Основы теории горения и взрыва

Размещено на http://www.allbest.ru/

Основы теории горения и взрыва

В своём реферате я расскажу подробную теорию из физики о том, как возникает и протекает горение древесины, и какие процессы при этом происходят. Также я рассмотрю теорию о взрыве и то, чем он отличается от горения с пламенем. Моя цель работы - разобраться в механизме горения. Мои задачи реферата: понять то, как и какие стадии проходят для самовозгорания древесины, что при этом происходит (какие процессы), понять, как температура зависит от скорости горения или наоборот, выяснить, почему при тлении древесины не возникает огня, как между собой соотносятся тепловая энергия, выделенная в результате горения и первичной энергией, затраченной на горение. Затем я попытаюсь разобраться, чем отличается взрыв от нормального горения и почему в некоторых случаях происходит обычное горение, а в некоторых - взрыв.

Когда-то давно люди считали огонь элементом. Но к 1660 году физики стали активно исследовать процесс горения и сам огонь, после чего это предположение было отвергнуто. горение древесина взрыв пламя

На сегодняшний день все вещества делятся на 2 группы:органические и неорганические. В неоганической химии вещества делятся на 3 вида агрегатных состояний: твёрдое, жидкое и газообразное. У твёрдого вещества есть свои признаки, например, у твёрдых веществ есть свой объём, форма, а при достижении определённой температуры тело начинает плавиться и переходить в жидкое состояние. Жидкое вещество всегда приобретает форму сосуда, в котором оно находится, обычно у него есть объём и при нагревании жидкие вещества испаряются и переходят в газообразное состояние. У газообразных веществ есть объём, но нет формы.

Органическая химия же изучает соединения углерода с другими веществами (органические соединения). При нагревании органических веществ они не плавятся. Древесина - органическое вещество, следовательно, она не изменяет своё агрегатное состояние, а только обугливается. Преобразование твёрдого вещества в жидкое характерно только для неорганических веществ, например, для железа. При достижении определённой температуры он преобразуется в жидкое состояние. Теперь рассмотрим более подробно горение органических веществ. К примеру, возьмём древесину. При нагревании она не плавиться, т.к. в её состав входит углекислый газ, а значит, что при поджигании древесины происходит лишь процесс окисление, т.е. выделяется углекислый газ, а сама древесина преобразуется в уголь. Также при нагевании древесины выделяет тепло, энегию, газы и пары. Весь процесс горения делится на 4 стадии : нагревание, воспламенение, горение и затем тление.

Рассмотрим детально каждую стадию.

Вначале происходит окисление, т.е. нагревание древесины до температуры воспламенения, но это возможно только в том случае, если все условия горения древесины присутствуют, а именно: наличие кислорода, древесины, фактор, при помощи которого можно поджечь древесину. Затем происходит воспламенение, возникает огонь, с помощью которого древесина отдаёт тепло. Температура воспламенения, т. е. момент вспышки горючих газов для различных пород древесины колеблется в сравнительно небольших пределах - от 250 до 300°С. Древесина загорается быстрее, если у неё поверхность не идеально гладкая, потому что щепки загораются быстрее. Так же, чем легче древесина(т. е. чем меньше её плотность), тем она тоже быстрее загорается. Если же в древесине повышена влажность, то разгораться она будет дольше, т.к. потребуется время для того, чтобы вся влага испарилась. Наличие дыма при нагревании говорит лишь том, что поверхность древесины уже достаточно прогрелась, и началось ее термическое разложение на газообразные составляющие. Белый дым - это не что иное, как продукты термического разложения древесины, смешенные с паром.

Всё тепло передаётся конвективным методом-нагретый воздух передаёт своё тепло холодной повехности, а затем тепло передаётся по всему объёму дерева. В этом поцессе также важна адсорбционная способность материала.

Адсорбция- поверхностное поглощение какого-либо вещества из газообразной среды или раствора поверхностным слоем другого вещества - жидкости или твердого тела. Адсорбция делится на химическую и физическую. При химической адсорбции захваченные частицы превращаются в химические соединения адсорбата и адсобрента, а при физической частицы сохраняют свои свойста.

Q=б(t?-tп)

где б-коэффициент теплоотдачи, tп- температура поверхности.

