Что значит распространение пламени прямым горением
Пламя
Пламя – это газообразная среда, в которой происходит взаимодействие горючего и окислителя, выделяется тепло и развиваются высокие температуры.
Классификация
Пламя классифицируют по:
В ламинарном диффузионном пламени можно выделить 3 зоны (оболочки).
Внутри конуса пламени имеются:
Температура
Температура пламени зависит от природы горючего вещества и интенсивности подвода окислителя. Например:
Наиболее высокие известные температуры горения:
Так как вода обладает очень большой теплоёмкостью, отсутствие водорода в горючем исключает потери тепла на образование воды и позволяет развить большую температуру.
Скорость распространения
Распространение пламени по предварительно перемешанной среде (невозмущенной), происходит от каждой точки фронта пламени по нормали к поверхности пламени. Величина такой нормальной скорости распространения пламени (далее – НСРП) является основной характеристикой горючей среды. Она представляет собой минимальную возможную скорость пламени. Значения НСРП отличаются у различных горючих смесей – от 0,03 до 15 м/с.
Распространение пламени по реально существующим газовоздушным смесям всегда осложнено внешними возмущающими воздействиями, обусловленными силами тяжести, конвективными потоками, трением и т.д. Поэтому реальные скорости распространения пламени всегда отличаются от нормальных. В зависимости от характера горения скорости распространения пламени имеют следующие диапазоны величин при:
Источник: Тидеман Б.Е., Сциборский Д.Б. Химия горения. –Л., 1935.
Распространение горения
Распространение горения (пламени, тления) – перемещение границы горения (пламени, тления) по горючей среде, сопровождающееся свечением и выделением дыма.
Распространение пламени – распространение пламенного горения по поверхности веществ (материалов). Распространение тления – распространение беспламенного горения.
Распространение пламени (горения, тления) характеризуется скоростью (м/с); может осуществляться с постоянной скоростью, быть ускоряющимся, замедляющимся или пульсирующим.
Распространение пламени (горения, тления) можно рассматривать как процесс перемещения (движения) фронта пламени (горения, тления). Внутри этого фронта передняя кромка действует как источник тепла (нагревает горючее вещество (материал) перед фронтом до температуры воспламенения (температуры тления)) и как источник вынужденного зажигания (для пламенного горения).
Распространение (скорость) пламени (горения, тления) зависит как от физических свойств вещества (материала) – состава горючего, наличия замедлителей горения, так и от его химического состава. К химическим свойствам вещества относятся: начальная температура, ориентация поверхности, направление распространения, толщина, теплоёмкость, теплопроводность, плотность, геометрия, однородность.
К факторам, играющим существенную роль в распространении пламени (горения, тления) горючих веществ (материалов), относятся: состав атмосферы, атмосферное давление, температура, действующий тепловой поток, скорость ветра.
Литература: ГОСТ 12.1.033-81*. ССБТ. Пожарная безопасность. Термины и определения.
Распространение пламени при пожаре
Физические закономерности распространения пламени. Типичные стадии горения: воспламенение и последующее сгорание вещества. Распространение пламени в горючих смесях. Зависимость теплового потока в однозонной волне от температуры в узкой зоне реакции.
Расчет пожара (прогнозирование опасных факторов) необходим для оценки своевременности эвакуации и разработке мероприятий по ее совершенствованию, при создании и совершенствовании систем сигнализации, оповещения и тушения пожаров, при разработке планов пожаротушения (планирования боевых действий пожарных подразделений при пожаре), для оценки фактических пределов огнестойкости, проведении пожарно-технических экспертиз и других целей.
В развитии пожара в помещении обычно выделяют три стадии:
Однако в любом случае, как показывает уравнение «стандартного пожара», температура в очаге пожара через 1,125 мин достигает значения 365оС. Поэтому очевидно, что возможное время эвакуации людей из помещений не может превосходить продолжительности начальной стадии пожара.
1. Физические закономерности распространения пламени
По агрегатному состоянию горючего и окислителя различают:
2) горение взрывчатых веществ и порохов;
Гомогенное горение. Наиболее простой случай представляет горение заранее перемешанных смесей. Большей частью реакции являются цепными. В обычных условиях горения при их развитии (зарождении и развитии цепей) определяющее значение имеет предварительное нагревание вещества (термическая активация).
