Что такое процесс горения?
Овладение огнем было первым шагом человека на пути к цивилизации. Шаг этот был, надо сказать, гигантским. Он навсегда отделил предков человека от прочих представителей животного мира. Ведь все живые существа, кроме человека, боятся огня и убегают от него. Человек же научился использовать процесс горения, и использовал его тысячи лет. А вот задумываться о том, что такое огонь и что такое горение, люди стали гораздо позже.
Древнегреческие философы считали огонь одной из четырех стихий, которые составляют мир. Зороастрийцы поклонялись огню. Об этом можно прочесть в статье «Что такое природный газ?», опубликованной 18.09.2013. В 18-м веке ученые-естествоиспытатели считали, что горючие вещества содержат особую составляющую - флогистон (от греческого слова «флогистос» - «горючий»). Флогистон, сгорая, выделяет тепло и превращается в золу. В 1770-х годах был открыт кислород, а в 1775 году Антуан Лоран Лавуазье поставил несколько довольно простых опытов, доказывающих, что процесс горения - это процесс окисления, и в отсутствие кислорода горение не происходит. Флогистон был изгнан из науки.
Процесс горения оказался достаточно сложным и его серьезные научные исследования до сих пор продолжаются. Этапными на этом пути были исследования советских ученых Н.Н.Семенова (1896 - 1986) (получившего за свои исследования Нобелевскую премию по химии в 1956 году), Я.Б.Зельдовича и Д.А.Франк-Каменецкого.
Итак, что сейчас говорит наука о том, что такое горение?
Не всякое окисление - горение. От других процессов окисления горение отличается интенсивностью, большим количеством выделяющегося тепла. Горению также свойственна высокая энергией активации процесса. Иначе говоря, чтобы костер загорелся, его надо разжечь. Зато потом - только дровишки подбрасывай! Выделяющейся энергии хватает и на поддержание реакции окисления, и на обогрев окружающего пространства. Если нет ограничений на подачу топлива или окислителя, процесс горения ускоряется и становится катастрофическим.
Лучше всего изучен процесс горения в газовых средах. Это связано с несколькими причинами. Во-первых, теорию горения в газах развить оказалось проще, чем теорию горения в конденсированных средах. Во-вторых, горючие жидкости и твердые горючие материалы перед тем, как воспламениться, испаряются и, таким образом, их горение происходит уже в газообразной среде. Наконец, именно горение в газовой среде представляет максимальный практический интерес: двигатели внутреннего сгорания, газовые горелки, взрывчатые вещества, и даже термоядерная реакция описываются сходными теориями и похожими формулами.
То место, где происходит процесс горения называется областью пламени. Пламя характеризуется выделением тепла и свечением. При горении конденсированных систем, например, торфа или угольных отвалов происходит беспламенное горение. О том, что такое угольные отвалы (терриконы) и как они загораются написано в статье от 21.06.2013.
При горении газовой смеси происходит процесс распространения пламени от того места, где горение уже произошло и где образовались продукты горения в сторону, где концентрация горючего газа и окислителя высока. Распространение пламени может происходить с разной скоростью. Если фронт пламени перемещается со скоростью несколько метров в секунду, такое горение называется дефлаграцией. Когда скорость движения фронта пламени достигает нескольких десятков или сотен метров в секунду, но не превышает скорости звука, горение называется взрывом. При движении фронта пламени со сверхзвуковой скоростью горение называется детонацией.
Одна и та же газовая смесь при различных концентрациях горючего вещества и окислителя может гореть, взрываться или детонировать. Добавление в газовую смесь особых веществ снижает вероятность детонации. Для этого, например, в бензин добавляют изооктан. Концентрация изооктана характеризуется октановым числом. Благодаря изооктану, в бензиновых двигателях не происходит детонация, которая может разнести двигатель, повредив автомобиль и водителя.
Газовые смеси горят почти бесцветным или синеватым пламенем. Светимость пламени повышают частицы твердых веществ, сгорающие в пламени. Часть из несгоревших твердых частиц улетает вместе с дымом.
Пожарные гасят огонь двумя способами: либо снижая температуру пламени (например, заливая пламя водой, которая отбирает много тепла), либо перекрывая доступ окислителя к месту горения. Несмотря на их усилия и на передовую технику, пожары ежегодно приносят огромные убытки, а часто и человеческие жертвы.
Опубликовано на сайте Топавтор
Полезные ссылки: