Данная статья предназначена для общего ознакомления с процессом горения. Основное внимание будет уделено разнообразию видов данного явления. В частности, мы остановимся на ламинарном, турбулентном, гетерогенном и других видах горения. Отдельно поговорим о пожаре.
Введение
Прежде чем начать говорить об основной теме статьи, о видах горения, давайте ознакомимся с определением термина.
Горение – это процесс химико-физического характера; сложное явление по превращению веществ, что являются изначальными участниками экзотермической реакции, в продукт сгорания. Сопровождается относительно большим и интенсивным выделением теплоты. Химическая энергия, сохраненная в виде запаса и пребывающая в компонентах исходных смесей, может также выводиться и принимать форму излучения тепла и/или света. Светящую зону именуют фронтом или пламенем.
Химические реакции сгорания чаще всего «двигаются» по механизму разветвленно-цепного типа с постоянным прогрессированием самоускорения. Последнее происходит благодаря выделению тепла в реакции. В отличие от иных видов окислительных и восстановительных реакций, горение обладает большим тепловым эффектом, а энергетический потенциал активации обуславливает большую зависимость между скоростью реакции и температурой. Для начала протекания данного явления необходимо наличие инициатора. Человечество использует потенциал данного процесса и все его виды. Котлы длительного горения, ракетные и автомобильные двигатели, различные горелки и многое другое стало возможным именно благодаря исследованию и изучению горения.
Классификация
Виды горения классифицируются по разным признакам. Например, определение типа процесса зависит от скорости, с которой двигается смесь горения. Такое различие позволяет выделять медленные (дефлаграцию) и детонационные виды горения. Волны первого вида способны распространяться с дозвуковой скоростью, а химическая реакция поддерживается при помощи нагрева реагентов, которые образуют ударную волну. Нагревание, в свою очередь, отвечает за движение волны от источника (ее распространение). Медленное горение бывает ламинарным и турбулентным. Детонация всегда происходит в турбулентной форме. Виды горения газов, твердых веществ и жидкостей могут обладать некоторыми особенностями протекания процесса. Однако это не является важным фактором, определяющим условия их классификации.
Пламя
Виды горения и условия горения обуславливают множество различных видов основного объекта этой статьи. Человек использует их в зависимости от сферы деятельности, начиная от быта и заканчивая проектировкой космических ракет.
Пламя – часть процесса горения. Однако важно помнить, что на фоне ламинарного или турбулентного г-ния, тления и т. д., оно является, скорее, описанием определенного участка огня. Пламенем обозначают светящуюся зону, образованную в ходе г-ния. Горение природного газа может обуславливать нагревание температуры в воздухе до двух тысяч Кельвинов.
Пламя, образованное сгоранием углеродного топлива, способно проявлять взаимодействие с электромагнитными полями. Это говорит о наличии заряженных частиц. Фактически доказано, что пламя может обладать «поведением» слабоионизированной плазмы. Явление, отвечающее за генерацию ионов, называют хемоионизацией.
Ламинарная форма горения
Говоря о видах горения, следует упомянуть о понятии ламинарного г-ния. Оно наблюдаемо в случае небольшой скорости течения смеси. Таким способом сгорает свеча, и работают газовые плиты при небольшом расходе топлива. Однако газ при этом является перемешанным с другими веществами, что вызывает постоянное движение фронта пламени относительно исходных смесей с конкретно заданными условиями скорости, которая, в свою очередь, зависит от показателей температуры, давления, а также реагентов реакции. Условия зажигания здесь роли не играют.
Турбулентная форма горения
Турбулентное г-ние – это «работа» над смесью, которую можно определять как турбулентную. Данная реакция является самой сложной для изучения, а также она крайне часто встречается в практических механизмах и устройствах. На сегодняшний день не существует законченной теории турбулентного горения, которая в полной мере способна была бы описать данный процесс.
Существует немало проблем, связанных с исследованием турбулентного горения. Например, взаимное влияние горения на турбулентность и наоборот приводит к тому, что процесс г-ния может как интенсифицироваться благодаря тепловыделению (сверх нормы), так и уменьшаться. Последнее обуславливается увеличением вязкости с ростом температуры.
Гетерогенное сгорание
Еще одним видом горения веществ является гетерогенная реакция. Эти процессы являются противоположными гомогенным. Такое горение происходит в гетерогенной системе, то есть системе, содержащей более 1-й фазы (примером служат газ и жидкость). Также сюда включают процессы, протекающие в условиях границы фазового разделения. Очень часто под гетерогенным горением подразумевают химическую реакцию, в ходе которой ее реагент (топливо) испаряется, а процесс происходит в разных газовых фазах. Примером может послужить сгорание угля на воздухе. Здесь углерод способен реагировать с молекулами кислорода и образовывать угарный газ, который, в свою очередь, может догореть в газовой фазе и обусловить создание углекислого газа. Существует несколько типов гетерогенного горения, которые могут отличаться по механизму.
Особые виды
Тление – особая форма медленного сгорания. Она поддерживаться благодаря выделяющемуся теплу в реакции молекул O2 с горячим конденсированным веществом. Реакция происходит на поверхности реагента и аккумулируется в фазе конденсации.
Твердофазным г-нием называются процессы, протекающие в порошках неорганической и органической природы. Эти явления относятся к автоволновым и экзотермическим. Они не сопровождаются заметным выделением газов.
Сгорание в пористых средах характеризуется тем, что сама среда, например керамическая матрица, нагревается благодаря расходу на это определенной части тепла. В свою очередь, матрицей подогревается исходная смесь. Здесь продукт рекуперируется.
Также существует беспламенное горение.
«Пожар!»
К видам горения часто причисляют пожар.
Пожар – это процесс, который человек не контролирует. Он не является видом горения, но тем не менее, пожар причиняет много материального ущерба, а также чрезвычайно опасен для жизни животных, включая человека. В ходе открытия и изучения огня и его свойств проблема пожара стала относительно часто встречаться в жизни людей. Среди методов борьбы главными по сей день остаются профилактические меры и непосредственная защита. Последнюю функцию выполняют отряды оперативного реагирования – пожарные службы. Существует множество особых оповещателей. Вызвать эти службы можно набрав телефон 101. Помимо основного номера, с 2013 года был добавлен также звонок на линию «112». Чаще всего для борьбы с пожарами используют воду, песок, огнетушитель, брезенты и асбестовые материалы.
