Дефлаграция

Дрова в камине.

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 [ править ]

В инженерных приложениях сгоранием легче управлять, чем с детонацией. Следовательно, они лучше подходят, когда цель состоит в том, чтобы переместить объект ( пуля в огнестрельном оружии или поршень 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 путем взрыва газа под давлением в качестве выгодной альтернативы взрывчатым веществам.

Масло / воск огонь и вода [ править ]

Результат добавления 200 мл воды на литр горящего масла

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 дефлаграция, поскольку капли воспламеняются и очень быстро сгорают. Это особенно часто встречается при пожарах на сковороде , от которых в Великобритании происходит каждый пятый пожар. ^[1]

Физика пламени [ править ]

Основную физику пламени можно понять с помощью идеализированной модели, состоящей из однородной одномерной трубки несгоревшего и сгоревшего газового топлива, разделенной тонкой переходной областью шириной, в которой происходит горение. Область горения обычно называют пламенем или фронтом пламени . В равновесии тепловая диффузия через фронт пламени уравновешивается теплом, выделяемым при горении. ^{[2] [3] [4] [5]}${\ displaystyle \ delta \;}$

Здесь важны две характерные шкалы времени. Первый - это временной масштаб термодиффузии , который примерно равен${\ Displaystyle \ тау _ {д} \;}$

${\displaystyle \tau _{d}\simeq \delta ^{2}/\kappa }$,

где - коэффициент температуропроводности . Второй - временной масштаб горения, который сильно уменьшается с температурой, обычно как${\displaystyle \kappa \;}$ ${\displaystyle \tau _{b}}$

${\displaystyle \tau _{b}\propto \exp[\Delta U/(k_{B}T_{f})]}$,

где - активационный барьер реакции горения; - температура, развиваемая в результате горения; значение этой так называемой «температуры пламени» можно определить по законам термодинамики.${\displaystyle \Delta U\;}$${\displaystyle T_{f}\;}$

Для неподвижного движущегося фронта дефлаграции эти две шкалы времени должны быть равны: тепло, выделяемое при горении, равно теплу, уносимому при теплопередаче . Это позволяет рассчитать характерную ширину фронта пламени:${\displaystyle \delta \;}$

${\displaystyle \tau _{b}=\tau _{d}\;}$,

таким образом

${\displaystyle \delta \simeq {\sqrt {\kappa \tau _{b}}}}$.

Теперь тепловой фронт пламени распространяется с характерной скоростью , которая просто равна ширине пламени, деленной на время горения:${\displaystyle S_{l}\;}$

${\displaystyle S_{l}\simeq \delta /\tau _{b}\simeq {\sqrt {\kappa /\tau _{b}}}}$.

В этой упрощенной модели не учитывается 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 и обозначение .${\displaystyle S_{l}\;}$

Разрушительные события [ править ]

Повреждение зданий, оборудования и людей может произойти 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 вспышка огня для описания этих низкоскоростных дефлаграций. При скоростях пламени, близких к скорости звука , выделяющаяся 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, чтобы вместить горячие дымовые газы, или сосуд должен быть достаточно прочным, чтобы выдерживать дополнительное внутреннее давление, или он выходит из строя, позволяя газам уйти. Риски горения внутри бочек для хранения отходов вызывают все большую озабоченность в хранилищах.

См. Также [ править ]

Поищите дефлаграцию в Викисловаре, бесплатном словаре.

• Пожар
• Переход от дефлаграции к детонации
• Напорные сваи

Ссылки [ править ]