МИНОБРНАУКИ РОССИИ
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования
«Казанский национальный исследовательский технологический университет»
(ФГБОУ ВО «КНИТУ»)
Реферат
по дисциплине «Основы возникновения и распространения пожаров»
Выполнил:
студент группы 110-М14
Муртазин Р.Р.
Проверил преподаватель:
Гришин А.Н.
Казань 2020 г
Содержание
Введение
Глава 1. История развития знаний о горении
Глава 2. Классификация видов горения
2.1 Общие положения
2.2 Вспышка
2.3 Возгорание
2.4 Воспламенение
2.5 Самовозгорание
2.6 Самовоспламенение
2.7 Взрыв
Заключение
Список использованных источников и литературы
Введение
Горение - это сложный физико-химический процесс [1] превращения исходных веществ в продукты сгорания в ходе экзотермических реакций, сопровождающийся интенсивным выделением тепла [2;3]. Химическая энергия, запасённая в компонентах исходной смеси, может выделяться также в виде теплового излучения и света. Светящаяся зона называется фронтом пламени или просто пламенем. Освоение огня сыграло ключевую роль в развитии человеческой цивилизации. Огонь открыл людям возможность приготовления пищи и обогрева жилищ, а впоследствии -- развития металлургии, энергетики и создания новых, более совершенных инструментов и технологий. Управление процессами горения лежит в основе создания двигателей для автомобилей, судов и ракет.
Горение - основной источник энергии в мире. Еще в 2010 году около 90% всей энергии, производимой человечеством на Земле, добывалось сжиганием биотоплив или ископаемых топлив [4]. По прогнозам Управления энергетических исследований и разработок США, эта доля не упадет ниже 80% до 2040 года при одновременном росте энергопотребления на 56% в период этих 30 лет [5]. С этим связаны глобальные проблемы современной цивилизации: истощение не возобновляемых энергоресурсов, загрязнение окружающей среды и глобальное потепление.
За счет выделяющегося в реакции тепла химические реакции горения идут по разветвленно-цепному механизму с самоускорением. Отличительной особенностью горения является большой тепловой эффект реакции и большая энергия активации, которая приводит к сильной зависимости скорости реакции от температуры. Из-за этого горючая смесь, которая способна храниться при комнатной температуре неограниченно долго, может воспламениться или взорваться при достижении критической температуры воспламенения - самовоспламенения, или при инициировании внешним источником энергии - вынужденное воспламенение, или зажигание.
Взрывом называют явление, при котором продукты, образующиеся при сгорании исходной смеси в небольшом объеме за короткий промежуток времени, совершают значительную механическую работу и приводят к ударным и тепловым воздействиям на окружающие объекты. Процессы горения и взрыва являются основой для создания огнестрельного оружия, взрывчатых веществ, боеприпасов и различных видов обычных вооружений. Особым видом горения считается детонация [6].
Глава 1. История развития знаний о горении
Как говорилось в ведении, в настоящее время горение является основным источником энергии. Более 90% потребляемой энергии в мире имеет своим источником горение, большинство современных технологий основано на использовании горения. Количественное описание этого явления представляет не только чисто научный интерес, но также имеет большое практическое значение. Изучение огня началось в каменном веке как практическая проблема для первобытного человека [6].
По данным археологии, люди начали пользоваться огнем для обогрева и приготовления пищи 600 тысяч лет назад, а научились получать огонь - 30 тысяч лет назад. Порох был изобретен в Китае, а также использовался в Японии более трех тысяч лет назад. Огню отводилось значительное место в ранних мифах и легендах, например, в греческом мифе о Прометее, похитившем огонь у богов и отдавшем его людям [9].
Первые научные представления относительно пламени были сформулированы, по-видимому, греческим философом Гераклитом, считавшим, что огонь является одним из основных веществ. Из первых теорий, пытавшихся объяснить сущность процесса горения, следует отметить теорию флогистона. Эта теория сыграла известную роль в развитии химии и, в частности, в изучении процесса горения. Она появилась в XVII веке в связи с развитием металлургии [9].
