Вплив на процес горіння великої кількості факторів обумовлює різноманіття видів і режимів горіння. Так, в залежності від агрегатного стану компонентів горючої суміші горіння може бути гомогенним і гетерогенним, від умов змішування компонентів - горінням попередньо приготованої суміші (кінетичне) і дифузійним, від газодинамічних умов - ламінарним і турбулентним, і т.д.
Основними видами горіння є гомогенне і гетерогенне.
Гомогенне горіння - це процес взаємодії пального і
окислювача, що знаходяться в однаковому агрегатному стані. найбільш
широко поширене гомогенне горіння газів і парів в повітрі.
Гетерогенне горіння - це горіння твердих горючих матері-
ріалів безпосередньо на їх поверхні. характерною особливістю
гетерогенного горіння є відсутність полум'я. Прикладами ...
його
є горіння антрациту, коксу, деревного вугілля, нелетких металів.
Безполуменеве горіння в ряді випадків називають тлінням.
Як видно з визначень, принциповою відмінністю гомогенного горіння від гетерогенного, є те, що в першому випадку пальне і окислювач знаходяться в одному агрегатному стані, у другому - в різних.
При цьому необхідно зазначити, далеко не завжди горіння твердих речовин і матеріалів є гетерогенним. Це пояснюється механізмом горіння твердих речовин.
Так, наприклад, горіння деревини в повітрі. Для того, щоб запалити її, необхідно піднести будь-якої джерело тепла, наприклад полум'я від сірника або запальнички, і почекати деякий час. Виникає питання: чому вона спалахує не відразу? Це пояснюється тим, що в початковий період, джерело запалювання повинен нагріти деревину до певної температури, при якій починається процес піролізу, або іншими словами термічний розклад. При цьому, в результаті розкладання целюлози та інших складових, починають виділятися продукти їх розкладання - горючі гази - вуглеводні. Очевидно, що чим більше нагрів, тим більше швидкість розкладання і, відповідно, швидкість виділення горючих газів. І ось тільки тоді, коли швидкість виділення ГГ буде достатньою для створення певної їх концентрації в повітрі, тобто утворення горючої середовища, може виникнути горіння. При чому горінні не деревини, а продуктів її розкладання - горючих газів. Саме з цього, горіння деревини, в більшості випадків - гомогенне горіння, а не гетерогенное.
Ви можете заперечити: деревина, врешті-решт, починає тліти, а тління, як було сказано вище - це гетерогенне горіння. Так і є. Справа в тому, що кінцевими продуктами розкладання деревини є в основному горючі гази і вуглистий залишок, так званий кокс. Цей самий вуглистий залишок все ви бачили і навіть купували для приготування шашликів. Це вугілля приблизно на 98% складаються з чистого вуглецю і не можуть виділяти ГГ. Вугілля горять вже в режимі гетерогенного горіння, тобто тліють.
Таким чином, деревина горить спочатку в режимі гомогенного горіння, потім, при температурі приблизно 800 ° С полум'яне горіння переходить в тління, тобто стає гетерогенним. Так само відбувається і з іншими твердими речовинами.
Як горять рідини в повітрі? Механізм горіння рідин полягає в тому, що спочатку відбувається її випаровування, і саме пари утворюють горючу суміш з повітрям. Тобто в цьому випадку також відбувається гомогенне горіння. горить не рідка фаза, а пари рідини
Механізм горіння металу такої ж, як і рідин, за винятком того, що металу необхідно спочатку розплавитися і після цього нагрітися до високої температури, щоб швидкість випаровування була достатньою для утворення горючої середовища. Деякі метали горять на їх поверхні.
У гомогенному горінні виділяють два режими: кінетичне і дифузійне горіння.
Кінетичне горіння - це горіння попередньо перемішаної горючої суміші, тобто однорідної суміші. Швидкість горіння визначається тільки кінетикою окислювально-відновної реакції.
