Чем выше молекулярная масса жидкости тем скорость распространения пламени по ее поверхности

Горение жидкости со свободной поверхности;

Самой медленной стадией выгорания жидкостей со свободной поверхности также является стадия испарения. У поверхности слоя жидкости всегда существуют пары, количество которых в состоянии равновесия характеризуется парциальным давлением, определяемым давлением насыщения. С ростом температуры жидкости давление насыщения возрастает. При увеличении давления насыщения интенсивность испарения увеличивается.

,

где р_Н – давление насыщенных паров; t – время; r_исп – скрытая теплота парообразования; R – газовая постоянная; Т – температура жидкости.

При достижении определённой температуры концентрация паров над поверхностью жидкости будет соответствовать нижнему концентрационному пределу воспламенения в паровоздушной смеси.. Такая температура получила название нижнего температурного предела воспламенения.

Кроме понятия нижнего температурного предела воспламенения существует близкое по смыслу понятие температуры вспышки.

Температура вспышки – это наименьшая температура конденсированного вещества, при которой над его поверхностью образуются пары, способные вспыхивать в воздухе от источника зажигания, устойчивое горение при этом не возникает. Под вспышкой понимают быстрое сгорание паровоздушной смеси над поверхностью горючего вещества, сопровождающееся кратковременным видимым свечением.

При вспышке паровоздушная смесь создаётся ненасыщенными парами, она способна локально воспламениться от источника зажигания. Соотношение между нижним температурным пределом воспламенения и температурой вспышки покажем на графике.

Рис. 14. Зависимость парциального давления паров от температуры

Нагрев жидкости выше температуры вспышки увеличивает скорость испарения. В закрытой ёмкости жидкость может иметь температуру, при которой концентрация паров над слоем создаёт богатую смесь, неспособную к воспламенению. Такую температуру называют верхним температурным пределом воспламенения.

При локальном воздействии источника тепловой энергии на слой жидкости после достижения поверхностью жидкости температуры воспламенения в зоне воздействия происходит зажигание паровоздушной смеси. Возникает пламя, которое с определённой скоростью перемещается по поверхности слоя жидкости.

На значение скорости перемещения влияют начальная температура жидкости, теплота испарения, температура вспышки, интенсивность нагрева.

Увеличение начальной температуры жидкости уменьшает затраты энергии на нагрев. Когда температура жидкости достигает температуры вспышки, скорость распространения пламени резко возрастает. При дальнейшем повышении температуры скорость продолжает возрастать и Т_сх становится скоростью распространения пламени в паровоздушной смеси стехиометрического состава. Покажем это на графике

Рис. 15. Скорость распространения пламени в зависимости от начальной температуры жидкости 1 – в закрытой ёмкости; 2 – в открытой ёмкости;

Т_сх – температура образования смеси стехиометрического состава

Скорость распространения пламени по свободной поверхности изменяется от нескольких миллиметров до нескольких метров в секунду.

После воспламенения жидкости и распространения пламени по её поверхности устанавливается диффузионный режим выгорания горючего вещества.

При установившемся режиме горения массовая скорость выгорания выражается следующей формулой:

, кг/(м 2 с);

где q – плотность потока энергии из зоны горения на поверхность слоя жидкости; с_ж – удельная теплоёмкость жидкости; Т_пов. – температура поверхности жидкости; Т_нач – начальная температура жидкости.

К особенностям горения жидких углеводородных веществ со свободной поверхности следует отнести существенный недожог, приводящий к образованию продуктов неполного горения. Испаренные углеводороды в результате нахождения в зоне высоких температур и при отсутствии кислорода подвергаются термическому разложению (пиролизу):

Образуются водород, свободный углерод и новое углеводородное вещество, которое также способно пиролизоваться:

При высоких температурах и наличии окислителя продукты пиролиза выгорают. При недостатке окислителя свободный углерод приводит к образованию угарного газа. При невысоких температурах горения атомы свободного углерода объединяются в мельчайшие частицы сажи и уносятся с газообразными продуктами горения, образуя клубы чёрного дыма.

Рассмотрим горение жидкости, находящейся в резервуаре. Схема горения имеет следующий вид:

пг

Рис. 16. Схема горения

Процесс горения жидкости со свободной поверхности слоя проходит через несколько стадий:

1). Под действием потока энергии из зоны горения жидкость нагревается и испаряется;

2). В восходящий поток паров горючего вещества из окружающего пространства посредством диффузии поступает воздух, он перемешивается с парами жидкости и образует паровоздушную смесь.

3). Смесь нагревается, воспламеняется и горит, образуя зону пламени с высокой температурой, генерирующую видимое и инфракрасное излучение.

4). Горячие продукты полного и неполного горения перемешиваются с холодным воздухом, охлаждаются и образуют дым.

Нагрев поверхности сопровождается переносом тепловой энергии в слой жидкости. Прогрев жидкости можно описать следующим уравнением

где Т_х – температура слоя жидкости на глубине х, Т_НАЧ – начальная температура жидкости, а – коэффициент температуропроводности жидкости; U_Л – линейная скорость выгорания жидкости, связанная с массовой скоростью соотношением

,

где r – плотность жидкости.

Существует три режима горения жидкости со свободной поверхности: ламинарный, переходный и турбулентный.

В ламинарном режиме область горения имеет форму конуса, а в турбулентном она разорвана на множество отдельных очагов. Интенсивность горения в турбулентном режиме существенно выше, чем в ламинарном.

Скорость выгорания в любом режиме горения можно вычислить по следующей формуле

;

r – плотность паров жидкости при температуре кипения, кг/м 3 ;

n – кинематическая вязкость паров при температуре кипения, м 2 /с;

d – характерный размер поверхности горящей жидкости, м;

М_w –безразмерная скорость выгорания жидкости.

При определении плотности можно воспользоваться формулой

,

М_m – молярная масса, кг/моль; Т_кип – температура кипения, К.

Кинематическую вязкость паров можно оценить по формуле

Характерный размер для поверхности горения в форме круга равен диаметру окружности, при другой форме

;

где F_г – площадь поверхности горения.

При расчете скорости турбулентного горения d £ 10 м

Режим горения определяется по величине критерия Галилея

,

где g – ускорение свободного падения.

В ламинарном режиме горения при Ga 6 безразмерная скорость выгорания жидкости определяется по следующей формуле

,

где А – вспомогательная величина; В – безразмерный параметр, характеризующий интенсивность массопереноса;

Для переходного режима горения

б) при 4,8×10 8 £ Ga 12

В турбулентном режиме горения при Ga ³ 3×10 12

где b – удельный стехиометрический коэффициент реакции горения жидкости; М_mо – молярная масса кислорода; М_mг – молярная масса горючего.

Безразмерный параметр массопереноса

где QH – низшая теплота сгорания жидкости, кДж/кг; С_пг – изобарная теплоёмкость продуктов горения жидкости (С_пг = 1 кДж/кг/К); Т₀ – температура окружающей среды (Т₀ = 293 К); r_исп – теплота парообразования жидкости при температуре кипения, кДж/кг; С_ж – средняя изобарная теплоёмкость жидкости в интервале температур от Т₀ доТ_кип.

12.Горение твёрдых веществ

12.1. Общая характеристика твёрдых техногенных веществ

Твёрдые горючие вещества, обращающиеся в техносфере подразделяются на естественные и искусственные.

К твёрдым горючим веществам естественного происхождения относятся следующие органические вещества: древесина, торф, бурый уголь, каменный уголь, горючие сланцы, продукты растениеводства.

В горючем составе каменного угля содержится:

Содержание минеральных веществ А С =10–28%, а влаги W i = 3–20%.

Вещества органического происхождения подвергают сухой перегонке, например в результате нагрева угля до 1000°С без доступа воздуха получают кокс.

К твёрдым горючим веществам искусственного происхождения относятся:

– продукты сухой перегонки

– термопластические полимеры, в том числе, полиэтилен, полиметилметакрилат, полистирол, поливинилхлорид;

– термоотверждающиеся полимеры, в том числе, пенополиуретан, пенофенопласт;

– эластомеры (каучукоподобные вещества);

– неорганические вещества (сера) ;

12.2.Процессы, сопровождающие горение твёрдых веществ

Горение твёрдых материалов сопровождают следующие процессы:

а) нагрев компонентов горючей системы;

б) термическое разложение (пиролиз) макромолекул на простые молекулы, образование летучих и твёрдых веществ;

в) перемещение компонентов горючей системы под действием разности плотностей нагретых и холодных газообразных сред;

ё) образование в горючей системе газообразной смеси посредством молекулярной и молярной (турбулентной) диффузии;

ж) химическое реагирование с выделением или поглощением тепловой энергии;

з) образование и распространение волн давления.

Термические превращения сопровождаются фазовыми переходами. Образование газов и паров показано на следующей схеме

Рис. 17. Схема образования летучих

А – твёрдое вещество; Б – жидкость; В – пары и газы;

1 – сублимация, 2 – плавление, 3 – плавление и разложение, 4 – разложение,

5 – испарение, 6 – разложение и испарение

Примеры термического разложения горючих веществ:

— нафталин при горении сублимируется;

— парафины с низкой молекулярной массой плавятся и испаряются без разложения;

— термопласты и парафины с высокой молекулярной массой плавятся, а затем разлагаются и испаряются;

— пенополиуретан разлагается с образованием расплавленных продуктов, которые продолжают разлагаться с образованием летучих;

— целлюлоза и некоторые смолы разлагаются с непосредственным образованием летучих.

Горение твёрдых веществ может проходит по одной из следующих схем:

5. Схема слоевого горения. На колосниковую решетку топки техногенного устройства подаётся горючее вещество. Через слой вещества продувается воздух. В слое происходит нагрев, термическое разложение, выделение летучих и образование горючей смеси. На выходе из слоя смесь воспламеняется и горит. Нагрев, термическое разложение и зажигание происходит под воздействием тепловой энергией продуктов горения.

6. Схема факельного горения. В объём топки техногенного устройства подаётся горючее вещество в пылевидном состоянии и воздух. Горение пылевоздушной смеси осуществляется в диффузионном факеле подобно факельному сжиганию жидкостей.

7. Схема выгорания с поверхности. Твёрдый конструкционный материал или техногенный продукт локально нагревается от источника зажигания, воспламеняется и горит. Пламя перемещается по поверхности. Происходит выгорание вещества с поверхности.

8. Схема пылевоздушного облака. Горючее вещество в результате техногенного происшествия приводит к возникновению пылевоздушного облака. Смесь локально воспламеняется от источника зажигания. Распространение пламени по объёму облака подобно распространению по паровоздушной или газовоздушной смеси. При особых условиях дефлаграция способна перерасти в детонацию.

Источник

1.3. Горение газов, жидкостей и твердых веществ

При горении газов возможны разные начальные состояния:

· Горючий газ и воздух не перемешаны и поступают в зону горения раздельно;

· Горючий газ и воздух смешаны в каком-либо объеме.

Примером первой ситуации является горение природного газа в горелках кухонных газовых плит. В зону горения горючий газ поступает по трубопроводу, воздух – из объема помещения. Образовавшийся факел пламени поддерживается новыми порциями горючего газа и постоянным потоком воздуха в зону горения. Подобным образом происходит горение газовых фонтанов при авариях в местах добычи или на трубопроводах. Высота факела пламени при этом может достигать десятков метров.

Вторая ситуация реализуется внутри технологических аппаратов и оборудования, в которых присутствует смесь горючего газа с воздухом (или другим окислителем). В этом случае зона горения перемещается по газовой смеси от источника зажигания до стенок оборудования. Распространение зоны горения происходит с высокой скоростью. Процесс горения в этом случае протекает за доли секунды.

Состав горючих газовых смесей внутри технологического оборудования может быть различен. В общем случае содержание горючего компонента может колебаться от нуля до ста процентов. Опыт показывает, что не все смеси горючего и окислителя способны распространять пламя. Распространение возможно лишь в определенном интервале концентраций. При зажигании смесей, состав которых выходит за эти пределы, реакция горения, инициированная источником зажигания, затухает на небольшом расстоянии от места зажигания.

