Теория горения и взрыва

 

 

 

 

 

 

Вопрос 23. Температура самовоспламенения

Температура  самовоспламенения-  самая низкая температура вещества (материала, смеси), при которой происходит резкое увеличение скорости экзотермических реакций, заканчивающихся возникновением пламенного горения. Измерение температуры Тс практически очень затруднено, что обусловлено большими скоростями изменения температуры смеси при ее самонагревании. Поэтому за температуру самовоспламенения принимают ту наименьшую температуру стенки сосуда или окружающей среды, при которой в данных условиях происходит самовоспламенение вещества, т. е. Tо. Это не влечет за собой слишком большой ошибки.

Время с момента установления в горючем веществе температуры То до достижения температуры Тс называется периодом индукции или временем запаздывания самовоспламенения. Период индукции для одного и того же вещества неодинаков и сильно зависит от состава горючей смеси, температуры и давления. Чем ниже температура нагрева горючего вещества при самовоспламенении, тем больше период индукции. Поэтому часто за температуру самовоспламенения принимают ту температуру окружающей среды или стенок сосуда, при которой период индукции самый большой.

При попадании искры в горючую смесь паров или газов с воздухом некоторый объем смеси нагревается и в то же время охлаждается искра. Воспламенение смеси в этом случае зависит от соотношения периода индукции смеси и времени охлаждения искры. Если период индукции больше времени охлаждения искры до температуры, которая ниже температуры самовоспламенения, то воспламенение смеси не происходит. Если же период индукции

меньше времени охлаждения искры, смесь воспламеняется. Таким образом, искра небольшой мощности может воспламенить смесь с малым периодом индукции и может не воспламенить смесь с большим периодом индукции. Период индукции твердых веществ отличается от периода индукции газовых и пылевых смесей. Если период индукции для газовых смесей составляет десятки и сотни секунд, то период индукции для твердых горючих веществ может составлять часы, дни и месяцы. При температуре самовоспламенения вещества горение еще не возникает. Оно возникает и развивается при температуре горения (пламени), значительно превышающей температуру самовоспламенения. Температура самовоспламенения горючего вещества не является постоянной величиной. Согласно тепловой теории самовоспламенения, эта температура зависит от скорости тепловыделения и скорости теплоотвода, которые в свою очередь зависят от объема горючего вещества, его концентрации, давления и других факторов. 

 Метод капли применяют для определения температуры самовоспламенения жидкостей и легкоплавких твердых веществ. В нагретый до определенной температуры сосуд вводят по каплям горючую жидкость. Та температура сосуда, при которой произойдет самовоспламенение жидкости, является ее температурой самовоспламенения.  Термин «температура самовоспламенения» для твердых неплавких веществ и материалов является условным, так как некоторые из них (кокс, древесный уголь, графит, сернистое железо, некоторые металлы) горят без образования пламени (в виде каления или накала). Другие неплавкие материалы (древесина, торф, бумага) при нагревании разлагаются с выделением горючих продуктов, сгорающих с образованием пламени, и угля, сгорающих с образованием пламени, и угля, сгорающего в виде накала или тления.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Вопрос 24. Процесс возгорания и воспламенения

Возгоранием называется возникновение горения под воздействием источника зажигания. Под источником зажигания понимается горящее или накаленное тело, а также электрический разряд с запасом энергии и температурой, достаточными для возникновения горения других веществ. Если возгорание сопровождается появлением пламени, то такой процесс возникновения горения называется воспламенением.

Температура воспламенения — наименьшая €‚ƒ€температура вещества, при которой Ÿ€пары над поверхностью горючего вещества выделяются с такой €‚Œскоростью, что при воздействии на них источника зажигания наблюдается воспламенение. Воспламенение хотя и является частным случаем возгорания, однако в практике имеет наибольшее распространение. Физическая сущность процесса воспламенения та же, что и самовоспламенения, так как условия самоускорения реакции окисления у них одни и те же. Основное различие между ними заключается в том, что процесс воспламенения пространственно ограничен частью объема горючего вещества, в то время как процесс самовоспламенения происходит во всем объеме. Поэтому при воспламенении удельная поверхность теплоотвода горючего вещества обычно выше, чем при самовоспламенении, и ускорение реакции окисления начинается при более высокой температуре.

Так   как   физическая сущность процессов воспламенения и самовоспламенения одна и та же, то и температуры самовоспламенения их должны изменяться   под влиянием   тех же  факторов.  Рассмотрим механизм воспламенения. Если повысить температуру, то температура горючей смеси вследствие большой скорости выделения тепла не сможет быть постоянной и начнет быстро возрастать (по мере удаления от тела) до тех пор, пока не произойдет воспламенение.  Механизм воспламенения от искр при ударе металла о металл, металла о камень ничем не отличается от рассмотренного.

