топлина, пренесена от зоната на горене чрез конвекция към въздуха, измиващ зоната, но не участващ в изгарянето, kJ;

Q l – топлина, пренесена от зоната на горене чрез излъчване.

За открити огньове е установено, че делът на топлината, пренесена от зоната на горене чрез радиация и конвекция, е 40-50% от Q p, а останалата част от топлината (60-70% от Q p) се използва за нагряване на горенето продукти. Така 60-70% от теоретичната температура на горене на даден горим материал ще даде приблизителна стойност на температурата на пламъка. Температурата на открития огън зависи от калоричността на горимите материали, скоростта на тяхното горене и метеорологичните условия. Средно максималната температура на открит огън за запалими газове е 1200 - 1350 ° C, за течности - 1100 - 1300 ° C и за твърди горими материали органичен произход– 1100 - 1250°С.

При вътрешен пожар температурата се влияе от повече фактори: естеството на горимия материал, големината на пожарното натоварване и неговото местоположение, зоната на горене, размерите на сградата (етажна площ, височина на помещението и др.) и интензивността на обмена на газ (размер и местоположение на отворите). Нека разгледаме по-подробно влиянието на тези фактори.

Пожарът може да бъде разделен на три характерни периода въз основа на температурните промени: начален, основен и краен.

Начален период- характеризира се с относително ниска средна обемна температура.

Основен период- по време на него се изгарят 70-80% от общия товар от горими материали. Краят на този период настъпва при достигане на средната обемна температура най-висока стойностили намалява до не повече от 80% от максималната стойност.

Последен период- характеризира се с понижаване на температурата поради изгаряне на пожарния товар.

Фигура 9.1. Промяна на температурата на вътрешен пожар във времето: 1 - крива на конкретен пожар; 2 - стандартна крива

Тъй като скоростта на нарастване и абсолютната стойност на температурата на пожар във всеки конкретен случай имат свои собствени характерни стойности и характеристики, беше въведена концепцията за стандартна температурна крива (фиг. 21.2), която обобщава най-много характеристикитемпературни промени при вътрешни пожари. Стандартната температура се описва с уравнението.

Изгаряне- това са интензивни химически окислителни реакции, които са придружени от отделяне на топлина и блясък. Изгарянето възниква в присъствието на запалимо вещество, окислител и източник на запалване. Кислородът и азотната киселина могат да действат като окислители в процеса на горене. Като гориво - мн органични съединения, сяра, сероводород, пирити, повечето свободни метали, въглероден окис, водород и др.

При истински пожар окислителят в процеса на горене обикновено е кислородът на въздуха. Външната проява на горенето е пламък, който се характеризира със светене и отделяне на топлина. При изгаряне на системи, състоящи се само от твърди или течни фази или смеси от тях, може да не възникне пламък, т.е. безпламъкизгаряне или тлеещ.

В зависимост от агрегатното състояние на изходното вещество и продуктите на горенето се разграничават хомогенно изгаряне, изгаряне на експлозиви и хетерогенно изгаряне.

Хомогенно изгаряне.При хомогенно изгаряне изходните материали и продуктите на горенето са в едно агрегатно състояние. Този тип включва изгаряне на газови смеси (природен газ, водород и др. с окислител - обикновено кислород на въздуха) /

Изгаряне на експлозивисвързан с преминаването на веществото от кондензирано състояние в газ.

Хетерогенно горене.При хетерогенно горене изходните вещества (например твърдо или течно гориво и газообразен окислител) са в различни агрегатни състояния. Най-важните технологични процеси на хетерогенно горене са изгарянето на въглища, метали, изгарянето на течни горива в нефтени пещи, двигатели с вътрешно горене и горивни камери на ракетни двигатели.

Движение на пламъка газова смесНаречен разпространение на пламък.В зависимост от скоростта на разпространение на пламъка на горенето той може да бъде дефлаграционен със скорост няколко m/s, експлозивен със скорост от порядъка на десетки и стотици m/s и детонационен със скорост хиляди m/s. с.

Дефлаграционното горене се разделя на ламинарно и турбулентно.

Ламинарното горене има нормална скорост на разпространение на пламъка.