Для газовых смесей горючего и окислителя существуют минимальная и максимальная концентрация горючего, которые ограничивают область горючих смесей. Эти концентрации называются соответственно нижним и верхним концентрационными пределами распространения пламени. Нижнему пределу соответствует минимальная концентрация горючего, верхнему пределу – максимальная. Вне пределов распространение пламени по данной смеси невозможно.

Значения концентрационных пределов распространения пламени наиболее распространенных горючих газов приведены в табл. 1.1.

Таблица 1.1 Значения концентрационных пределов распространения пламени некоторых газов

Концентрационные пределы распространения пламени, % об.

Источник

Охрана Труда

Скорость горения твердых горючих веществ и жидкостей

Горение твердых горючих веществ в начальной стадии воз­никновения горения называется загоранием. Для такой ста­ти характерны неустойчивость горения, сравнительно низкая температура в его зоне, малый размер факела пламени и не­большая площадь очага.

Температура окружающей среды повышена незначительно, только непосредственно у очага горения.

Начальную стадию пожара (загорания) можно ликвидировать первичными средствами пожаротушения. Если пожар немедленно не погасить, то тепло, выделяющееся при горении, усилит процесс последнего. При этом размер факела пламени увеличится и горение перейдет в устойчивую форму. Одновре- мсиио повышается температура окружающей среды и усилипас гея действие тепловой энергии, излучаемой очагом горения. И ликвидации такого загорания требуется большое количество первичных средств пожаротушения, водяных и пенных струй.

При недостаточной эффективности применяемых средств по­жаротушения или позднем их использовании горение продол­жает развиваться, зона его увеличивается на значительной пло­щади. При этом возрастает температура, выделяется значитель­ное количество тепловой энергии, увеличиваются конвекционные потоки воздуха. При указанных условиях возможны деформа­ция и обрушение конструкций.

Чтобы ликвидировать такой пожар, требуется много сил и мощные средства.

Скорость горения материалов во время пожара различна и зависит от условий горения, состава горючего вещества и ин­тенсивности передачи последним тепла из зоны горения.

Различают две скорости горения: весовую и линейную. Весовой скоростью называется вес (в т, кг ) вещества, выгорев­шего в единицу времени (в мин, ч ). Линейной скоростью горе­ния твердых горючих веществ называется скорость распрост­ранения огня (в м/мин ) и скорость роста площади очага пожара (в м 2 /мин ).

Скорость горения твердых веществ непостоянна и зависит от отношения их поверхности к объему, от влажности, доступа воздуха и других факторов.

На основании полученных данных при исследовании ряда случаев пожаров на речных судах линейная скорость распрост­ранения огня составляет от 0,05 до 2,5 м/мин, а скорость роста площади очага пожара — от 0,3 до 50,0 м 2 /мин.

В начале возникновения пожара, примерно в течение первых 2—3 мин, происходит интенсивное увеличение площади его оча­га на пассажирских судах до 41-44 м 2 /мия. Это объясняется тем, что в данный период много времени уходит на сбор лич­ного состава экипажа судна и не ведется еще активной борьбы с пожаром. В последующие 10 мин, когда вводятся в действие стационарные средства юодо- и пенотушения, рост площади оча­га пожара замедляется примерно до 6—7 м 2 /мин.

Исследованиями установлено, что пожаром пассажирское судно может быть уничтожено в течение 20—30 мин, если орга­низация его тушения несовершенна.

Линейная скорость распространения огня определяет площадь очага пожара, а степень выгорания всего, что может гореть на этой площади,— продолжительность пожара.

Линейной скоростью горения жидкости явля­ется высота слоя ее (в мм, см), выгоревшего в единицу времени (в мин, ч).

Скорость распространения пламени огня при воспламенении горючих газов составляет от 0,35 до 1,0 м/сек.