Для начала горения необходим начальный энергетический импульс, чаще всего нагревание горючего. Различают 2 способа воспламенения: самовоспламенение и вынужденное воспламенение, или зажигание (накалённым телом, пламенем, электрической искрой и др.).
Ламинарное пламя обладает вполне определённой скоростью перемещения относительно неподвижного газа, которая зависит от состава смеси, давления и температуры и определяется только химической кинетикой и молекулярной теплопроводностью. Эта нормальная скорость является физико-химической константой смеси.
В условиях горения в потоке большое практическое значение имеет вопрос удержания пламени на горелке или в камере. Задача обычно решается или путём непрерывного зажигания смеси от специального зажигательного устройства, или с помощью установки поперёк потока плохо обтекаемых тел (стабилизирующих экранов), обеспечивающих обратную циркуляцию горячих продуктов горения.
Скорость горения зависит от природы ВВ, а также от давления, температуры, плотности заряда и др. факторов и при атмосферном давлении для различных ВВ изменяется от долей мм до нескольких м в сек. Для инициирующих ВВ она, как правило, в десятки и сотни раз больше, чем для вторичных.
Гетерогенное горение. Для горения жидких веществ большое значение имеет процесс их испарения. Горение легко испаряющихся горючих практически относится к гомогенному горению, т. к. такие горючие ещё до воспламенения полностью или почти полностью успевают испариться. Применительно к жидким горючим различают 2 характеристики: температуру вспышки и температуру обычного самовоспламенения.
Каталитическое, или, вернее, поверхностное каталитическое, горение газовых смесей относится к классу гомогенно-гетерогенных процессов горения: химический процесс может протекать как в объёме, так и на катализирующей твёрдой поверхности (например, на платине). В зависимости от конкретных условий может проявляться гомогенный или гетерогенный тип горения. При высоких температурах, когда объёмное горение идёт быстро, роль поверхностно-каталитического горения, как правило, мала и может быть заметной только в случае, когда смесь течёт в узких каналах, пористых материалах или мелкозернистых засыпках из катализатора. Применяемый в технике термин «беспламенное» горение газовых смесей не всегда эквивалентен понятию поверхностно-каталитического горения Скорее он является характеристикой горения без светящегося пламени.
распространение пламя горение температура
1.2 Распространение пламени в горючих смесях
Распространение волны горения является одним из возможных режимов, в котором могут протекать экзотермические химические реакции. При распространении волны горения исходное вещество, имеющее сравнительно низкую начальную температуру, отделено узкой зоной горения от продуктов реакции, имеющих значительно более высокую температуру. Зона горения, разделяющая исходное вещество и продукты, перемещается в сторону исходного вещества с некоторой линейной скоростью uн, называемой нормальной скоростью горения.
В волне горения протекают химические реакции, приводящие к выделению тепла и нагреву среды, происходит перенос тепла и компонентов смеси благодаря процессам теплопроводности, излучения, диффузии, фильтрации и т. п.
Главной задачей теории распространения волн горения является изучение стационарной волны горения и выяснение условий, при которых стационарный волновой режим реакции может быть реализован. Важность этих вопросов обусловлена наибольшей распространенностью стационарного режима и его значением в практических применениях.
В стационарном режиме волна горения распространяется практически с постоянной скоростью, причем постоянной является не только скорость волны, остаются неизменными также профили температуры и концентраций компонентов (в системе координат, связанной с волной горения). Понятие о стационарной волне горения по существу является приближенным, но изменения скорости и структуры волны горения за время ее распространения в большинстве случаев столь незначительны, что понятие стационарного режима приобретает вполне реальный смысл.
Типичные профили температуры Т и скорости тепловыделения при однозонном протекании реакции показаны на рис.1, где через х/ обозначена пространственная координата, стрелкой указано направление, в котором распространяется волна; буквами QФ обозначена скорость тепловыделения.
Физическая картина процесса стационарного распространения волны горения состоит в следующем.