По этой химической теории все вещества, способные гореть, содержат особое вещество - флогистон, которое выделяется при горении: флогистон - по-гречески «горючий» - флогистос. Процесс горения по этой теории заключается в разложении вещества на флогистон и остаток - землю. Считалось, что в углероде, сере, водороде содержится больше флогистона, чем в металлах. Однако ряд явлений, сопровождающих процесс горения, эта ошибочная теория объяснить не могла. Выделить чистый флогистон и изучить его, разумеется, также не удалось. Поэтому теория флогистона из фактора прогресса в развитии химии превратилась в его тормоз. Большинство химиков того времени придерживались теории флогистона. Английский ученый Роберт Бойль считал, что при нагревании металлов «огненная материя» соединяется с металлами и превращает их в окалину. Так как вес окалины больше веса металла, из которого она получена, то, по мнению Бойля, флогистон имеет вес [9].
Впервые теорию флогистона опроверг великий русский ученый (1711-1765 гг.). Он провел большое количество опытов с прокаливанием свинца и олова в открытых и запаянных сосудах. В этих опытах проводилось взвешивание вещества до и после прокаливания. При этом было показано, что металлы при прокаливании соединяются с воздухом и увеличиваются в весе. Прокаливая металл в запаянном сосуде, нашел, что хотя на металле и образуется окалина, но общий вес сосуда с металлом остается неизменным. показал, что флогистон не проникает сквозь стекло запаянного сосуда, а окалина образуется за счет присоединения к металлу воздуха, находящегося в сосуде. Своими опытами выявил не только сущность процесса горения, но и установил основной закон современной химии - закон сохранения массы вещества (1756г.). Позднее, в 1773г. Лавуазье повторил опыты и показал, что только часть воздуха соединяется с металлом, причем эта часть содержит ~ 20% от объема воздуха, то есть составляет долю кислорода в воздухе. Среди ученых, живших и работавших до начала XX века, наибольший вклад в развитие науки о горении внесли П. Бертело, Р. Бунзен, Р. Бэкон, А. Лавуазье, М. Фарадей, С. Чепмен и другие [9].
В ХХ веке наука о горении и основанные на ней технологии стали быстро развиваться. В 1926г. американский инженер Р. Годдард разработал, испытал и получил патент на первую ракету с жидким топливом. Примерно в это же время в СССР создал и испытал ракетные двигатели на жидком топливе. В 1932г. в Королевым была создана группа специалистов по изучению реактивного движения - ГИРД. В августе 1933г. была запущена первая советская жидкостная ракета ГИРД-09, а в ноябре 1933г. - ГИРД-10. Эти работы были продолжены , и другими учеными уже после войны. В результате этих работ СССР стал пионером в освоении космоса. Бурными темпами наука о горении начала развиваться после Второй мировой войны.
Основополагающий вклад в науку о горении был внесен академиком , который получил Нобелевскую премию по физике за открытие цепных разветвленных реакций, играющих определяющую роль в горении и взрыве. основал Институт химической физики АН СССР, который на протяжении многих лет занимает ведущее положение в области горения. Выдающимся ученым в области горения был академик (трижды Герой Социалистического Труда). Вклад в науку о горении настолько велик, что мировое сообщество по горению учредило золотую медаль его имени за достижения в науке о горении, которая вручается каждые два года на Международных симпозиумах по горению.
На стыке химической кинетики и науки о горении плодотворно работали, -Каменецкий, и многие другие выдающиеся советские ученые. За рубежом наука о горении интенсивно развивается в США, где сложились крупные научные школы исследователей, возглавляемые , Т. Карманом, Б. Льюисом, , М. Саммерфильдом, Г. Эльбе. Из европейских ученых в области физики горения можно отметить М. Баррера, , Луиджи де Лука, и других [9].
Глава 2. Классификация видов горения
2.1 Общие положения
Горение - это химический процесс соединения горючего вещества с окислителем, сопровождающийся интенсивным выделением теплоты и излучением света. Условием возникновения горения является превышение скорости выделения теплоты химической реакцией над скоростью отвода теплоты в окружающую среду. Если это условие обеспечивается, то происходит саморазогрев горючей смеси и скорость реакции увеличивается. И наоборот, превышение скорости отвода теплоты над скоростью ее выделения приводит к затуханию процесса горения.