Скоростью выгорания называется количество горю­чего, сгорающего в единицу времени с единицы площади горения. Она характеризует интенсивность сгорания жидкости при пожаре. Ее необходимо знать для определения расчетной продолжительности пожара в резервуарах, интенсивности тепловыделения и температурного режима пожара и т. д.

Скорость выгорания жидкости непостоянна и зависит от ее начальной температуры, диаметра резервуара, уровня жидкости в нем, содержания в ней негорючих жидкостей, скорости ветра и других факторов.

В резервуарах диаметром до 2 м скорость выгорания жидкостей возрастает с его увеличением. Практически она одинакова в резервуарах, диаметр которых больше 2 м.

Скорость выгорания жидкости, разлитой на поверхности, примерно такая же, как и в резервуарах, если толщина ее слоя значительна

При пламенном горении нефтепродукта в грузовом танке подается прогревание жидкости.

Прогревание жидкости от верхних к нижним слоям происходит в массе тяжелых нефтей со скоростью 30 см/ч, а в массе легких нефтей — от 40 до 130 см/ч.

Керосин и дизельное топливо при горении прогреваются медленно, при этом не образуется прогретого слоя одинаковой тем­пературы.

Нефть и мазут прогреваются вглубь весьма интенсивно, тем­пература слоя почти всегда выше 100° С. Температура прогре­ют слоя нефти может достигать 300° С и нагревать донный слой воды в резервуаре.

Температура прогретого слоя бензина обычно ниже 100° С, поэтому и не прогревается донный слой воды в емкости.

Прогревание жидкости в резервуарах может привести к ее вскипанию или выбросу. Под вскипанием понимается пере­ход в пар большого количества мелких капелек воды, находя­щейся в нефтепродукте. При этом на поверхности жидкости об­разуется пена, которая может переливаться через борт резервуа­ра. Под выбросом понимается мгновенный переход воды,, находящейся на дне резервуара, в пар. В данном случае соз- иется повышенное давление, под действием которого происхо- lai выбрасывание горящей жидкости из резервуара.

Вскипание нефтепродуктов в большинстве случаев связано- присутствием в них воды и реже водяной подушки на дне резервуара. К вскипанию способны все нефтепродукты, содержащие воду, которая в процессе горения нагревается выше 100° С.

Нефть и мазут способны вскипать только при определенном содержаниичержании в них влаги: у нефти—3,3% и мазута — выше 0,6%’.

Вскипать могут машинное масло и тяжелый бензин при на­пиши донного слоя воды.

Охлаждение водяными струями стенок резервуара и перио­дическое введение распыленной струи воды на одну треть или четверть поверхности горения предотвращают вскипание и пере­лив прогревшегося бензина или нефти из него.

Если (высота свободного борта превышает толщину прогретого слоя более чем в 2 раза, то при введении iB зону горения рас­пыленной струи воды вскипание наблюдается, но переливания жидкости из емкости не происходит.

К выбросу способны темные нефтепродукты — нефть, содер­жащая 3,8% влаги, мазут, содержащий до 0,6% влаги.

Выброс горящей жидкости может произойти, если: под слоем ее находится вода; жидкость при горении прогревается вглубь; температура прогретого слоя выше температуры кипения воды.

Выброс происходит в тот момент, когда нефтепродукт на границе раздела вода — нефтепродукт нагревается выше 100° С (примерно 150—300° С). После первого выброса нагретый до более высокой температуры слой нефтепродукта соприкасается вновь с водой и происходит мощный выброс.

Выброс по высоте, дальности и площади поражения зависит от диаметра резервуара. В емкости диаметром 1,387 м масса горящей нефти, выбрасываемая наружу, составляет от 51 до 145 кг при высоте от 10 до 20 высот емкости.

Длительность процесса выброса из емкости составляет от 3 до 60 сек. Время наступления выброса разное, начиная от 2 до 5 ч 30 мин от начала горения для различных нефтепродук­тов при различных емкостях.

Обычно выброс сопровождается многочисленными взлетами нефтепродукта. Выброс всего нефтепродукта одним взлетом — редкое явление и наблюдается при небольшом слое оставшегося нефтепродукта и значительной его вязкости.

