Тема. Диффузионное и кинетическое горение
В рамках данной темы предусмотрено проведение лекций, практических занятий и лабораторных работ.
С целью глубокой проработки материала, рассматриваемого в указанной теме обучающимся рекомендуется:
1. Изучить тему с использованием материала лекций и учебной литературы. При этом, рекомендуется придерживаться следующей системы изучения:
а) Начните с изучения горения газообразных горючих веществ. Вспомните, что механизм распространения пламени и его характеристики были изучены на примере кинетического гомогенного горения. Распространение этого вида пламени определяется законами передачи тепла по механизму молекулярной теплопроводности и передачи вещества – диффузией. Поэтому скорость распространения пламени не зависит от того, находится смесь в покое или движется в ламинарном режиме.
При изучении диффузионного пламени целесообразно сравнивать все его параметры с кинетическим. Проанализируйте влияние конвективных потоков на структуру и параметры диффузионного пламени.
б) Горючие жидкости при нагреве интенсивно испаряются, над их поверхностью образуется паровоздушная смесь. Горение жидкости после воспламенения происходит в гомогенном режиме в диффузионной области. Обратите внимание на то, что в механизме воспламенения и горения жидкостей важное место занимает лучистый тепловой поток от факела пламенник поверхности жидкости. Изучите влияние конвективных потоков на массообмен, диффузию. Разберитесь в характеристиках горения жидкостей (массовой и линейной скорости выгорания). проанализируйте их зависимость от различных факторов.
Объясните смысл таких характеристик, как температура вспышки, температура воспламенения, температурные пределы воспламенения.
Поскольку параметры горения обусловлены температурой жидкости, являются важными показателями пожарной опасности, необходимо знать методы определения температуры вспышки, температуры воспламенения, температурных пределов распространения пламени, их взаимосвязь с концентрационными пределами.
В) Горение твердых горючих веществ и материалов еще более сложно по своей природе, так как механизм горения определяется поведением твердых веществ и материалов при нагревании, их физическими свойствами, геометрией. дисперсностью и т.д. Обратите внимание на то, что нелетучие металлы и уголь горят гетерогенно на поверхности раздела фаз. Изучите особенности теплообмена, скорости горения, показатели пожарной опасности
2. Заучить определения основных понятий.
3. Разобраться в методиках решения основных типов задач по данной теме (расчет температуры вспышки индивидуальных веществ и смесей жидкостей, расчет температуры воспламенения, расчет температурных пределов распространения пламени).
В рамках изучения данной темы предусмотрено выполнение лабораторных работ по определению температуры вспышки и исследование влияния различных факторов на скорость распространения пламени по поверхности твердых горючих материалов.
Для подготовки к лабораторной работе по определению температуры вспышки необходимо:
- уметь ответить на контрольные вопросы и знать определения опорных терминов;
- знать назначение, принцип действия и устройство приборов закрытого типа ПВНЭ и открытого типа ТВ (см. список литературы);
- уметь рассчитывать температуру вспышки индивидуальных жидкостей и их смесей;
- в тетради для лабораторных работ оформить отчет: название работы, цели работы, материально-техническое обеспечение, теоретические основы работы (основные определения; формулы расчета; назначение, принцип действия, устройство и рисунки приборов ПВНЭ и ТВ).
Для подготовки к лабораторной работе по теме
исследование влияния различных факторов на скорость распространения пламени по поверхности твердых горючих материалов необходимо:
- уметь ответить на контрольные вопросы и знать определения опорных терминов;
- знать назначение, принцип действия и устройство приборов «Огневая труба», «Поворотная огневая труба», «Распространение пламени»;
- в тетради для лабораторных работ оформить отчет: название работы, цели работы, материально-техническое обеспечение, теоретические основы работы (особенности горения древесины, синтетических полимеров и неорганических твердых веществ; описание устройства и рисунки приборов «Огневая труба», «Поворотная огневая труба» «РП», подготовка приборов к работе, порядок проведения испытаний).
Вопросы для самоконтроля
1. Механизм распространения пламени в горючих газовоздушных смесях.
2. Изобразите схематично структуру фронта пламени, отметьте основные зоны.
3. Изобразите график изменения температуры и концентрации исходных компонентов во фронте пламени.
4. Нормальная скорость распространения пламени. Закон косинуса.
5. Охарактеризуйте влияние температуры, давления смеси, концентрации горючего и кислорода на нормальную скорость распространения пламени.
6. Структура диффузионного пламени на примере газового фонтана.
7. Факторы, влияющие на высоту диффузионного пламени.
8. Механизм возникновения и распространения пламени по поверхности жидкостей.
9. Факторы, влияющие на скорость распространения пламени по поверхности жидкости.
10. Скорости выгорания жидкости и условия на них влияющие.
11. В каком режиме могут гореть твердые горючие материалы? Приведите примеры.
12. Как влияют на параметры горения ориентация и размеры образца.
13. В чем состоят особенности горения полимерных материалов?
Опорные термины по теме «Диффузионное и кинетическое горение»: нормальная скорость распространения пламени, температура вспышки, температура воспламенения, температурные пределы распространения пламени, линейная скорость распространения пламени, массовая скорость распространения пламени.
Тесты для самоконтроля
1. Что называется массовой скоростью горения жидкостей?