Опытами установлено, что при трении стали о сталь образуются искры, способные воспламенить смеси воздуха с водородом, сероуглеродом, ацетиленом, сероводородом, коксовым газом и некоторыми другими веществами. Трение алюминиевых сплавов по стальным, покрытым ржавчиной поверхностям вызывает воспламенение всех известных взрывоопасных газовых смесей. Из твердых горючих веществ наиболее подвержены возгоранию или воспламенению от искр волокнистые и мелкораздробленные материалы: хлопок, войлок, ткань, сено, мякина, шерсть и др. Все они имеют малую теплопроводность и большую поверхность, что способствует сохранению тепловой энергии искры в небольшом объеме горючего вещества и быстрому нагреву его.

Пламя, представляющее собой нагретые газы, является мощным тепловым источником воспламенения не только газообразных веществ, но и твердых. Причинами пожаров довольно часто являются электрические искры. Они могут воспламенить не только газы, жидкости, пыли, но и твердые вещества. При возникновении электрической искры в объеме газа между электродами образуются свободные атомы и радикалы, которые, диффундируя в горючую смесь, инициируют цепную реакцию окисления. Одновременно в объеме около искры интенсивно повышается температура.

 

 

 

 

 

 

Вопрос 25 .История применения зажигательных смесей.

Зажигательные смеси использовались с глубокой древности. Существуют упоминания о некоем греческом огне, состоящем из смолы, серы, селитры, горючих масел и др. Зажигательные смеси были широко распространены на востоке.

Широкое применение получили во время Первой мировой(1914-1918) и Второй мировой (1939-1945) войн.

 

Вопрос 26. Классификация зажигательных смесей.

• Зажигательные смеси, изготовленные на основе металлов: термит, электрон.
• Белый и жёлтый фосфор.
• Вязкие зажигательные смеси: напалм.
• Металлизированные вязкие зажигательные смеси: пирогель.
• Зажигательные жидкости

 

 

 

 

Вопрос 28 Электрон.

Общее название группы сплавов на основе магния, содержащих ,кроме него 2,5-11% алюминия, до 2% цинка, до 0.5% марганца и железа. Удельный вес сплава 1,85 % г/см3.

Для воспламенения требуется мощный тепловой импульс в течение определённого времени. При нагревании до 625-650 градусов электрон плавится и загорается. Горит ослепительно ярким, голубовато-белым пламенем ,развивая температуру до 2500-3000 градусов.

 

 

 

 

 

 

Вопрос 27.Термит.

Терми́т –общее название смесей, содержащих оксид железа и запальные составы. На практике чаще других применяется железо-алюминиевый термит, он состоит из смеси порошка окиси железа и алюминиевой пудры.

При воспламенении интенсивно сгорает с выделением большого количества ‚теплоты (имеет температуру горения 2300—2700 °C). Количественное соотношение компонентов смеси определяется ‚…‚€стехиометрическим соотношением. Изготовление его сводится к получению алюминиевого порошка, обжигу, измельчению железной окалины и смешиванию порошков. Воспламенение происходит при температуре 1000 градусов .Для создания такой температуры к термиту добавляют воспламеняющие составы. Горение вследствие отсутствия газообразных продуктов протекает почти без образования пламени. Время сгорания, в зависимости  от сжигаемого количества термита, колеблется от нескольких секунд до нескольких минут. Все выделяющееся тепло аккумулируется в конденсированной фазе; образующееся металлическое железо и окись алюминия находятся при этом в огненно-жидком состоянии.

Нельзя тушить термит малым количеством воды, так как при этом он разлагает воду, образуя при этом сильно взрывчатую смесь водорода и кислорода-гремучий газ.

Применяется в производстве ферросплавов, для €‚²€термитной сварки, резки несущих стальных конструкций при промышленном сносе зданий ,в —³‚Œзажигательных снарядах и т. д.

 

 

 

 

 

Вопрос 29.Напалм.

Напалм-смесь, сгущенное горючее, состоящее из бензина или керосина и алюминиевого мыла. Алюминиевое мыло выполняет роль загустителя. Загустители придают смесям большую стабильность, при огнеметании можно достичь большей дальности, они меньше впитываются почвой.  Алюминиевое мыло –это соли высших жирных  кислот. Для повышения вязкости и клейкости к напалму добавляют катализатор- пептизор. Смесь представляет собой  желеобразную  массу, цветом от розового до темно-коричневого. Он плавает по воде.  Температура пламени до 1600 градусов. Горит коптящим пламенем. .Для увеличения температуры горения к нему добавляют  магний. Длительность горения одной капли -30 минут.

