Наука о горении

Размещено на http://www.allbest.ru/

Наука о горении

горение пламя газодинамика гетерогенный

История горения - это фактически история зарождения и развития жизни на земле.

Как и любой физико-химический процесс, горение и его распространение зависят от многих факторов и определяется внешними и внутренними условиями, имеет свои особенности зарождения и границы распространения.

Наряду с развитием общества шло и дальнейшее укрощение огня.

Горение все чаще наряду с функцией разрушения стало принимать на себе функции созидания(осветители, металлургия, тепловые электростанции, двигательные установки паровозов и теплоходов, двигателей внутреннего сгорания и т.д.). На его основе возникли новые отрасли хозяйства, например самораспространяющийся высокотемпературный синтез, мирное освоение космоса, горнорудная промышленность, разведка запасов полезных ископаемых, нетрадиционные методы получения новых веществ, эффективные способы обработки материалов, фейерверочные композиции, синтез алмазов, взрывные способы прокладки дорог, создание дамб и озер и т.д.

Огонь из «разрушителя» постепенно превратился в «созидателя».

Все это кардинально изменило подход к горению и потребовало детального изучения механизма и характерных особенностей горения. Возникла наука о горении и взрыве, позволяющая понять механизм, основные принципы возникновения и развития процесса горения и его прекращения.

Теория горения, как и любая другая наука, в своем развитии претерпевала много изменений и дополнений. Это естественный процесс, и авторы не ставят своей целью подробно рассматривать весь путь ее становления. Наверное можно только сказать, что наиболее активная фаза ее развития относится к XIX -XX векам.

В этот период создавалась и отечественная школа горения, во главе которой стояли выдающиеся ученые - академики Н.Н.Семенов, Я.Б.Зельдович, Ю.Б.Харитон, Д.А.Франк-Каменецкий, А.Ф.Беляев, П.Ф.Похил, К.К.Андреев, В.Н.Кондратьев, Б.П.Жуков и др. (см.фото) Их фундаментальные исследования в области кинетики горения и взрыва стали классическими и признаны всей мировой научной общественностью.

Теория самовоспламенения Н.Н.Семенова, основоположника науки «химическая кинетика», базирующаяся на законах тепловыделения и теплопередачи, открыла пути решения многих практических задач по обеспечению безопасности использования горючих материалов.

Классические работы Д. А. Франк-Каменецкого по теории теплового взрыва, посвященные макрокинетике химических реакций в реальных условиях, в сочетании с физическими законами тепло - и массопереноса, имеют фундаментальное значение Здесь произошел синтез химической кинетики, теплопередачи и диффузии

Режим гетерогенной экзотермической реакции воспламенения и потухания сформулировали Я.Б.Зельдович и Д.А.Франк-Каменецкий.

Теория теплового взрыва широко используется для исследования кинетических характеристик энергетических веществ, явлений, аналогичных тепловому взрыву при горении, проб диэлектриков, электрических и оптических разрядов, порошковой металлургии (спекание порошков металлов), механики течения полимеров.

Выводы теории теплового взрыва способствовали становлению теории катастроф

Теория горения и распространения газового пламени, созданная академиком А.Б.Зельдовичем (Б.Льюис и Г.Эльбе,С.М. Когарко), базирующаяся на кинетике высокотемпературных реакций (закон Аррениуса) и особенностях теплового баланса с внешней средой позволили оценить тепловой эффект, скорость распространения и последствия горения.

Профессор А.Ф. Беляев сделал фундаментальное открытие в горении конденсированных летучих энергетических веществ через образование жидкой фазы и испарение. Это легло в основу теории горения конденсированных летучих веществ (жидких и твердых) академика Я.Б.Зельдовича.

Механизм горения обычных ЭКС (А.Ф.Беляев, П.Ф.Похил, Б.П.Жуков) позволил сделать вывод о том, что высокотемпературная реакция в волне горения начинается уже в твердом веществе (конденсированной фазе) и сопровождается диспергированием конденсированного вещества в зону газового пламени, расширяя и усложняя структуру волны тепловыделения (горения).

Ю.Б.Харитоном сформулирован критерий взрывоопасности веществ, т.е. дано определение критическому диаметру детонации взрывчатых веществ, который позволяет заранее прогнозировать условия эффективности использования и «безопасности» взрывчатых веществ.

Однако, чисто тепловой и чисто диффузионный механизмы распространения пламени - идеализированные предельные случаи. Реальная ситуация значительно сложнее. Наряду с диффузией и теплопередачей важным фактором в механизме распространения пламени является газодинамика горения. Турбулизация газа является решающей при возникновении детонации (механизм обратной связи по К.И.Щелкину). Спираль Щелкина-Трошина позволила расширить наши понятия об «интимной» структуре детонационной волны, о переходе горения в детонацию в газах.

Одновременно с классическими работами по стационарному горению активно изучаются процессы нестационарного горения, механизм горения пористых систем и переход горения в детонацию. Наряду с диффузией и теплопроводностью для этих процессов необходим учет фильтрации высокотемпературных продуктов реакции в конденсированную фазу по законам фильтрации. .

Вновь создаваемые материалы и нетрадиционные направления их использования наряду с развитием общей теории горения способствуют появлению новых научных направлений в горении.

Новые аспекты высокотемпературной деструкции и горения возникают при нагреве полимерных материалов.

Механизм горения металлов, рассматривается, как пример гетерогенного горения диспергируемых материалов, с учетом специфики явления агломерации.

Применение положений нетрадиционной геометрии фракталов и теории перколяции к горению расширяет наше понимание механизма горения гетерогенных ЭКС и методов их глубокого регулирования.

Перевод смесевых ЭКС на наноразмерныекомпаненты открывает возможности повышения их энергомассовых и внутрибаллистических характеристик, приближает их к горению гомогенных ЭКС

Существенно развиты теоретические и физические аспекты чувствительности ЭКС к механическим воздействиям.

«Очаговое горение» с его специфическими особенностями находит эффективное применение в медицине, биологии, химии, синтезе новых материалов и т.д.

Важным аспектом теории и механизма горения является обратная задача по отношению к применению и повышению эффективности использования горения. Это борьба с несанкционированным возникновением и распространением очагов горения, борьба с пожарами и взрывами, разработка эффективных и нетрадиционных способов борьбы с пожарами. Здесь используются все достижения науки о горении по всем ее направлениям.

Основы фильтрационного горения привлекаются для анализа и разработки мер борьбы с горением торфяников и дисперсных материалов при хранении и транспортировке.

На основе особенностей механизма горения газов разработаны «беспламенные» ИК-горелки ,которые позволяют обеспечить кинетическую полноту сгорания. Горелки обладают высокой пожаробезопасностью, высокими экологическими характеристиками и экономичностью.

Активное применение достижений науки горения и ее дальнейшее развитие позволяет во многом сохранить народнохозяйственный потенциал Горение встало на службу борьбы с огнем.

Размещено на Allbest.ru