а) Это масса жидкости, выгорающая в единицу времени с единицы поверхности;
б) Это объем жидкости, выгорающий в единицу времени с единицы поверхности;
в) Это высота столба жидкости, выгорающая в единицу времени.
2. При какой температуре следует вести технологический процесс, связанный с применением жидкостей, для обеспечения его пожаробезопасности?
а) ниже НТПРП на 5 0С или выше ВТПРП на 10 0С;
б) ниже НТПРП на 10 0С или выше ВТПРП на 15 0С;
в) температура технологического процесса должна быть равна НТПРП.
3. Какая из ниже перечисленных жидкостей наиболее пожароопасна?
а) ацетон (НТПРП = –18 0С, ВТПРП = 6 0С);
б) бензин (НТПРП = -350С, ВТПРП = 17 0С);
в) 1,4-дихлорбензол (НТПРП = 650С, ВТПРП = 950С).
4. Какая скорость горения жидкости определяется высотой слоя, выгорающего в единицу времени?
а) прямая скорость выгорания;
б) линейная скорость горения;
в) наивысшая скорость горения;
г) массовая скорость горения жидкости.
5. От каких факторов не зависит скорость горения жидкости?
а) скорость ветра;
б) диаметр резервуара;
в) начальной температуры;
г) высота резервуара;
д) уровень жидкости в резервуаре.
6. Какие из ниже перечисленных показателей пожарной опасности не характеризуют жидкости?
а) группа горючести;
б) относительная плотность паров по воздуху;
в) температура воспламенения;
г) скорость выгорания;
д) КПРП;
е) индекс распространения пламени.
7. Горение хорошо растворимых в воде жидкостей прекращаются, когда концентрация горючих жидкостей достигает:
а) 5-15%;
б) 10-25%;
в) 25%;
г) 35%;
д) 45%.
8. Как называется наименьшая температура горючего вещества, при которой в условиях специальных испытаний вещество выделяет горючие пары или газы с такой скоростью, что после их зажигания возникает устойчивое горение?
а) температура взрыва;
б) температура вспышки;
в) температура самовозгорания;
г) температура воспламенения;
д) температура кипения.
9. Какие вещества называются твердыми?
а) вещества и материалы с температурой плавления от 15 0С до 50 0С;
б) вещества и материалы с температурой плавления более 50 0С;
в) вещества и материалы с температурой плавления ниже 500С.
10. Какой из ниже перечисленных показателей пожарной опасности веществ не характеризует твердые вещества и материалы?
а) температура тления;
б) температура самовоспламенения;
в) температура вспышки.
11. Какие газообразные продукты преобладают при низкой температуре разложения древесины?
а) водяной пар и СО2;
б) СН4, Н2, С2Н4;
в) Cl2, NO.
12. При горении каких твердых материалов в большом количестве будут выделяться продукты неполного сгорания (сажа)?
а) пиломатериалы в штабеле;
б) резинотехнические изделия;
в) хлопок разрыхленный.
13. Температура горения летучих металлов
а) выше температуры кипения их оксидов;
б) ниже температуры кипения их оксидов.
14. Какие материалы при нагревании плавятся?
а) пластмасса;
б) бумага в рулонах;
в) металлы;
г) каучуки.
15. Какими способами можно повысить огнестойкость деревянных конструкций?
а) нанесение огнезащитных покрытий;
б) пропитка антипиренами;
в) химическая модификация.
16. Для сгорания какого из ниже перечисленных материалов потребуется больший объем воздуха?
а) древесина;
б) пластмасса;
в) вата.
17. Образование белого плотного дыма является одним из признаков горения
а) летучих металлов;
б) нелетучих металлов.
18. Какие вещества, кроме полимера, входят в состав пластмасс
а) наполнители;
б) закрепители;
в) пластификаторы;
г) смазывающие вещества.
Перечень литературы и учебно-методических материалов
для подготовки к занятиям
Основная:
1. Федеральный закон Российской Федерации от 22 июля 2008 г. N 123-ФЗ "Технический регламент о требованиях пожарной безопасности"
2. Корольченко А.Я. Процессы горения и взрыва. – М.: Пожнаука, 2007. – 266 с., ил. (стр. 127 – 134, 201 - 228)
3. Баратов А.Н. Горение – Пожар – Взрыв – Безопасность. – М.: ФГУ ВНИИПО МЧС России, 2003. – 364 с. (стр. 16 - 38)
4. Таубкин С.И. Пожар и взрыв, особенности их экспертизы. – М., 1999 г.-600с (стр. 128 - 155)
5. ГОСТ - 12.1.044.- 89. Пожаровзрывоопасность веществ и материалов. Номенклатура показателей и методы их определения. М. Издательство стандартов. 1990.
6. Корольченко А.Я., Корольченко Д.А. Пожаровзрывоопасность веществ и материалов и средства их тушения. Справочник: в 2-х ч. – 2-е изд., перераб. И доп. – М.: Асс. «Пожнаука», 2004.
Дополнительная:
1. Драздейл Д. Введение в динамику пожаров/ Пер. с англ. К.Г. Бомштейна; Под ред. Ю.А. Кошмарова, В.Е. Макарова. – М.: Стройиздат, 1990. – 424 с., ил. (стр. 157 – 191, 234 – 246, 286)