Характерным признаком начала выброса является возник­новение вибраций стенок емкости, сопровождающихся шумом и возрастанием размеров факела пламени.

В емкостях большего диаметра выброс происходит быстрее, чем в емкостях малого диаметра. Величина слоя водяной по­душки на выброс не оказывает влияния.

Источник

Распространение температуры в горящей жидкости.

Температура воспламенения– это такая температура, при которой выделяются пары с такой скоростью, что после их зажигания возникает устойчивое горение.

У легковоспламеняющихся жидкостей (ЛВЖ) температура воспламенения выше температуры вспышки на 1-5 0С.

Чем ниже температура вспышки, тем меньше интервал между температурой вспышки и температурой воспламенения.

У горючих жидкостей (ГЖ) интервал между температурой вспышки и температурой воспламенения составляет 25-35 0С.

Итак, жидкость получила определенное количество тепла, необходимого для испарения такого количества паров, чтобы при наличии источника зажигания произошло воспламенение по всему объему.

Процесс горения жидкостей начинается с воспламенения паровоздушной смеси.

О свойствах пламени к самопроизвольному распространению при горении газовых смесей мы уже говорили.

Каков же механизм распространения пламени при горении жидкостей?

Рассмотрим распространение пламени по поверхности жидкости.

Распространение пламени по поверхности жидкости.

При локальном воздействии источника зажигания на горючую жид­кость, жидкость будет прогреваться.

Будет возрастать скорость испаре­ния и при достижении над поверхностью жидкости температуры воспламене­ния произойдет зажигание паровоздушной смеси и установится устойчивое пламя, которое с определенной скоростью будет распространяться над по­верхностью жидкости.

Рассмотрим механизм распространения пламени по поверхности жид­кости.

Распространение пламени происходит вследствие теплопередачи излу­чением, конвекцией и теплопроводностью от зоны пламени к поверхности зеркала жидкости.

Тепло распространяется на нижние слои горючей жидкости, прогрева­я и испаряя ее. Тем самым обеспечивается приток жидкости в парообраз­ном состоянии к зоне горения.

Как это происходит? Жидкость в парообразном состоянии, смешиваясь с воздухом, образует горючую паровоздушную смесь и поставляет ее в зону горения.

Аналогичным образом, тепло частично пос­тупает еще и на негорящие участки поверхности жидкости, прогревая пос­ледние.

Вследствие чего увеличивается процесс испарения жидкости и при достижении НКПРП паров жидкости над испаряемым участком они (пары) вспыхивают, и происходит их зажигание от пламени и так далее.

Таким образом, скорость распространения пламени по жидкости опре­деляется скоростью прогрева поверхности жидкости под воздействием лучистого теплового потока, т.е. скоростью образования горючей паровоз­душной смеси над зеркалом жидкости.

В установившемся процессе горения, т.е. при постоянной температуре пламени, наблюдается равновесие между количеством сгоревшего зоне горения (пламени) вещества и массой пара, поступающего в зону горения (в пламя).

Это определяет постоянную скорость испарения и, следовательно, выгорание жидкости в течение всего процесса горения.

Влияние природы ГЖ и начальной температуры на скорость распрост­ранения пламени.

1) Природа жидкости.

Влияет теплота испарения жидкости Qисп.и ееtвсп..

Чем выше значение этих параметров, тем более длительное время не­обходимо, чтобы прогреть эту жидкость до образования паровоздушных го­рючих концентраций и тем, следовательно, ниже скорость распространения пламени.

Теплота испарения и температура вспышки в гомологическом ряду предельных углеводородов повышается, следовательно, понижается скорость распространения пламени.

2) Влияние начальной температуры.

Повышение начальной температуры повышает скорость распространения пламени, так как снижается время, необходимое для прогрева данной жид­кости до температуры вспышки.

Если начальная температура жидкости приближается к температуре вспышки, скорость распространения пламени резко возрастает, так как над поверхностью жидкости уже образовалась паровоздушная смесь, спо­собная гореть без дополнительного прогрева.