Поскольку скорость реакции сильно увеличивается с температурой, то там, где температура высока (адиабатическая температура горения Тb обычно лежит в пределах 1000-3000 К ), химическое превращение протекает с очень большой скоростью, к примеру, за миллисекунды. В зоне интенсивного химического превращения, расположенной в области высоких температур (см. рис. 1), выделяется тепло, которое благодаря процессу теплопроводности передаётся в рядом лежащие слои холодного вещества, нагревая их и ускоряя тем самым там реакцию. В результате в среде происходит распространение волны экзотермической реакции. Кроме теплопроводности, в волне горения происходит ещё диффузия компонентов на расстояниях порядка толщины зоны горения в случае горения газов и разные другие процессы при горении гетерогенных систем.
Перейдём к системе координат, связанной с волной горения:
Поскольку в стационарной волне горения профиль температуры остаётся неизменным, производная при x = const равна нулю. Поэтому имеем:
Граничные условия для (1.1.4) (полагаем, что теплопотери отсутствуют и в волне горения достигается термодинамическое равновесие):
Для простоты будем считать, что в каждой точке стационарной волны горения имеется некоторая однозначная связь между концентрациями компонентов и температурой. Тогда скорость тепловыделения в уравнении (1.1.4) можно считать функцией только температуры и поэтому (1.1.4) можно рассматривать независимо от остальных уравнений. С учётом этого представим уравнение (1.1.4) в следующей простейшей форме:
Будем считать, что выделение тепла в волне горения происходит одностадийно, например, вследствие протекания только одной химической реакции. Подчеркнем, что это не означает отсутствие других реакций. Предположение состоит лишь в том, что вкладом в скорость тепловыделения от остальных реакций по тем или иным причинам можно пренебречь. Снова будем рассматривать уравнение теплопроводности (1.15):
Источник тепловыделения QФ в (1.16) зависит от концентраций реагирующих веществ ai. Связь между ai и Т в каждой точке волны горения в общем случае неизвестна и не может быть определена без решения полной системы уравнений, включающей уравнения для концентраций. Однако для нас пока достаточно считать, что такая связь в принципе имеется (полагаем, что решение задачи о стационарной волне горения существует), и рассматривать только одно уравнение (1.16).
Ввиду сильной зависимости скорости реакции от температуры в волне горения можно пренебречь всюду за исключением узкой зоны вблизи температуры горения Тb (такая ситуация изображена на рис. 1). Эту зону, где скорость реакции велика, называют зоной реакции (или зоной тепловыделения). Остальная часть волны горения, расположенная в области более низких температур, называется зоной прогрева (или прогретым слоем). В зоне прогрева тепловыделением от химической реакции можно пренебречь. Прогрев смеси в этой зоне от Т=Т0 до температур, несколько более низких, чем Тb, происходит за счет тепла, поступающего из зоны реакции. Размер зоны прогрева намного превышает размер зоны реакции.
Введём в (1.16) новые переменные. В качестве независимой переменной вместо координаты будем рассматривать температуру Т, а в качестве зависимой переменной тепловой потока:
Тогда уравнение (1.16) принимает вид
Введём температуру Тr, соответствующую границе между зонами прогрева и реакции. Температура Тr имеет в определённой мере условный смысл, поскольку ввиду непрерывной зависимости скорости реакции от температуры точной границы между зонами реакции и прогрева, конечно не имеется.
В зоне прогрева, т. е. в области температур Т0Т
Подобные документы
Применение метана в промышленности. Торфяные технологии и продукция для экологии и охраны окружающей среды. Концентрационные пределы распространения пламени. Минимальная флегматизирующая концентрация флегматизатора. Максимальное давление взрыва.
курсовая работа [132,7 K], добавлен 31.12.2014
Быстроразвивающиеся процессы горения. Неорганизованные процессы горения веществ, приводящие к потере материальных ценностей, травматизму и гибели людей. Излучение пламени. Температура дыма. Коэффициент химического недожёга. Воспламенение и самовозгорание.
учебное пособие [37,1 K], добавлен 24.03.2009
Возникновение ситуаций, осложняющих формирование и выявление очаговых признаков. Возникновение множественных первичных очагов пожара, их отличие от очагов горения. Нивелирование и исчезновение очаговых признаков в ходе развития горения. Пробежка пламени.