Нормална скорост на разпространение на пламъка,е скоростта на движение на фронта на пламъка спрямо неизгорелия газ в посока, перпендикулярна на неговата повърхност.

Температурата сравнително слабо увеличава нормалната скорост на разпространение на пламъка, инертните примеси я намаляват, а увеличаването на налягането води до увеличаване или намаляване на скоростта.

При ламинарен газов поток скоростите на газа са ниски. Скоростта на горене в този случай зависи от скоростта на образуване на горимата смес. В турбулентен пламък вихърът от газови струи подобрява смесването на реагиращите газове, тъй като повърхността, през която се извършва молекулярна дифузия, се увеличава.

Индикатори за опасност от пожар и експлозия на газове. Техните характеристики и обхват

Пожарната опасност на технологичните процеси до голяма степен се определя от физикохимичните свойства на суровините, междинните и крайните продукти, използвани в производството.

Показателите за опасност от пожар и експлозия се използват при категоризиране на помещения и сгради, при разработване на системи за осигуряване на пожарна и взривобезопасност.

Газовете са вещества, чието абсолютно налягане на парите при температура 50 °C е равно или по-голямо от 300 kPa или чиято критична температура е по-ниска от 50 °C.

За газовете са приложими следните показатели:

Група на запалимост- показател, който е приложим за всички състояния на агрегиране.

Запалимостта е способността на дадено вещество или материал да гори. Въз основа на запалимостта веществата и материалите се разделят на три групи.

Негорим(негорими) - вещества и материали, които не могат да горят във въздуха. Незапалимите вещества могат да бъдат опасни за пожар (например окислители, както и вещества, които отделят запалими продукти при взаимодействие с вода, кислород на въздуха или помежду си).

Ниска запалимост(трудно запалими) - вещества и материали, които могат да се запалят във въздуха от източник на запалване, но не могат да горят самостоятелно след отстраняването му.

Запалим(горими) - вещества и материали, способни на спонтанно запалване, както и да се запалят от източник на запалване и да горят независимо след отстраняването му. От групата на запалимите вещества и материали се разграничават запалими вещества и материали.

Запалими са запалими вещества и материали, които могат да се запалят при краткотрайно (до 30 s) излагане на източник на запалване с ниска енергия (пламък на кибрит, искра, тлееща цигара и др.).

Запалимостта на газовете се определя косвено: газ, който има граници на концентрация на запалимост във въздуха, се класифицира като запалими;ако даден газ няма граници на концентрация за запалимост, но се запалва спонтанно при определена температура, той се класифицира като забавител на горенето;при липса на граници на концентрация на възпламеняване и температура на самозапалване, газът се класифицира като незапалими.

На практика групата на запалимост се използва за подразделяне на материалите по запалимост, при установяване на класове на експлозивни и пожароопасни зони съгласно PUE, при определяне на категорията на помещенията и сградите според опасността от експлозия и пожар, при разработване на мерки за осигуряване на пожар и взривна безопасност на оборудването и помещенията.

Температура на самозапалване- повечето ниска температуравещество, в което при специални условия на изпитване има рязко увеличаване на скоростта на екзотермични реакции, завършващи с пламъчно горене.

Концентрационни граници на разпространение на пламъка (запалване) - товадиапазон на концентрация, в който е възможно изгаряне на смеси от запалими пари и газове с въздух или кислород.

Долна (горна) граница на концентрация на разпространение на пламъка -минималното (максималното) съдържание на гориво в смес от горимо вещество и окислителна среда“, при което пламъкът може да се разпространи през сместа на всяко разстояние от източника на запалване. В тези граници сместа е запалима, но извън тях сместа не е горима.

Температурни граници на разпространение на пламъка(възпламеняване) - такива температури на вещество, при които наситените му пари образуват концентрации в специфична окислителна среда, равни съответно на долната (долна температурна граница) и горната (горна температурна граница) граници на концентрация на разпространение на пламъка.

Способността да експлодира и да гори при взаимодействие с вода, кислород от въздуха и други вещества- качествен показател, който характеризира специалната опасност от пожар на определени вещества. Това свойство на веществата се използва при определяне на категорията на производството, както и при избора на безопасни условия за извършване на технологични процеси и условия за съвместно съхранение и транспортиране на вещества и материали.