Различают несколько видов горения:
1) Вспышка - быстрое сгорание горючей смеси без образования повышенного давления газов. 2) Возгорание - возникновения горения от источника зажигания. 3) Воспламенение - возгорание, сопровождающееся появлением пламени. 4) Самовозгорание - горение, возникающее при отсутствии внешнего источника зажигания. 5) Самовоспламенение - самовозгорание, сопровождающееся появлением пламени. 6) Взрыв - чрезвычайно быстрое горение, при котором происходит выделение энергии и образование сжатых газов, способных производить механические разрушения.
Горение газов является в диффузионной, когда кислород проникает в зону горения, так и в кинетической, при однородной горючей смеси области и может носить характер взрывного или детонационного горения. При горении жидкости происходит её испарение и сгорание паровоздушной смеси над поверхностью жидкости. Определяющим является процесс испарения жидкости, который зависит от ее физико-химических свойств, теплового процесса в ней и т. п. Процесс горения паров не отличается от горения газов. Горение твердых веществ - гетерогенно-диффузионное (то есть горение в разных фазах с проникновением - плавление, разложение и испарение с выделением газообразных продуктов, которые образуют с воздухом горючую смесь). Повышенную пожарную опасность имеет пыль. Причем с увеличением дисперсности (это по сути насыщенность, отношение площади поверхности частиц к занимаемому ими объёму) пыли возрастает ее химическая активность, снижается температура самовоспламенения, что повышает ее пожарную опасность. Скорость горения высокодисперсной пыли приближается к скорости горения газа. Взрывоопасной является не только взвешенная, но и осевшая пыль, так как при воспламенении она переходит во взвешенное состояние, что приводит ко вторичным взрывам [10].
2.2 Вспышка
Температура вспышки -- наименьшая температура летучего конденсированного вещества, при которой пары над поверхностью вещества способны вспыхивать в воздухе под воздействием источника зажигания, однако устойчивое горение после удаления источника зажигания не возникает.
Вспышка -- быстрое сгорание смеси паров летучего вещества с воздухом, сопровождающееся кратковременным видимым свечением. Температуру вспышки следует отличать как от температуры воспламенения, при которой горючее вещество способно самостоятельно гореть после прекращения действия источника зажигания, так и от температуры самовоспламенения, при которой для инициирования горения или взрыва не требуется внешний источник зажигания.
По температуре вспышки из группы горючих жидкостей выделяют легковоспламеняющиеся. Легковоспламеняющимися называются горючие жидкости с температурой вспышки не более 61 °C в закрытом тигле (з. т.) или 66 °C в открытом тигле (о. т.). Жидкости с температурой вспышки не более 28 °C называют особо опасными.
Для определения температуры вспышки применяются расчётные или экспериментальные методы. Как правило, при отсутствии указания на метод измерения используется метод Пенского -- Мартенса.
Для каждой горючей жидкости можно определить давление насыщенных паров. С повышением температуры оно растёт, таким образом, количество горючего вещества на единицу объёма воздуха над жидкостью также растёт с ростом температуры. При достижении температуры вспышки содержание горючего вещества в воздухе становится достаточным для поддержания горения. Достижение равновесия между паром и жидкостью требует, однако, некоторого времени, определяемого скоростью образования паров. При температуре вспышки скорость образования паров ниже, чем скорость их горения, поэтому устойчивое горение возможно лишь при достижении температуры воспламенения.
Из-за сложностей прямого измерения температуры вспышки газов и паров, за неё принимают минимальную температуру стенки реакционного сосуда, при которой наблюдают вспышку. Эта температура зависит от условий тепломассообмена как внутри реакционного сосуда, так и самого сосуда с окружающей средой, объёма смеси, а также каталитической активности стенки сосуда и ряда других параметров.
Показатель применяется для определения допустимой температуры нагревания горючих веществ при различных условиях хранения и перевозки. Наиболее известным способом измерения температуры вспышки является определение в закрытом тигле по методу Пенского -- Мартенса ASTM D93, ГОСТ 6356. Для температур ниже 20-50 градусов Цельсия используют другие методы.