презентация [348,4 K], добавлен 26.09.2014
Общие закономерности кинетического режима горения газов. Особенности горения газовых струй. Условия стабилизации пламени. Использование импульсных струй жидкости высокой скорости для тушения газовых факелов. Оценка дебита горящих газовых фонтанов.
курсовая работа [358,8 K], добавлен 10.07.2012
Типы технических средств обнаружения факта появления признаков пожара (пожарных извещателей), их достоинства и недостатки. Физические явления при пожаре. Извещатели пламени, предназначенные для особых условий работы. Тепловые и дымовые извещатели.
контрольная работа [21,1 K], добавлен 05.01.2013
Исследование особенностей наружных и внутренних пожаров в зданиях. Анализ путей и скорости распространения пламени. Изучение основных причин возникновения пожаров. Типы огнетушащих веществ и материалов. Характер распространения лесных и торфяных пожаров.
контрольная работа [25,8 K], добавлен 14.12.2014
Нормы пожарной безопасности (НПБ). Определение категорий помещений по пожароопасности и взрывоопасности. Расчет избыточного давления, развиваемого при сгорании газопаровоздушных смесей в помещении. Нижний концентрационный предел распространения пламени.
курсовая работа [44,3 K], добавлен 16.11.2008
Расчет материального баланса процесса горения, коэффициента избытка воздуха, низшей теплоты сгорания и температуры горения, плотности теплового потока. Определение приведенной массовой скорости выгорания, количества дыма, выделяемого в помещении.
курсовая работа [2,4 M], добавлен 21.02.2016
Определение границ локальных зон теплового воздействия факела газового фонтана. Расчет теплосодержания теоретического объема продуктов горения. Мощность фонтана, теплота горения, интенсивность лучистого теплового потока в зависимости от расстояния.
курсовая работа [535,8 K], добавлен 16.01.2016
Описание видов лесных пожаров. Этапы работ по тушению: разведка, локализация, ликвидация, окарауливание пожарищ. Способы и технические средства тушения пожара: сбивание пламени, построение заградительных полос, тушение водой, отжиг и засыпка землёй.
презентация [2,6 M], добавлен 05.12.2014
Распространение пламени в трубах.
При вынужденном зажигании газовоздушной смеси возникает пламя, которое распределяется по объему смеси с определенной скоростью, захватывая все новые порции смеси горючего с окислителем. Пламя –зона, в которой протекают реакции горения. Она отделяет еще не сгоревшую смесь от продуктов горения. Характерным свойством пламени явл. его светимость. Это дает возможность зрительно наблюдать и изучать форму, р-ры и др характеристики пламени. Существует два типичных случая распространения пламени: нормальное (медленное) горение и детанационное горение.
Представим себе трубку, запаянную с одного конца и заполненную газовоздушной смесью. При поджигании смеси со стороны открытого конца трубки узкий слой ее воспламенится, сгорит и за счет выделяющегося тепла темп-ра его повысится. Возникнет фронт пламени и начнется процесс передачи тепла теплопроводностью от сгорающего газа, к близлежащим холодным слоям смеси. Пламя равномерно движется вдоль трубки, а тепловой поток, опережая его, распространяется молекулярной теплопроводностью от горячих слоев пламени к холодной смеси. Линейную скорость движения пламени vназывают скоростью равномерного распространения пламени.
Распространение пламени, объясняемое процессом молекулярной теплопроводности, называется нормальным распространением пламени. Оно характеризуется нормальной скоростью распространения пламени uн, которая определяется физико-химическими свойствами смеси и поэтому является физико-химически постоянной величиной.
Нормальной скоростью распространения пламени называется скорость движения пламени в направлении нормальном к его поверхности, отнесенная к свежей, еще не сгоревшей, смеси и обязанная своим происхождением процессу передачи тепла молекулярной тепл-тью. Под скоростью равномерного движения пламени понимают линейную скорость поступательного движения фронта пламени в целом. Т.о. равномерная скорость определяется величиной норм.скорости и формой пламени. Норм.ск-ть распространения пламени невелика. Например, для наиболее быстро горящей смеси водорода и воздуха она достигает 2,67 м/с, а для смеси метана и воздуха она составляет 0,37 м/с.
