Дефлаграция

редактировать

Дрова в камине.

Дефлаграция (лат. De + flagrare, «сжечь») - это дозвуковое горение, распространяющееся через теплопередача ; горячий горящий материал нагревает следующий слой холодного материала и поджигает его. Большинство «пожаров », встречающихся в повседневной жизни, от пламени до взрывов, таких как черный порох, являются дефлаграционными. Это отличается от детонации, которая распространяется сверхзвуком через ударные волны, чрезвычайно быстро разлагая вещество.

Содержание

1 Приложения
2 Огонь масла / парафина и вода
3 Физика пламени
4 Повреждающие события
5 См. Также
6 Ссылки

Приложения

В инженерном деле сгорание легче контролировать, чем взрывы. Следовательно, они лучше подходят, когда целью является перемещение объекта (пуля в огнестрельном оружии или поршень в двигателе внутреннего сгорания ) с силой расширяющегося газа. Типичными примерами воспламенения являются горение газо-воздушной смеси в газовой плите или топливно-воздушной смеси в двигателе внутреннего сгорания, а также быстрое горение пороха в огнестрельном оружии. или пиротехнических смесей в фейерверках. Системы и продукты дефлаграции также могут быть использованы в горнодобывающей промышленности, сносе и разработке каменных карьеров путем взрыва газа под давлением в качестве выгодной альтернативы бризантным взрывчатым веществам.

Огонь и вода масла / парафина

Результат добавления 200 мл воды к литру горящего масла

Добавление воды к горящему углеводороду, например нефти или воску, дает кипение, при котором вода быстро вскипает и выбрасывает материал в виде мелких брызг капель. Затем происходит дефлаграция, поскольку капли воспламеняются и очень быстро сгорают. Это особенно часто встречается при возгорании сковороды, которые являются причиной каждого пятого возгорания в Великобритании.

Физика пламени

Основное пламя физика можно понять с помощью идеализированной модели, состоящей из однородной одномерной трубки несгоревшего и сгоревшего газового топлива, разделенной тонкой переходной областью шириной $δ {\ displaystyle \ delta \;}$ $\ delta \ ;$ , в котором происходит горение. Область горения обычно называют пламенем или фронтом пламени. В равновесии тепловая диффузия через фронт пламени уравновешивается теплом, выделяемым при горении.

Здесь важны две характерные шкалы времени. Первый - это шкала времени термодиффузии $τ d {\ displaystyle \ tau _ {d} \;}$ $\ tau_d \;$ , которая приблизительно равна

τ d ≃ δ 2 / κ {\ displaystyle \ tau _ {d} \ simeq \ delta ^ {2} / \ kappa}

\ tau_d \ simeq \ delta ^ 2 / \ kappa

, где $κ {\ displaystyle \ kappa \;}$ $\ kappa \;$ - это температуропроводность. Второй - это шкала времени горения $τ b {\ displaystyle \ tau _ {b}}$ $\tau_b$ , которая сильно уменьшается с температурой, обычно как

τ b ∝ exp ⁡ [ Δ U / (k BT f)] {\ displaystyle \ tau _ {b} \ propto \ exp [\ Delta U / (k_ {B} T_ {f})]}

\ tau_b \ propto \ exp [\ Delta U / (k_B T_f)]

где $Δ U {\ displaystyle \ Delta U \;}$ $\ Delta U \;$ - это барьер активации для реакции горения, а $T f {\ displaystyle T_ {f} \;}$ $T_f \;$ - температура, возникающая в результате горения; значение этой так называемой «температуры пламени» можно определить по законам термодинамики.

Для неподвижного движущегося фронта горения эти две шкалы времени должны быть равны: тепло, выделяемое при горении, равно теплу, уносимому при теплопередаче. Это позволяет вычислить характеристическую ширину $δ {\ displaystyle \ delta \;}$ $\delta\;$ фронта пламени:

τ b = τ d {\ displaystyle \ tau _ {b} = \ tau _ {d} \;}

\ tau_b = \ tau_d \;

таким образом,

δ ≃ κ τ b {\ displaystyle \ delta \ simeq {\ sqrt {\ kappa \ tau _ {b}}}}

\ delta \ simeq \ sqrt { \ kappa \ tau_b}

Теперь термический фронт пламени распространяется с характерной скоростью $S l {\ displaystyle S_ {l} \;}$ $S_l \;$ , которая просто равна ширине пламени, деленной на время горения:

S l ≃ δ / τ б ≃ κ / τ b {\ displaystyle S_ {l} \ simeq \ delta / \ tau _ {b} \ simeq {\ sqrt {\ kappa / \ tau _ {b}}}}

S_l \ simeq \ delta / \ tau_b \ simeq \ sqrt {\ kappa / \ tau_b}

Эта упрощенная модель не учитывает изменение температуры и, следовательно, скорость горения на фронте дефлаграции. Эта модель также не учитывает возможное влияние турбулентности. В результате этот вывод дает только скорость ламинарного пламени - отсюда обозначение $S l {\ displaystyle S_ {l} \;}$ $S_l \;$ .

Повреждающие события

Повреждение здания, оборудование и люди могут возникнуть в результате кратковременной крупномасштабной дефлаграции. Потенциальный ущерб в первую очередь зависит от общего количества топлива, сожженного в данном случае (общая доступная энергия), максимальной скорости пламени, которая достигается, и от того, каким образом сдерживается расширение дымовых газов.

При дефлаграции на открытом воздухе наблюдается непрерывное изменение эффектов дефлаграции относительно максимальной скорости пламени. Когда скорость пламени низкая, дефлаграция приводит к выделению тепла. Некоторые авторы используют термин вспышка огня для описания этих низкоскоростных дефлаграций. При скоростях пламени, близких к скорости звука, высвобождаемая энергия имеет форму давления, и результаты напоминают детонацию. Между этими крайними значениями генерируются как тепло, так и давление.

Когда низкоскоростное горение происходит внутри закрытого сосуда или конструкции, воздействие давления может вызвать повреждение из-за расширения газов в качестве вторичного эффекта. Тепло, выделяемое при дефлаграции, вызывает термическое расширение дымовых газов и избыточного воздуха. Конечный результат состоит в том, что объем сосуда или конструкции должен расширяться, чтобы вместить горячие дымовые газы, или сосуд должен быть достаточно прочным, чтобы выдерживать дополнительное внутреннее давление, или он выходит из строя, позволяя газам уйти. Риск возгорания внутри бочек для хранения отходов вызывает все большую озабоченность в хранилищах.

См. Также

Найдите дефлаграция в Викисловаре, бесплатном словаре.

Ссылки