Навігація
Главная
Авторизация/Регистрация
 
Головна arrow Природознавство arrow ТЕОРІЯ ГОРІННЯ ТА ВИБУХУ
Переглянути оригінал

ПРИПИНЕННЯ І ЗАПОБІГАННЯ ПРОЦЕСІВ ГОРІННЯ

Після вивчення цього розділу студент повинен: знати

  • • особливості теплової теорії припинення горіння; вміти
  • • проводити оцінку необхідної кількості охолоджуючих вогнегасних засобів при гасінні пожеж;

володіти

• понятійним апаратом способів запобігання займання матеріалів і локалізації пожеж.

Теплова теорія припинення горіння

Горіння - головний процес пожежі. Гасіння пожежі

завжди зводиться до створення умов, при яких відбувається припинення процесу горіння у всіх видах і формах. Тому особливої уваги заслуговують граничні умови і параметри горіння, тобто ті, за межами яких процес горіння виникнути або існувати не може. Найбільший практичний інтерес представляють ті параметри процесу горіння, змінюючи які, можна повністю припинити горіння або значно знизити ймовірність його виникнення. До їх числа відносяться концентраційний межа запалення, швидкість поширення горіння, швидкість вигоряння і температура горіння.

Відомо, що, якщо знизити температуру в зоні горіння до 1273 К, процес горіння припиниться. Домогтися такого зниження температури в зоні горіння можна різними способами: за рахунок зміни співвідношення компонентів палива і окислювача (в ту або іншу сторону), доводячи його до «бідного» або «багатого» концентраційного меж горіння; розведення зони горіння нейтральними газами; введення хімічно активних інгібіторів, що знижують швидкість хімічних реакцій; зниження тиску в зоні реакцій горіння (якщо це можливо) і ін. При всіх зазначених способах буде знижуватися швидкість протікання хімічної реакції окислення, в результаті зменшиться інтенсивність тепловиділення в зоні горіння. Можливі й принципово інші способи зниження температури в зоні горіння, засновані не на зменшенні інтенсивності процесів тепловиділення в зоні горіння, а на інтенсифікації процесів тепловідведення із зони горіння. Підвищити інтенсивність тепловідведення із зони горіння можна:

  • - збільшуючи або радіаційну здатність компонентів, або теплопровідність;
  • - використовуючи значну частину тепла на ендотермічні процеси фазового перетворення сторонніх компонентів в зоні протікання високотемпературних реакцій горіння;
  • - комбінуючи перераховані способи.

Домогтися результату можна за рахунок введення в зону протікання хімічної реакції горіння спеціальних інгредієнтів, наприклад тонкодисперсних нейтральних термостійких порошків, металізованих частинок, тонкорозпиленою води і ін. (Рис. 3.1).

На практиці рідко вдається реалізувати в чистому вигляді який-небудь один із способів. Найчастіше вони використовуються в комбінації.

Так, при введенні в зону горіння тонкорозпиленою води одночасно відбувається і відбирання тепла на її випаровування. При цьому знижується температура середовища в зоні протікання хімічної реакції горіння і реагують компоненти (пальне і окислювач) розбавляються утворилися парами води, що знижує швидкість протікання хімічної реакції окислення і зменшує інтенсивність тепловиділення. В результаті температура в зоні хімічної реакції горіння знижується. Відлучення тепла на підвищення температури парів води (з 373 К) до температури середовища в зоні горіння веде до подальшого відбирання тепла із зони хімічної реакції горіння і зниження температури полум'я. Таке багатоступінчате зниження температури в зоні хімічної реакції горіння веде до зменшення швидкості її протікання (тобто зниження інтенсивності тепловиділення в зоні горіння і т.д.), до тих пір поки температура в зоні горіння не досягне пре Рис. 3.1. Схема припинення горіння за рахунок зниження температури до 7 ^

ділового критичного значення - температури потухання полум'я (~ 1273 К) і процес горіння не припиниться. Але станеться це тільки в тому випадку, якщо кількість що подається в зону горіння води буде відповідати рас

-L

ГО

про

"1

а

О)

зі

а>

зі

• про

CD

Ж

  • О)

В

CD

Z

Z

CD

z

a

? а

CD

13

про

-i

00

  • О)

н

CD

z

s

CD

a

-o

про

.a

CD

Про

Про

Про

зі

"1

про

CD

Z

Z

a парним, а спосіб її подачі буде забезпечувати повне її використання.