Вернемся к рассмотрению движения фронта пламени в трубке. Пламя движется равномерно примерно на ¼ длины трубки, а затем возникает вибрационное движение или броски пламени. Ср. ск-ть поступательного движения пламени возрастает. При очень сильных бросках пламя или гаснет, или возникает детонационное горение. Детонация обусловлена поджиганием гор.смеси при ее адиабатическом сжатии в ударной волне. Детонационное горение характеризуется очень большой скоростью (несколько км/с) и сопровождается значит.перепадом давления.
Определение норм.скорости распространения пламени при различных условиях горения производится экспериментально, с учетом состава смеси, температуры, давления, режимом движения, методов сжигания.
Одним из методов определения нормальной скорости явлизучение процесса распространения пламени в трубах. При этом измеряется скорость движения фронта пламени vи поверхность фронта пламени. По ним и расчит. норм.ск-ть. При этом исп. след.прибор:
1-трубка из низкоплавкого стекла,
3-баллон, заполненный инертным газом,
Трубка заполняется газовоздушной смесью, баллон – инертным газом. Объем баллона в 80-100 раз больше объема трубки и служит для поддержания постоянного давления в процессе горения смеси. При определении величины скорости кран открывают, и смесь поджигается запалом. Фронт пламени перемещается в сторону запаянного конца трубки. Его перемещение фиксир. с пом. киноаппарата. Зная промежутки между кадрами, можем рассчитать величину v. Значение величины v зависит от диаметра трубки. Это связано с тем, что стенки поглощают тепло и отводят его в окр.среду, что затрудняет процесс распространения пламени. Теплоотвод зависит не только от диаметра трубки, но и от ее материала.
С уменьшением диаметра трубки охлаждающее действие ее стенок увеличивается, что снижает величину v, удельные теплопотери настолько увеличиваются, что пламя не может распространяться и гаснет. Такой диам. наз. критическим (для метановозд. смеси 3,5 мм; а для смеси водорода с воздухом 0,9мм). В реальных условиях при распространении пламени в трубах всегда происходит турбулизация потока, поэтому фронт пламени искривляется, его пов-ть увел-ся и оказывается больше поперечного сечения трубки. Это является основной причиной ускорения горения. Поэтому наблюдаемая скорость движения пламени всегда больше норм.ск-ти. Если поперечное сечение трубки обозначается через f, а поверхность фронта пламени через F, то:
График: Характер изменения кривой равномерной скорости распространения пламени от диаметра трубки.
Если бы фронт пламени не искривлялся за счет конвективных токов, то с увеличением диаметра трубки, то с увеличением диаметра трубки влияние трубок сказывалось бы все меньше и кривая асимптотически приближалась бы к прямой нормальной скорости распространения пламени (пунктирная кривая), но вследствие искривления фронта равномерная скорость непрерывно возрастает.
Рассм. распределение температур, концентраций горючего и интенсивности тепловыделения в пламени.
Вдали от фронта пламени хол. смесь им темп-ру Т0 и концентрацию С0. Концентрация горючего в зоне подогрева изменяется мало в виду малой скорости реакции. Скорость реакции становится заметной при температуре воспламенения Тв.
Зона подогрева самостоятельно существовать не может, т.к. тепловыделения в ней вследствие реакции весьма незначительны. Нагрев свежей смеси осуществляет тепловой поток, выходящий из зоны реакции.
На нижнем графике показана кривая интенсивности тепловыделений. Она определяется как произведение теплоты реакции на ее скорость q·W. Максимум тепловыделений соотв. не температуре воспламенения Тв, а более высокой температуре близкой к т-ре горения Тг. Процесс горения завершается там, где полностью израсходовано горючее, т.е. С=0.
38. Схема пламени в горелке Бунзена 
1 – внутренний конус пламени;
3 – косой фронт пламени;
4 – поперечный фронт пламени (поджигающий полюс);
В горелку подается газ и некоторое количество воздуха необходимого для горения (50-60% от общего количества воздуха, т.е. коэф = 0,5-0,6). Из устья горелки выходит газовоздушная смесь с избытком горючего. Газовозд смесь движется ламинарно и поле скоростей имеет параболический характер.