Дифузійне горіння - це горіння неоднорідною суміші, коли пальне і окислювач попередньо НЕ перемішані, тобто неоднорідною. В цьому випадку, змішування пального і окислювача відбувається у фронті полум'я за рахунок дифузії. Для неорганізованого горіння характерний саме дифузний режим горіння, більшість горючих матеріалів на пожежі можуть горіти тільки в цьому режимі. Однорідні суміші, звичайно, можуть утворюватися і при реальній пожежі, проте їх утворення швидше передує пожежі або забезпечує початкову стадію розвитку.
Принциповою відмінністю цих видів горіння полягає в тому, що в однорідної суміші молекули пального і окислювача вже знаходяться в безпосередній близькості і готові вступити в хімічну взаємодію, при дифузійному ж горінні ці молекули спочатку повинні наблизиться один до одного за рахунок дифузії, і тільки після цього вступити у взаємодію.
Цим обумовлюється відмінність в швидкості протікання процесу горіння.
Повний час горіння tг. складається з тривалості фізич-
ських і хімічних процесів:
Кінетичний режим горіння характеризується тривалістю тільки хімічних процесів, тобто tг »tх. оскільки в цьому випадку фізичних процесів підготовки (перемішування) не вимагається, тобто tф »0.
Дифузійний режим горіння, навпаки, залежить в основному від
швидкості підготовки однорідної горючої суміші (грубо кажучи зближення молекул), В цьому випадку tф >> tх. і тому останнім можна знехтувати, тобто тривалість його визначається в основному швидкістю протікання фізичних процесів.
Якщо tф »tх. тобто вони сумірні, то горіння протікає в так
званої проміжної області.
Для прикладу, уявіть собі дві газові пальники (рис. 1.1): в одній з них в соплі є отвори для доступу повітря (а), в інший їх немає (б). У першому випадку повітря буде засмоктуватися инжекцией в сопло, де він перемішується в пальним газом, таким чином, утвориться однорідна горюча суміш, яка згоряє на виході з сопла в кінетичному режимі. У другому випадку (б), повітря перемішується з пальним газом в процесі горіння за рахунок дифузії, в цьому випадку - горіння диффузионное.
Мал. 1.1Прімер кінетичного (а) і дифузійного (б) горіння
Інший приклад: у приміщенні відбувається витік газу. Газ поступово перемішується з повітрям, утворюючи однорідну горючу суміш. І в разі появи після цього джерела запалювання, відбувається вибух. Це і є горіння в кінетичному режимі.
Аналогічно при горінні рідин, наприклад бензину. Якщо його налити в відкриту ємність і підпалити, буде відбуватися дифузійне горіння. Якщо ж помістити цю ємність в закрите приміщення і почекати деякий час, бензин частково випарується, перемішається з повітрям і утворює тим самим однорідну горючу суміш. При внесенні джерела запалювання, як вам відомо, станеться вибух, це - кінетичне горіння.
В якому режимі протікає горіння на реальних пожежах? Звичайно в основному в дифузійному. У деяких випадках пожежа може початися і з кінетичного горіння, як в наведених прикладах, проте після вигоряння однорідної суміші, що відбувається дуже швидко, горіння продовжиться вже в дифузійному режимі.
При дифузійному горінні, в разі нестачі кисню повітря, наприклад при пожежах в закритих приміщеннях, можливо неповне згоряння пального з утворенням продуктів неповного згоряння таких як СО - чадний газ. Всі продукти неповного згоряння дуже токсичні і становлять велику небезпеку на пожежі. У більшості випадків саме вони є винуватцями загибелі людей.
Отже, основними видами горіння є гомогенне і гетерогенне. Візуальна відмінність цих режимів - наявність полум'я.
Гомогенне горіння може протікати в двох режимах: диффузионном і кінетичному. Візуально, їх відмінність полягає в швидкості горіння.
Слід зазначити, що виділяють ще один вид горіння - горіння вибухових речовин. Вибухові речовини включають в свій склад пальне і окислювач в твердій фазі. Оскільки і пальне і окислювач знаходяться в однаковому агрегатному стані, таке горіння - гомогенне.
На реальних пожежах, в основному, відбувається полум'яне горіння. Полум'я, як відомо, виділяють як один з небезпечних факторів пожежі. Що ж таке полум'я і які процеси в ньому протікають?