Аналогічно виглядає процес гасіння полум'я і при подачі в зону горіння деяких випаровуються або розкладаються порошкових засобів.

Графічно температура полум'я в зоні горіння Т у} як у випадку процесів самозаймання і вимушеного запалювання, буде відповідати точці перетину кривих інтенсивності тепловиділення в зоні горіння q B = / (Г) і інтенсивності тепловтрат в зоні горіння q r0 -f (T) (рис . 3.2). Закон тепловиділення для елементарного об'єму А Г в зоні найбільш інтенсивного кінетичного режиму протікання реакції горіння (як і при розгляді процесів займання) можна записати у вигляді функції.

На відміну від процесів займання, коли можна знехтувати зниженням швидкості реакції W = f (T) за рахунок зміни концентрації реагентів внаслідок їх вигоряння (так як ступінь вигоряння мала), тут необхідно враховувати цей фактор. Тому функція q B = / (7 ') має точку перегину і зазнає зміна саме в області порівняно невисоких температур, прагнучи при температурах зони реакції не до нескінченності, а асимптотично до максимального, але кінцевому значенню q B -f (T) -> q max (див. рис. 3.2). Значення тепловідведення з елементарної площі поверхні фронту полум'я Д5 Г в цій зоні визначається сумою променистих і конвективних тепловтрат:

де а мр - наведений коефіцієнт тепловіддачі.

Проекція точки перетину кривих q B і q T0 на вісь абсцис визначає температуру продуктів горіння Т г

Якщо процес горіння виник за механізмом самозаймання, як показано на рис. 3.2, і системі до виникнення реакції горіння було повідомлено ззовні деяку кількість тепла для розігріву суміші до температури Tq - початку самозаймання (точніше, саморазогрева), то температура продуктів горіння буде вище приблизно на величину початкового розігріву:

де V ns - обсяг Г'-го продукту горіння; Ср - теплоємність г-го продукту горіння, відповідна точці Г .... (Г = Тг ).

1 + 1 СВ

Схема досягнення температури потухання полум'я при одночасній зміні інтенсивності тепловиділення і тепловідведення

Мал. 3.2. Схема досягнення температури потухання полум'я при одночасній зміні інтенсивності тепловиділення і тепловідведення

Якщо процес горіння виник при меншій початкової температурі, близької до температури навколишнього середовища Т 0 , за механізмом вимушеного запалювання, то температура продуктів горіння в зоні полум'я буде трохи нижче Ту приблизно на величину Г 0 '- Т 0 , тобто Т г « Ту - (7q - Г 0 ), відповідна точці перетину Г кривих інтенсивності тепловиділення q B і інтенсивності тепловідведення q ' T0 . При цьому передбачається, що залежність q u = f (T) залишилася такою ж, як при самозаймання, а інтенсивність відводу тепла q ' T0 = f (T) зросла. Цій точці відповідає рівноважний, стаціонарний тепловий режим в зоні горіння, при якому виникає динамічна рівновага процесів тепловиділення і тепловідведення q B = / (Г) = = q ' T0 = f (T). Стійким процес горіння в цьому стані є тому, що тепловиділення q K дорівнює сумі тепло- втрат q ' T0 > а перші похідні від них але температурі не рівні між собою. Це означає, що якщо, не змінюючи залежностей тепловиділення і тепловідведення при заданому режимі горіння будь-яким зовнішнім впливом, злегка змінити температуру середовища в цій точці, то:

  • - при збільшенні температури до Г г + ДГ вона мимоволі охолоне і повернеться в рівноважний стан
  • (в точку Г), так як q ' T0 > q B і температура системи буде знижуватися до рівноважної точки, де q u = q' T0 ',
  • - при зниженні температури в зоні горіння до температури Г г - АТ система знову мимовільно повернеться до стійкого режиму горіння (в точку Г), так як q K > q ' T0 і система саморазогревается до колишнього стабільного стану (точка Г), де q B = q fTQ.