Механизм выгорания жидкости.

После воспламенения жидкости и распространения пламени по ее по­верхности устанавливается диффузионный режим ее выгорания, который ха­рактеризуется удельной массовой mи линейнойUлскоростями выгорания.

Удельная массовая скорость- количество вещества, выгорающего с единицы площади зеркала жидкости в единицу времени(кг.м-2.с-1).

Линейная скорость- расстояние, на которое перемещается уровень зеркала жидкости в единицу времени за счет ее выгорания(м.с-1).

Массовая и линейная скорости выгорания взаимосвязаны друг с дру­гом через плотности жидкости ρ:

Итак, после воспламенения жидкости температура ее поверхности повышает­ся от температуры воспламенения до кипения, происходит формирование прогретого слоя.

В этот период скорость выгорания жидкости постепенно повышается, возрастает высота факела пламени в зависимости от диамет­ра резервуара и вида горючей жидкости.

После 1-10 мин горения наступа­ет стабилизация процесса: скорость выгорания и размеры пламени остают­ся в дальнейшем неизменными.

Устанавливается тепловой баланс между зо­ной горения и поверхностью жидкости.

Нагрев поверхности жидкости лучистым потоком от пламенисопровож­дается передачей тепла вглубь жидкости. Этот процесс происходит за счет тепло­проводности и конвекции, за счет движения нагретых пламенем слоев жидкости.

За счет этого образуется прогретый или гомотермический слой, тол­щина которого возрастает во время горения.

У некоторых жидкостей распределение температуры вглубь или образование гомотермического слоя идет плавно, т.е. постепенно понижается по мере удаления от поверхности горящего зеркала жидкости.

К таким жидкостям относятся – керосин, дизельное топливо, соляровое и трансформаторное масла.

У других жидкостей наблюдается слой определенной толщины, температура которого одинакова во всех точках.

За нижней границей этого слоя идет резкое понижение температуры.

Это происходит при горении таких жидкостей, как сырая нефть, бензин, мазут.

Графически прогревание жидкости вглубь можно представить следующим образом:

Прямым следствием образования прогретого слоя является выброс нефтепродуктов из горящего резервуара.

Он обусловлен вскипанием прог­ретых слоев воды, расположенных под гомотермическим слоем.

Выброс про­исходит в тот момент, когда толщина прогретого слоя достигает уровня воды.

Выброс горящей жидкости может произойти, если под ее слоем жидкости находится вода, жидкость при горении прогревается в глубину с образованием прогретого слоя, достигающего слоя воды, а температура прогретого слоя горящей жидкости выше температуры кипения воды.

Отсутствие одного их этих условий исключает возможность выброса. Первое условие на практике связано с хранением нефти и нефтепродуктов, два других условия определяются свойствами самой жидкости.

В связи с этим выбросы наблюдаются при горении только нефти и мазута и не наблю­даются при горении таких нефтепродуктов, как керосин, дизельное топли­во и др.

Нефть и мазут прогреваются весьма интенсивно, и температура прог­ретого слоя при этом всегда выше 100оС.

Керосин и дизельное топливо прогреваются медленно и не образуют прогретого гомотермического слоя.

Температура прогретого слоя бензина всегда ниже температуры кипения воды, поэтому выброс маловероятен.

2.Химические основы процессов термического разложения твёрдых веществ и материалов.

В связи с определяющим влиянием на параметры процесса горения термического разложения твердых материалов рассмотрим основные его закономерности. При повышении температуры твердого вещества происходит разрыв химических связей с образованием более простых компонентов (твердых, жидких и газообразных). Термическое разложение или пиролиз представляет собой особый класс химических реакций, кинетика которых описывается уравнением Аррениуса, согласно которому скорость реакции экспоненциально возрастает с увеличением температуры. При термическом разложении, как правило, одновременно протекает большое количество последовательно-параллельных реакций, и поэтому величина энергии активизации, определенная по опытным данным, характеризует некоторый усредненный процесс. Для большинства веществ ее значение изменяется в пределах 140-250 кДж/моль.