Напалм применяется в ²†авиационных бомбах, огневых ƒ³фугасах, в ранцевых (носимых) и механизированных ž³‘‚огнемётах, зажигательных патронах для поражения живой силы, боевой техники и создания пожаров. Впервые напалм был принят на вооружение в Вооружённых силах США .

 

 

 

 

Вопрос 30. Пирогель. Белый фосфор.

 Пирогель- сгущённый  бензин с добавлением магниевых соединений и  асфальта(или смолы), горит как напалм, но дает более высокую температуру. Тушить трудно, прилипает к стенам и потолку, одежде и коже.

Белый фосфор- применяется в качестве дымообразующего и зажигательного вещества, энергично окисляется при соприкосновении с воздухом и самовоспламеняется на воздухе. При горении  развивается температура около 100 градусов. При горении образуется фосфорный ангидрид, который с влагой воздуха образует белый дым из мельчайших капелек фосфорных кислот.

Применение белого фосфора даёт комплексный эффект — не только дым и пламя, но и психологический шок. По свидетельству исследователей характерной чертой применения фосфорной бомбы является обугливание органических тканей при сохранении одежды, а при вдыхании горящей смеси — выжигание ›‘³лёгких.. Фосфор ,помимо военных нужд, применяется в сельском хозяйстве металлургии, спичечном производстве.

 

 

 

 

 

Вопрос 31. Горение жидкостей

Горение жидкостей характеризуется двумя взаимосвязанными явлениями — испарением и сгоранием паровоздушной смеси над поверхностью жидкости. Испарению принадлежит исключительно важная роль, поскольку в конечном итоге оно определяет скорость сгорания жидкости. Для механизма горения жидкости важным обстоятельством является тот факт, что t-ра кипения оказывается ниже t-ры самовоспламенения, поэтому горение жидких топлив возможно только в паровой фазе. В установившемся состоянии горение характеризуется двумя взаимосвязанными процессами:

• Испарение  горючего за счет тепла от пламени.
• Горение паровоздушной смеси по диффузионному механизму.

Теплопроводность, конвективный, лучистый поток. При установившемся состоянии скорость горения равна скорости испарения.

Диффузионная теория горения капли жидкости разрабатывается Варшавским применительно к горению в неподвижной пленке.

Время выгорания капли прямо пропорционально квадрату начального радиуса капли. Для горения капель принимают коэффициент горения.

Опытные данные показывают, что с увеличением диффузии режим горения переходит к режиму горения газовых смесей.

 

 

 

 

Вопрос 32. Испарение жидкостей. Насыщенный пар.

Испарение — это переход жидкости в пар со свободной поверхности при температурах ниже точки кипения жидкости. Испарение происходит в результате   теплового движения молекул жидкости. Скорость движения молекул колеблется в широких пределах, сильно отклоняясь в обе стороны от ее среднего значения. Часть молекул, имеющих достаточно  большую кинетическую энергию, вырывается из поверхностного слоя жидкости в газовую (воздушную) среду. Избыточная энергия теряемых жидкостью молекул затрачивается на преодоление сил взаимодействия между молекулами и   работу расширения (увеличения объема) при переходе жидкости в пар.

Испарение является эндотермическим процессом. Если к жидкости не подводится извне тепло, то в результате испарения она охлаждается. Скорость испарения определяется количеством пара, образующегося за единицу времени на единице поверхности жидкости. Скорость испарения зависит от температуры жидкости. Максимальная скорость испарения наблюдается при испарении в вакуум и в неограниченный объем. Это можно объяснить следующим образом, Наблюдаемая скорость процесса испарения является суммарной скоростью процесса перехода молекул из жидкой фазыV1 и скоростью конденсации V2. Суммарный процесс равен разности этих двух скоростей: V=V1—V2. При постоянной температуре V1 не изменяется, а V2 пропорциональна концентрации пара. При испарении в вакуум в пределе V2 = 0, т. е. суммарная скорость процесса максимальная. Часть общего давления, приходящаяся на долю данного газа или пара, называется парциальным.

 

 

 

 

 

Вопрос 35 Скорость горения жидкостей.

Различают две скорости горения жидкостей: массовую и линейную. Массовой скоростью G  называется масса жидкости  (кг), выгорающей в единицу времени (ч, мин) с единицы поверхности. Под линейной скоростью u горения жидкости понимают высоту ее слоя (мм, см), выгорающего в единицу времени.  Зная или определив линейную скорость выгорания можно вычислить массовую скорость или наоборот.

 

 

 

 

Вопрос 33. Температурные пределы воспламенения. Температура  вспышки.

Температура жидкости, при которой над поверхностью создается концентрация насыщенного пара, равная нижнему концентрационному пределу воспламенения, называется нижним температурным пределом воспламенения  (НТПВ).