Ось чому, подавши мала кількість води або іншого вогнегасної кошти, не можна вплинути на залежності q B = f (T) або q ' T0 = / (Г), припинити процес горіння, згасити потужне полум'я. Це пояснюється тим, що в сталому режимі процес горіння має властивість стаціонарності, точніше динамічної стійкості до зовнішніх впливів.

Можна спробувати впливати на процес горіння більш активно, наприклад змінивши залежність q ' T0 = / (Г) за рахунок збільшення коефіцієнта теплопередачі а із зони горіння. Графічно це виразиться в збільшенні кута нахилу кривої q " G = f (T) (див. Рис. 3.2). Тепер точці перетину кривих q n і <7 ^ 0 (точка Гj) буде відповідати температура полум'я Гр, яка нижче колишньої Т г Однак процес горіння при цій температурі і раніше буде стійкий. Здійснимо ще одну спробу - введемо нейтральні розріджувачі, наприклад пари води, в зону горіння, що знизить інтенсивність тепловиділення в зоні горіння до значення q ' n (T) <q B (T) . Припустимо, що це станеться тільки за рахунок зменшення швидкості хімічної реакції горіння W = / (Г, з Л , з Б ) внаслідок того, що концентрації пального С ' А і окислювача З Б стали нижче, ніж були А і С Б ) через розведення середовища нейтральним газом. Відповідно зменшиться і інтенсивність тепловиділення cq B до q' B .

Тепер рівноважний режим горіння буде відповідати точці перетину (точка Г 2 ) кривих q B і q " 0 . Відповідна їй рівноважна температура Гр, менше Т г і Гр. Але і цей режим горіння буде володіти стійкістю, так як лівіше точки Г 2 виходить q ' B > q " 0 , а правіше - навпаки, q" Y0 > q B . При слабкому охолодженні зони горіння до 7g - АТ система знову розігріється до рівноважного стану q ' B = q " 10 , а при слабкому перегрів (до Гр + АТ) знову охолоне до q' B = q" 0 в точці Гр, тобто . повернеться 2 в своє початкове стабільний стан і горіння не припиниться.

З наведеного аналізу очевидно, що використовуючи будь-який з розглянутих способів зниження температури в зоні горіння або їх поєднання, можна так змінити співвідношення інтенсивностей тепловиділення q B і тепловідведення <7 Т0 , що в точці їх перетину дорівнюватимуть не тільки значення самих функцій q B (T ) = q Tn (T), але і їх перші вироб

на графіку

водні по температурі, тобто

Мал. 3.2 крива q T0 займе при цьому крайнє ліве положення по відношенню до q B і в області високих температур (вище точки перегину Б на кривій q B , що є точкою займання) матиме з нею тільки одну спільну точку - точку дотику П. Це означає, що в точці П при температурі Г п інтенсивність тепловиділення в зоні горіння q ' B буде дорівнює інтенсивності тепловідведення q " 0 і їх перші похідні по температурі в точці П також будуть

