Тема I. ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ О ПРИРОДЕ ГОРЕНИЯ

Методические указания к выполнению курсовой работы по дисциплине «Теория горения и взрыва»

Ростов – на – Дону

УДК 614.841

Методические указания к выполнению курсовой работы по дисциплине "Теория горения и взрыва". - Ростов н/Д: Рост. гос. строит. ун-т, 2004. — 31с.

Содержится порядок изучения трех тем, вопросы для самопроверки, алгоритмы решения и примеры решения типовых задач и задания по вариантам.

Предназначены для студентов специальностей "Пожарная безопасность" и "Защита в чрезвычайных ситуациях".

Составители: д-р техн. наук, проф. Е.И.Богуславский,

ст.препод. Е.А.Чикалова .

Редактор Т.М.Климчук

Темплан 2004 г., поз. 77

-----------------------------------------------------------------------------------------------

ЛР № 020818 от 13.01.99. Подписано в печать 03.04.04. Формат 60х84/16.

Бумага писчая. Ризограф. Уч.-изд. л. 1,0.

Тираж 50 экз. Заказ

────────────────────────────────────────────────

Редакционно-издательский центр

Ростовского государственного строительного университета

344022, Ростов-на-Дону, ул. Социалистическая, 162

© Ростовский государственный

строительный университет, 2004

Введение

Курс «Теория горения и взрыва» - прикладная дисциплина, предметом изучения которой являются физические и химические процессы и явления, связанные с горением на стадии его возникновения, развития и прекращения.

Строгой теории процессов неорганизованного, случайного горения, каким является горение на пожаре, на сегодня не существует. Однако основные физические и химические процессы, происходящие в условиях горения веществ и материалов на пожаре, могут быть рассмотрены и объяснены по аналогии с процессами, происходящими в условиях организованного горения. Этот вид горения, законы тепло- и массопередачи, газодинамические явления, химизм реакции в горючих системах и т.д. изучены достаточно полно. Использование представлений о законах классического горения дает возможность правильно формулировать законы, управляющие горением на пожаре, организовывать профилактические меры против возникновения самовоспламенения, самовозгорания, воспламенения, меры по снижению интенсивности горения на пожаре, его локализации и тушению. Глубокое понимание явления горения обеспечивает успешную борьбу с пожарами.

Для того чтобы понимать, почему горение на пожаре изучено мало, почему при изучении курса рассмотрены часто самые простые случаи горения, почему для описания законов горения на пожаре чаще всего прибегают к аналогиям с процессами организованного горения, следует обратиться к историческому аспекту развития науки о горении.

Изучение процессов горения связано с постоянным желанием человека использовать энергию, выделяющуюся при горении, например, в печах, топочных устройствах, реактивных двигателях и т.д., т.е. изучать явления и процессы организованного горения. Особенно больших успехов достигли исследования в области горения в связи с использованием этого явления в двигателях внутреннего сгорания и реактивных двигателях, взрывчатых веществах, составах и др. энергосистемах. И только рост экономического потенциала, особенно развитых стран, в условиях научно - технической революции сделал проблему борьбы с пожарами, а значит и развитие науки о пожарах в целом, в том числе и изучение процессов горения на пожаре, очень важной задачей современного общества. Слишком велик экономический и моральный ущерб наносимый пожарами.

Приступая к изучению курса «Теория горения и взрыва», необходимо представлять, что горение есть главный и основной процесс на пожаре. Знание химической и физической сути явления и законов горения необходимо для успешной работы инженера противопожарной техники и безопасности в любой области его деятельности. Этот курс является теоретической основой ряда специальных дисциплин.