Термическое разложение является чрезвычайно сложным процессом, зависящим от множества параметров. Различают изотермический и неизотермический пиролиз. В первом случае температура образца постоянна и во время всего периода разложения не меняется. При неизотермическом пиролизе температура может меняться как во времени, так и по глубине образца. При горении имеет место неизотермический пиролиз твердой фазы.

Многочисленные исследования, проведенные для большого количества веществ, показывают, что закономерности разложения существенно зависят не только от вида горючего, но и от температуры пиролиза, скорости ее изменения во времени, размеров пиролизуемого образца, его формы, степени распада и т. д. Процесс пиролиза существенно зависит от того, находится ли образец в контакте с продуктами разложения или последние удаляются из реакционного сосуда.

На практике наиболее распространенным в настоящее время лабораторным методом определения скорости выгорания твердых материалов является установка «камера-весы». Она представляет собой модель помещения, пол которого соединен с платформой весов. Испытуемый материал загружают на пол камеры, перед зажиганием равномерно смачивают керосином и в процессе горения фиксируют, потери массы во времени. Производная кривой потери массы горючего, отнесенная к площади пола камеры, во времени представляет собой приведенную массовую скорость выгорания.

Массовая скорость выгорания на внутренних пожарах существенно зависит от условий газообмена, который определяется главным образом относительной площадью проема (отношение площади проема, через который осуществляется газообмен, к площади пожара). В таблице 6 приведены результаты для относительной площади проема, равной 0,16. При ее изменении от 0,085 до 0,25 массовая скорость выгорания может быть определена по эмпирической формуле

Механизм горения металлов во многом определяется состоянием их окисла. Температура плавления летучих металлов значительно ниже температуры плавления их окислов. При этом последние представляют собой достаточно пористые образования.

При поднесении источника зажигания к поверхности металла происходит его испарение и окисление. При достижении концентрации паров, равной нижнему концентрационному пределу, происходит их воспламенение. Зона диффузионного горения устанавливается у поверхности, большая доля тепла перелается металлу, и он нагревается до температуры кипения. Образующиеся пары, свободно диффундируя через пористую окисную пленку, поступают в зону горения. Кипение металла вызывает периодическое разрушение окисной пленки, что интенсифицирует горение. Продукты горения (окислы металлов) диффундируют не только к поверхности металла, способствуя образованию корки окисла, но и в окружающее пространство, где, конденсируясь, образуют твердые частички в виде белого дыма. Образование белого плотного дыма является визуальным признаком горения летучих металлов.

У нелетучих металлов, обладающих высокими температурами фазового перехода, при горении на поверхности образуется весьма плотная окисная пленка, которая хорошо сцепляется с поверхностью металла. В результате этого скорость диффузии паров металла через пленку резко снижается и крупные частицы, например, алюминия и бериллия, гореть не способны. Как правило, пожары таких металлов имеют место в том случае, когда они находятся в виде стружки, порошков и аэрозолей. Их горение происходит без образования плотного дыма. Образование плотной окисной пленки на поверхности металла приводит к взрыву частицы. Это явление особенно часто наблюдается при движении частицы в высокотемпературной окислительной среде, связывают с накоплением паров металлов под окисной пленкой с последующим внезапным ее разрывом. Это, естественно, приводит к резкой интенсификации горения.

Основными параметрами их горения являются время воспламенения и сгорания. Из теории диффузионного горения следует, что время сгорания частицы металла г пропорционально квадрату ее диаметра do. Экспериментальные данные показывают, что фактическая зависимость несколько отличается от теоретической. Так, для алюминия г

do2,6, а для титана г

Однако для пожарно-технических расчетов большой интерес представляет не время сгорания частицы металла, а скорость распространения пламени по потоку взвеси частиц металла в окислителе. В табл.2 приведены экспериментальные данные по скорости распространения пламени и массовой скорости выгорания взвеси частиц диаметрами менее 10-2мм и 3·10-2мм алюминия в воздухе при различном коэффициенте избытка воздуха.

Источник