так як крива q T0

рівні між собою,

є дотичною до кривої q B в точці П. Зауважимо при цьому, що температура Г п є мінімальною з розглянутих вище стабільних температур (Г п <Гр < Гр <Г г ). Цього можна домогтися, наприклад, введенням в зону горіння більшої кількості води, ніж вводилося для зниження температури до Гр і Гр випарується в зоні горіння вода знизить температуру горіння до Гр, підвищивши тепловідвід із зони горіння за рахунок збільшення А, см і е см ; пари води, розбавивши реагенти в зоні горіння, одночасно знизять інтенсивність тепловиділення q B до q B за рахунок зменшення швидкості реакції W = / (Г, Сд, Сп). Це призведе до зниження температури до Гр. Вода, що випарувалася навколо зони горіння, знизить температуру навколишнього середовища з Г 0 до Tq, що підвищить інтенсивність тепловідведення від зони горіння з q TO до q " Q за рахунок зростання інтенсивності і конвективного і променистого теплоотводов від полум'я (на графіку крива q ™ 0 при це займе положення кривої д " 0 ). Припустимо, однак, що криві займуть положення, показане на рис. 3.2, тобто q ™ 0 є дотичною до кривої q B в точці П, в якій виконуються умови рівності інтенсивностей тепловиділення і тепловідведення (при температурі Г п ) і їх перших похідних по температурі.

Проаналізуємо стан і «поведінка» системи в точці П при температурі потухання методом малих збурень.

Якщо при зовнішньому впливі температуру системи трохи підвищити на величину АТ, тобто до значення Т = Т і + АТ, то система знову мимовільно охолоне до температури Т п і повернеться в точку П, так як правіше цієї точки тепловиділення q ' B менше тепловідведення q ™ 0 , тобто система буде перебувати у відносно стійкому стані. Якщо тепер при зовнішньому впливі знизити температуру системи на величину АТ до температури Т = Т 1 { - АТ і перевести її трохи лівіше точки П, то система мимовільно почне охолоджуватися далі, так як зліва від точки П інтенсивність тепловідводу, як і справа, більше інтенсивності тепловиділення, тобто q " 0 > q ' h . Тому лівіше точки П температура системи буде продовжувати знижуватися, поки не дійде до другої рівноважної температури Т А > де реакції окислення практично не відбувається.

Таким чином, з розглянутого випливає, що при найменшому зміщенні від точки П вліво, що відповідає зниженню температури системи нижче Г п , процес горіння стає неможливим і полум'я гасне.

З графіка рис. 3.2 очевидно, що температура потухання кінетичного полум'я Г п на осі абсцис лежить правіше точки Т з , що відповідає температурі самозаймання горючої суміші даного складу, тобто температура потухання полум'я буде вищою температури самозаймання. Це парадоксальне явище називається в теорії процесів горіння гистерезисом температурної кривої потухання полум'я.

Аналітичний розрахунок числового значення температур потухання для різних режимів горіння пов'язаний з певними труднощами обчислення параметрів процесів горіння в околопредельних станах і тому носить орієнтовний характер. Максимально можлива величина зниження температури кінетичного полум'я в порівнянні з розрахунковим значенням температури полум'я з урахуванням тепловтрат дорівнює

де Т Г - температура горіння; Т п - температура потухання (1273 К).

Іпользуя температуру потухання, яку можна умовно прийняти приблизно однаковою для всіх углеводородно- повітряних сумішей, можна шляхом нескладних термодинамічних розрахунків обчислити необхідний питома або (знаючи секундний витрата пального речовини) секундний витрата вогнегасних засобів, що діють за механізмом охолодження зони горіння.

 
Переглянути оригінал
< Попередня   ЗМІСТ   Наступна >
 
Дисципліни
Агропромисловість
Аудит та Бухоблік
Банківська справа
БЖД
Географія
Документознавство
Екологія
Економіка
Етика та Естетика
Журналістика
Інвестування
Інформатика
Історія
Культурологія
Література
Логіка
Логістика
Маркетинг
Медицина
Нерухомість
Менеджмент
Педагогіка
Політологія
Політекономія
Право
Природознавство
Психологія
Релігієзнавство
Риторика
Соціологія
Статистика
Техніка
Страхова справа
Товарознавство
Туризм
Філософія
Фінанси
Пошук