Самовозгорание представляет собой процесс низкотемпературного окисления дисперсных материалов, заканчивающийся тлением или пламенным горением. Склонность к самовозгоранию веществ определяется ком-плексом их физико-химических свойств: теплотой сгорания, теплоемкостью, теплопроводностью, удельной поверхностью, объемной плотностью и усло-виями теплообмена с внешней средой. Чем больше тело, тем быстрее и легче происходят нагревание и самовоспламенение.

Самовозгорание можно разделить на 2 механизма: тепловое и микробиологическое.

Тепловое самовозгорание заключается в следующем - многие тела взаимодействуют с воздухом ещё при низкой температуре. Если они могут накапливать тепло внутри, то со веменем температура тела поднимается, и в результате оно самовозгорает. Таким образом, самовозгорание- физико-химический процесс, скорость которого зависит от скорости обмена кислорода с поверхностью тела и интенсивности теплообмена тела и воздуха.

Попадая сквозь частицы, воздух адсорбцирует с телом, что и взывает повшение темпеатуры внутри тела. Значит, для самовозгорания важна пористость тела и его адсорбционная способность материала.

Саморазгрев тела неоднороден. А значит, что сначала у тела загорается внутренняя часть. Когда она обугливается, снаружи тело оставляет свой прежний вид. Затем на углях начинается обугливание, которое вызывает пламенное горение. Продуктом самовозгорания органических веществ является обугливание, значит, стоит обратить внимание на особенности возгорания угля.

Значительную роль при этом играет способность угля адсорбировать пары из окружающей среды. При этом уголь может нагеться от 650 до 750. Например, при адсорбировании 0,01 г Н2О выделится 22,6 Дж тепловой энергии. Ускорению процесса самовозгорания способствует накопление тепла, развитая поверхность, легкая воспламеняемость и повышение температуры. Так же характерно наличие примесей в веществе.

К микробиологическому самовозгоранию склонны, главным образом, материалы растительного происхождения. Они служат питательной средой для бактерий и грибов. В начальной стадии самовозгорания угля существенны как адсорбция, так и примеси и микроорганизмы.

Способность взрываться и гореть при контакте с водой, кислородом воздуха и другими окислителями характеризует особую опасность веществ, называемую пирофорностью. Эта способность характена для веществ, способных самовозгораться при температуре ниже окружающей среды.

Сам процесс горения всегда сопровождается выделением различных газов, паров и энегией в форме тпела и света. Рассмотрим более подробно, какие горючие газы выделяются при процессе горения. Прежде всего выделяются углекислый газ и угарный газ. Так же вместе с этими газами выделяется вода в виде пара. Вместе они и образуют пламя.

Вид горения, при котором пламя не образуется, а зона горения медленно распространяется по материалу. Тление обычно наблюдается у пористых или волокнистых материалов с высоким содержанием воздуха или пропитанных окислителями.

Чем лучше аккумуляция вещества, тем при более низкой температуре происходит самовоспламенение. В результате всё тепло скапливается внутри тела, а затем загорается.

Но со временем количество кислорода становится меньше и пламя начинает потухать. Когда пламя полностью потухло, начинается процесс тления, при котором происходит процесс поступления воздуха в древесину. Тление- медленный процесс окисления, сопровождающийся довольно низкими температурами. В режиме тления ведущим процессом будет являться горение твёрдых продуктов пиролиза, но при этом пламя присутствовать не будет, т.к. не хватает тепла, чтобы испаряющиеся горючие газы воспламенились. В результате, при тлении происходит выделение в воздух испарений углеводородов (в том числе смол) и несколько меньше, чем при горении с пламенем образование оксидов. Само тление происходит в конце процесса сгорания древесины, потому что оно может происходить только при недостаточном количестве кислорода, значит, при воспламенении и горении древесина поглащает большую часть воздуха вокруг себя, тем самым обугливается внутри, а когда обуглится всесь материал, то угли начинают тлеть.

Пиролиз - разложение органических и многих неорганических соединений. А пиролиз древесины- разложение древесины и её органических веществ при температуре 4500 без проникновения воздуха с образованием жидких и газообразных веществ.

Если рассмотреть горение древесины, то это будет выглядеть так:

1- Фронт пламени;

2- твёрдая древесина;

3- пламя ; горение разных веществ из древесины(например, вода).