По мере удаления от устья горелки профиль скоростей деформируется и скорость по величине уменьшается (рис. в). Пламя состоит из внутреннего и внешнего конуса. Внутренний конус – это поверхность остановленного фронта пламени, где выгорает часть горючего обеспеченное первичным воздухом. Этот конус ярко очерчен и имеет зеленовато-голубой цвет. Внешний конус представляет собой поверхность, где в результате диффузии окружающего воздуха выгорает оставшаяся часть газа. Этот конус не имеет четкого очертания и границы его размыты. Пламя распространяется по нормали поверхности воспламенения в каждой ее точке. Поскольку поток смеси имеет неравномерное поле скоростей (в центральной части потока скорость максимальна, а у стенки она = 0), то возникает косой фронт пламени (нормальная скорость распространения пламени Uн компенсирует только нормально составляющую скорость потока; другая составляющая – направленная вдоль фронта – остается нескомпенсированной) составляющая Wt будет сносить фронт пламени по поверхности конуса вверх к его вершине. Т.о. косое пламя может устойчиво существовать только в том случае если производится непрерывное поджигание газовоздушной смеси с периферии. Если поддержание прекратить, то пламя будет снесено к вершине и погаснет. Остановленный фронт пламени, т.е. стабильность формы внутреннего конуса означает, что каждой точке его поверхности, нормальная скорость распространения пламени Uнорм, направлено по нормали внутрь конуса = противоположно направленной нормальной составляющей скорости потока газовоздушной смеси
где Wп – скорость потока;
φ – угол между скоростью потока и нормалью к фронту пламени.
Это соотношение называется законом косинуса и отражает основное условие стабилизации фронта пламени на горелке.
Если считать внутренний конус геометрически правильным, то получается простое соотношение связывающее высоту конуса с основными характеристиками процесса горения из рис.б имеем:
; 
; 
=> 
где Vг – расход газа, м 3 /ч;
α’ – коэффициент первичного воздуха;
Vо – теоретическое количество воздуха необходимое для сжигания 1 м 3 газа,м 3 /м 3 ;
h – высота внутреннего конуса;
R – внутренний радиус горелки, м.
Т.о. для экспериментального определения нормальной скости распространения пламени достаточно измерить расход газа, внутренний радиус горелки, высоту внутреннего конуса и коэффициент избытка первичного воздуха.
В действительности внутренний конус не является геометрически правильным конусом. У основания фронт пламени расходится шире отверстия горелки, а в вершине он имеет плавное закругление. Увеличение диаметра внутреннего конуса у основания горелки связано с тем, что в трубе давление газовоздушной смеси больше атмосферного, поэтому при выходе поток расширяется (рис.в).
Нормальная скорость распространения пламени (Uн) не одинаково во всех точках внутреннего конуса, у вершины она имеет максимальное значение, а у основания минимальное. Увеличение значения Uн к вершине внутреннего конуса объясняется тем, что газовоздушнаясмесь движущаяся в узкой центральной части получает повышенный предварительный разогрев. Кроме того в него диффундирует большое количество активных центов из расположенной ниже зоны реакции и предпламенных зон. При приближении к основанию конуса Uн уменьшается в следствии усиленного теплоотвода в стенки горелки и подмешенного воздуха из окружающей атмосферы. В большинстве случаев допущения о том, что внутренний конус является геометрически правильным является вполне приемлемыми, а точность определения нормальной скорости распространения пламени достаточной.
Однако при этом определяется средняя скорость распространения пламени равная Uн в какой-то средней точке образующей конуса.
Рассмотрим стабилизацию пламени на горелки Бунзена. Вблизи стенок поток сильно заторможен. Здесь создается область замедленного течения. Скорость распространения пламени вблизи стенок в следствии их охлаждающего действия так же значительно меньше средней величины. В этой области создаются условия для возможности прямой компенсации скоростью потока скорости пламени (рис.г)
Фронт пламени в нижней части конуса разворачивается в горизонтальной плоскости, образуя кольцевую зону поперечного фронта пламени. Так создается огневой зажигающий пояс стабилизирующий процесс горения (рис.г).
С увеличением расхода смеси ламинарный режим переходит в турбулентный, зажигательный пояс размывается, нарушает устойчивость горения и пламени отрывается от горелки. Устойчивость пламени резко снижается с увеличением содержания первичного воздуха в смеси.