Рощина Г.С

Теория горения и взрыва

В основе пожаров и большинства взрывов лежат процессы горения. И знание теоретических основ возникновения и протекания процессов воспла-менения, горения и взрыва позволит Вам:

- во-первых, прогнозировать вероятность возникновения пожара и взрыва в конкретных производственных условиях или ЧС;

- во-вторых, определять пожаро- и взрывоопасность веществ, техноло-гических процессов и промышленных производств;

- в-третьих, применять правильные меры, методы и средства защиты от взрывов и тушения пожаров.

Следует подчеркнуть, что практические решения по обеспечению по-жаро- и взрывобезопасности на основе знания курса ТГВ будут изучаться Вами в дисциплине «Пожаровзрывобезопасность».

Таким образом, цель курса ТГВ – изучить научные, теоретические ос-новы процессов воспламенения, горения и взрыва веществ и методов подав-ления взрывов и тушения пожаров.

Что такое горение, пожар, взрыв? Горением называется быстро проте-кающая химическая реакция, которая сопровождается выделением тепла и свечением (пламенем). Пламя – это светящиеся продукты горения. Выде-лившееся тепло раскаляет продукты горения, и они светятся.

К горению способны вещества в любом агрегатном состоянии: газа, жидкости или твердого тела. Газы – это вещества, не имеющие ни объема, ни формы. Жидкости имеют объем, но не имеют форму. Твердые вещества имеют и объем и форму.

Пожаром называется неконтролируемое горение вне специального очага, наносящее материальный ущерб.

Взрыв – это крайне быстрое химическое или физическое превращение вещества, сопровождающееся выделением большого количества газов, теп-ловой энергии и, как следствие, резким повышением давления и возникнове-нием ударной (взрывной) волны, что приводит в итоге к пожарам, разруше-ниям и травмам людей.

Различают физический, химический и ядерный взрывы, исходя из про-цессов, которые вызывают взрыв.

Физический взрыв происходит при быстром переходе вещества из од-ного состояния в другое. Например: взрыв парового котла, когда перегретая жидкая вода мгновенно превращается в пар, или взрыв баллона, когда силь-но сжатый негорючий газ мгновенно сбрасывает давление.

Химический взрыв – это химическое превращение веществ при горе-нии, когда в закрытых аппаратах или помещениях воспламеняется смесь го-рючего вещества и окислителя. Чаще всего окислителем служит кислород воздуха.

Ядерный взрыв – это мгновенное высвобождение атомной энергии радиоактивных веществ.

Мы в нашем курсе будем рассматривать только процессы, происходя-щие при химическом взрыве, т.е. горении.

Теория горения и взрыва основана на законах физики, химии, химиче-ской термодинамики, физической химии.

Фундаментальной базой ТГВ является молекулярно-кинетическая тео-рия газов, потому что горение газов, жидкостей и большинства твердых ве-ществ протекает в газовой фазе. А молекулярно-кинетическая теория позво-лит представить физический смысл явлений в газах с точки зрения атомно-молекулярной теории строения веществ с помощью движения газовых час-тиц. Согласно этой теории молекулы газа находятся в постоянном движении. Каждая частица обладает определенной кинетической энергией, которая и определяет взаимосвязь температуры, объема, давления, массы газов и др.

Теория – в переводе с греческого означает «исследование, наблюде-ние». Это система логических научных обобщений опыта, который люди пы-таются отражать объективные закономерности развития природы.

Основой любой науки является опыт, эксперимент. На основе обобще-ния полученных данных находят закономерность, которую называют прави-лом, принципом, законом. А установленную закономерность объясняет тео-рия, которая отвечает на вопрос: «Почему это так происходит?».

Таким образом, теория абстрактно выражает внутреннюю сущность за-кономерностей и явлений и объясняет их. Надо только помнить, что теория оправдывается лишь в рамках условий, в которых проводились опыты. Мож-но, и всегда делаются попытки распространить теорию на более широкую область применения, но тогда это должно быть подтверждено практикой.

Сущность теории объясняется чаще всего с помощью моделей. Модели бывают физические, химические и математические.

Физические модели, например, объясняют строение кристаллических решеток, или молекул с помощью шаров.

Химические модели, например, объясняют состав и взаимосвязь моле-кул с помощью химических формул:

Вода: H₂O, или H-O-H, но не H-H-O;

Перекись водорода: H₂O₂, или H-O-O-H;

Бензол: C₆H₆, или Полиэтилен: n(СН₂), или

т.е. только такой структурной формулой объясняется строение молекулы во-ды или бензола. При этом черточки означают химические связи (валент-ность) между атомами.

Другой пример: химическая модель горения водорода в виде химиче-ских уравнений: 2H₂+O₂=2H₂O в соответствии с законом сохранения материи (атомов).

Математические модели с помощью математических уравнений. И чаще всего математическое объяснение внутренних аналогий с помощью уравнений и называют теорией.

Например: экспериментаторы выявили в опытах закономерность изменения давления какого-то газа от его объема в замкнутом сосуде и построили графическую зависимость:

Рис. 1. Зависимость изменения давления газа от его объема в замкнутом сосуде.

Графическая зависимость может быть выражена прямой линией, пара-болой, гиперболой, экспонентой, которые описываются математически в ви-де уравнений.

В нашем случае после математической обработки получаем закон Бой-ля-Мариотта:

PV=const (1.1)

т.е. при неизменных температуре (Т) и массе вещества (М) произведение давления (Р) на объем есть постоянная величина.

Кстати, это один из основных законов молекулярно-кинетической энер-гии газов.