Тема I. ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ О ПРИРОДЕ ГОРЕНИЯ

(ФИЗИКА И ХИМИЯ ПРОЦЕССОВ ГОРЕНИЯ)

Горение - основной процесс на пожаре, поэтому изучение явления горения следует начинать с рассмотрения механизма протекания элементарных реакций, а затем переходить к представлениям о нем на уровне брутто – реакций с позиций общей и химической термодинамики. Такой подход к проблеме горения обеспечивает понимание разнообразных практических вопросов, с которыми сталкиваются специалисты пожарной охраны в своей повседневной деятельности, будь то профилактика пожаров, динамика их развития или же вопросы тушения.

На молекулярно – кинетическом уровне представлений о химических реакциях возможность возникновения и протекания горения обусловлена числом и энергией столкновения молекул горючего и окислителя. В свою очередь оба этих параметра являются функцией температуры. С увеличением температуры возрастает скорость теплового движения молекул, увеличивается число эффективных соударений, появляются условия для реагирования горючего с окислителем, т.е. возникновения и развития горения. Здесь уместно вспомнить законы химической кинетики, которые изучались в курсе общей химии.

Представив, как протекают реакции в горючей смеси на молекулярном уровне, становится понятным смысл суммарных характеристик процесса – скорости и теплового эффекта. При изучении этого материала обратите внимание на основные законы химической кинетики, зависимость скорости реакции от температуры (закон Аррениуса) и давления горючей смеси, закон действия масс, т.е. увеличение скорости реакции с возрастанием концентрации реагентов. Скорость реакции максимальна при стехиометрическом составе смеси. Соответственно при этой концентрации максимальна и интенсивность тепловыделения экзотермических реакций.

Упомянутые вопросы из раздела химической кинетики важны в физике и химии процессов горения для объяснения понятий концентрационных пределов воспламенения, механизма действия огнетушащих веществ, гасящего влияния «холодной стенки» и т.д.

Законами химической кинетики строго можно описать только один вид горения – гомогенное кинетическое, когда горючее и окислитель находятся в одной фазе и предварительно перемешаны, тогда скорость собственно химической реакции зависит от природы реагирующих веществ. Но поскольку интенсивность протекания процесса горения зависит в общем случае от характера передачи вещества и тепла в зону реакции, т.е. от движения газа, пара, воздуха, диффузии и теплопроводности, то степень подготовленности горючей смеси в газодинамические условия, в которых находится горючая смесь, оказываются факторами, определяющими все параметры горения на пожаре. Следует различать диффузионное и кинетическое горение, гомогенное и гетерогенное, ламинарное и турбулентное, знать, что степень турбулизации газового потока определяется числом Рейнольдса и зависит от плотности и вязкости среды, скорости потока, его поперечного сечения. При Re<Re_кр, равного 2300, движение носит ламинарный характер. При более высоких числах – турбулентный, что в значительной степени определяет режим горения.

Вид горения, его параметры определяются физическими процессами и условиями, они являются доминирующими, но в основе горения лежит химическое превращение горючего и окислителя в продукты горения. Поэтому все характеристики процесса горения в конечном итоге определяются условиями протекания химической реакции. В этой связи важно уметь составлять уравнения материального и теплового баланса реакции горения, учитывать влияние коэффициента избытка воздуха на состав продуктов горения и температуру горения, т.к. они определяют пожароопасные характеристики веществ и материалов, дают возможность оценивать реальную обстановку на пожаре и правильно организовывать деятельность пожарных.

Вопросы для самоподготовки

1. Какие химические реакции можно отнести к реакциям горения? Дайте объяснение, исходя из определения понятия горения.

2. Какие условия обязательны для возникновения горения?

3. Дайте развернутую характеристику различных режимов горения: кинетического и диффузионного, гомогенного и гетерогенного, ламинарного и турбулентного.

4. Что называют полным и неполным горением? Что влияет на полноту горения, почему?

5. Что называют продуктами горения и дымом? Назовите параметры дыма, характеризующие его пожароопасные свойства.

6. Почему процесс горения не является стационарным?

7. Изложите в общем виде методику расчета воздуха и продуктов горения.

Поиск по сайту: