Дефлаграция (лат. De + flagrare , «сжигать дотла») - это дозвуковое горение, распространяющееся за счет теплопередачи ; горячий горящий материал нагревает следующий слой холодного материала и поджигает его. Большинство « пожаров », встречающихся в повседневной жизни, от пламени до взрывов, например, от черного пороха , - это горения. Это отличается от детонации , которая распространяется сверхзвуковым путем через ударные волны , чрезвычайно быстро разлагая вещество.
Приложения
В инженерных приложениях сгоранием легче управлять, чем с детонацией. Следовательно, они лучше подходят, когда цель состоит в перемещении объекта ( пули в огнестрельном оружии или поршня в двигателе внутреннего сгорания ) с силой расширяющегося газа. Типичными примерами воспламенения являются горение газовоздушной смеси в газовой плите или топливно-воздушной смеси в двигателе внутреннего сгорания, быстрое горение пороха в огнестрельном оружии или пиротехнических смесей в фейерверках . Системы и продукты дефлаграции также могут быть использованы в горнодобывающей промышленности, сносе и разработке каменных карьеров посредством взрывных работ под давлением газа в качестве выгодной альтернативы взрывчатым веществам.
Масло / воск огонь и вода
Добавление воды к горящему углеводороду, такому как масло или воск, вызывает бурение , при котором вода быстро вскипает и выбрасывает материал в виде мелких брызг капель. Затем происходит горение, поскольку капли воспламеняются и очень быстро сгорают. Это особенно часто встречается при пожарах на сковороде , от которых в Великобритании происходит каждый пятый пожар в домах. [1]
Физика пламени
Основную физику пламени можно понять с помощью идеализированной модели, состоящей из однородной одномерной трубки несгоревшего и сгоревшего газового топлива, разделенной тонкой переходной областью ширинойв котором происходит горение. Область горения обычно называют пламенем или фронтом пламени . В равновесии тепловая диффузия по фронту пламени уравновешивается теплом, выделяемым при горении. [2] [3] [4] [5]
Здесь важны две характерные шкалы времени. Во-первых, это шкала времени термодиффузии., что примерно равно
- ,
где - коэффициент температуропроводности . Второй - это шкала времени горения. которая сильно уменьшается с температурой, обычно как
- ,
где - активационный барьер для реакции горения и температура, развиваемая в результате горения; значение этой так называемой «температуры пламени» можно определить по законам термодинамики.
Для неподвижного движущегося фронта горения эти две шкалы времени должны быть равны: тепло, выделяемое при горении, равно теплу, уносимому при теплопередаче . Это дает возможность рассчитать характерную ширину фронта пламени:
- ,
таким образом
- .
Теперь тепловой фронт пламени распространяется с характерной скоростью , который просто равен ширине пламени, деленной на время горения:
- .
Эта упрощенная модель не учитывает изменение температуры и, следовательно, скорость горения на фронте дефлаграции. Эта модель также не учитывает возможное влияние турбулентности . В результате этот вывод дает только скорость ламинарного пламени - отсюда обозначение.
Разрушительные события
Повреждение зданий, оборудования и людей может возникнуть в результате кратковременной крупномасштабной дефлаграции. Потенциальный ущерб в первую очередь зависит от общего количества топлива, сожженного в данном случае (общая доступная энергия), максимальной скорости пламени, которая достигается, и способа сдерживания расширения дымовых газов.
При дефлаграции на открытом воздухе наблюдается непрерывное изменение эффектов дефлаграции относительно максимальной скорости пламени. Когда скорость пламени низкая, дефлаграция приводит к выделению тепла. Некоторые авторы используют термин мгновенное возгорание для описания этих низкоскоростных дефлаграций. При скоростях пламени, близких к скорости звука , выделяемая энергия имеет форму давления, и результаты напоминают детонацию . Между этими крайними значениями генерируются как тепло, так и давление.
Когда низкоскоростное горение происходит внутри закрытого сосуда или конструкции, воздействие давления может вызвать повреждение из-за расширения газов в качестве вторичного эффекта. Тепло, выделяемое при дефлаграции, вызывает термическое расширение дымовых газов и избыточного воздуха. Конечный результат состоит в том, что объем сосуда или конструкции должен расширяться для размещения горячих дымовых газов, или сосуд должен быть достаточно прочным, чтобы выдерживать дополнительное внутреннее давление, или он выходит из строя, позволяя газам улетучиваться. Риски возгорания внутри бочек для хранения отходов вызывают растущую озабоченность в хранилищах.
Смотрите также
Рекомендации
- ^ Рекомендации пожарной службы Великобритании по пожаротушению на противнях
- ^ Уильямс, FA (2018). Теория горения. CRC Press.
- ^ Ландау, LD (1959). Лифшиц Е.М., Механика жидкости. Курс теоретической физики, 6.
- ^ Linan, A., & Williams, FA (1993). Фундаментальные аспекты горения.
- ↑ Зельдович, И.А., Баренблатт, Г.И., Либрович, В.Б., и Махвиладзе, Г.М. (1985). Математическая теория горения и взрыва.