При горении любых веществ образуется углекислый газ, т.к. горение - процесс окисления. Так же, при горении древесины выделяется энергия. Энергия выделяется из древесины в виде тепла и света.

КПД горения - это соотношение между тепловой энергией, выделенной в результате горения и первичной энергией, затраченной на горение.

µ=энергия, выделенная при горении/затраченная первичная энергия*100%.

Первичная энергия равняется количеству использованного топлива, умноженное на его теплотворную способность. Разница между затраченной первичной энергией и энергией, полученной при горении равна тепловой энергии, содержащейся в дымовых газах.

Скорость горения зависит от температуры (конечно, еще и от наличия кислорода), чем выше скорость горения тем больше тепла выделяется, тем больше температура меняется. Получается обратная связь: температура влияет на скорость - скорость вляет на температуру. В результате в некоторых случаях происходит загорание, в некоторых огонь потухает, в некоторых происходит взрыв.

Взрыв - физико-химическое превращение вещества, сопровождающееся быстрым переходом его энергии в энергию сжатия, перемещения исходных веществ и звуковой волной. Взрыв состоит из трех стадий:

1) превращение химической энергии реакции в тепловую энергию;

2) превращение тепловой энергии в энергию сильно сжатого газа;

3) распространение сжатого газа в виде ударной волны.

Основными условиями протекания химической реакции в виде взрыва являются:

1. Экзотермичность. Она обусловлена тем, что прочность связей между атомами в продуктах реакции намного выше, чем в исходных веществах, поэтому «лишняя» энергия высвобождается. При эндотермических реакциях же взрыва не происходит.

2. Образовние газов. При образовании газов автоматически повышается давление. Так же газы имеют очень большой коэффициент объемного рас-ширения при нагреве. Без наличия газов будет происходить только разогрев вещества.

При горении древесины не происходит взрыв, т.к. давление не настолько сильно повышается, потому что из неё выделяется не очнь много газов. Но всё в дереве имеются мельчайшие клетки, часть которых имеет жидкое содержание. При горении жидкость эта превращается в пар, под давлением которого эти клетки лопаются. Масса таких мелких взрывов производит треск и шипении горящих дров. Перегрев воды и низкомолекулярных веществ (растворов) приводит к разрушению (взрыву) волокон древесины, что и вызывает такой звук. При химическом взрыве, кроме газов, могут образовываться и твёрдые высокодисперсные частицы, взвесь которых называют продуктами взрыва.

Единого мнения о том, какие именно химические процессы следует считать взрывом, не существует. Это связано с тем, что высокоскоростные процессы могут протекать в видедетонации или дефлаграции (горения).

Детонация отличается от горения тем, что химические реакции и процесс выделения энергии идут с образованием ударной волны в реагирующем веществе, и вовлечение новых порций взрывчатого вещества в химическую реакцию происходит на фронте ударной волны, а не путём теплопроводности и диффузии, как при горении. Как правило, скорость детонации выше скорости горения, однако это не является абсолютным правилом. Различие механизмов передачи энергии и вещества влияют на скорость протекания процессов и на результаты их действия на окружающую среду, однако на практике наблюдаются самые различные сочетания этих процессов и переходы детонации в горение и обратно. В связи с этим обычно к химическим взрывам относят различные быстропротекающие процессы без уточнения их характера.

В заключении могу сказать, что я справилась со своими задачами и целью. Я рассмотрела подробно каждую стадию горения и то, чем отличаются тление и горение с пламенем друг от друга, также разобралась с КПД горения: как между собой соотносятся тепловая энергия, выделенная в результате горения с первичной энергией, затраченной на горение. Я разобралась, как температура и скорость горения зависят друг от друга, и при каких условиях может возникнуть взрыв.

Список литературы

1. «Теоретические основы горения и взрыва». Курс лекций для специальностей: - «Безопасность труда и жизнедеятельности», - «Безопасность жизнедеятельности», - «Защита в чрезвычайных ситуациях», - «Безопасность жизнедеятельности и защита окружающей среды» / В.И.Говоров, В.М.Плотников, Е.В.Каратай - г.Темиртау: КГИУ, 2007 г. - 89 стр.

Интернет-источники:

2. Википедия.//www.wikipedia.ru.

Размещено на Allbest.ru