Подпишитесь на наши новости
Вернуться к началу с статьи up
 

ГОРЕ́НИЕ

  • рубрика

    Рубрика: Химия

  • родственные статьи
  • image description

    В книжной версии

    Том 7. Москва, 2007, стр. 430-431

  • image description

    Скопировать библиографическую ссылку:




Авторы: Л. К. Исаева

ГОРЕ́НИЕ, слож­ный фи­зи­ко-хи­мич. про­цесс пре­вра­ще­ния ве­ще­ст­ва; раз­ви­ва­ет­ся в ре­жи­ме про­грес­си­рую­ще­го са­мо­ус­ко­ре­ния, свя­зан­но­го с ла­ви­но­об­раз­ным на­ко­п­ле­ни­ем в реа­ги­рую­щей сис­те­ме те­п­ло­вой энер­гии и ак­тив­ных про­ме­жу­точ­ных час­тиц – ато­мов, сво­бод­ных ра­ди­ка­лов и др. Г. ис­поль­зу­ет­ся в энер­ге­ти­ке при про­из-ве те­п­ло­ты, ра­бо­те транс­пор­та, ре­ак­тив­ных дви­га­те­лей, а так­же в тех­но­ло­гич. про­цес­сах и осу­ще­ст­в­ля­ет­ся гл. обр. в ка­ме­рах сго­ра­ния дви­га­те­лей, топ­ках, пе­чах. С яв­ле­ни­ем Г. че­ло­век име­ет де­ло при по­жа­рах, про­из-ве и ис­поль­зо­ва­нии взрыв­ча­тых ве­ществ.

Раз­ви­тие пред­став­ле­ний о Г. свя­за­но с име­на­ми М. Фа­ра­дея (го­ре­ние све­чи), М. В. Ло­мо­но­со­ва (со­еди­не­ние ве­ществ с ки­сло­ро­дом), Г. Шта­ля (тео­рия фло­ги­сто­на), В. А. Ми­хель­со­на (тео­рия ско­ро­сти рас­про­стра­не­ния пла­ме­ни) и др. В раз­ра­бот­ку совр. тео­рии Г. зна­чит. вклад вне­сли рос. учё­ные Н. Н. Се­мё­нов, Я. Б. Зель­до­вич, Д. А. Франк-Ка­ме­нец­кий и др.

В боль­шин­ст­ве слу­ча­ев в ос­но­ве Г. ле­жит ре­ак­ция окис­ле­ния, в ко­то­рой в ка­че­ст­ве т. н. го­рю­че­го мо­гут уча­ст­во­вать поч­ти все ор­га­нич. и мн. не­ор­га­нич. ве­ще­ст­ва, в ка­че­ст­ве окис­ли­те­ля – ки­сло­род, озон, га­ло­ге­ны, пер­хло­ра­ты, нит­ро­со­еди­не­ния и пр. Напр., наи­боль­шее прак­тич. зна­че­ние име­ют про­цес­сы Г. уг­ле­во­до­род­ных го­рю­чих (при­род­но­го го­рю­че­го га­за, неф­ти, уг­лей, тор­фа и пр.) в при­сут­ст­вии ки­сло­ро­да. В ре­жи­ме Г. про­ис­хо­дят так­же не­ко­то­рые др. ре­ак­ции (напр., раз­ло­же­ния, пря­мо­го син­те­за из эле­мен­тов).

В ре­аль­ных ус­ло­ви­ях по­ми­мо про­дуктов пол­но­го сго­ра­ния, не спо­соб­ных к даль­ней­ше­му Г. (ди­ок­си­да уг­ле­ро­да, во­ды и пр.), об­ра­зу­ют­ся др. хи­мич. со­еди­не­ния, на­зы­вае­мые про­дук­та­ми не­пол­но­го Г., в т. ч. мо­но­ок­сид уг­ле­ро­да, ок­си­ды азо­та, се­ры, аль­де­ги­ды, ки­сло­ты, бенз[a]пи­рен. Имен­но они обу­слов­ли­ва­ют вред­ность и ток­сич­ность вы­бро­сов, за­гряз­ня­ют сре­ду оби­та­ния и в ито­ге соз­да­ют для совр. об­ще­ст­ва эко­ло­гич. про­бле­мы. Мн. спе­циа­ли­сты по­ла­га­ют, что за счёт про­цес­сов ор­га­ни­зо­ван­но­го Г., гл. обр. в энер­ге­ти­ке, со­про­во­ж­даю­щих­ся об­ра­зо­ва­ни­ем ди­ок­си­да уг­ле­ро­да и др. пар­ни­ко­вых га­зов, про­ис­хо­дит по­те­п­ле­ние кли­ма­та. К ухуд­ше­нию ка­че­ст­ва сре­ды оби­та­ния при­во­дят так­же лес­ные и тор­фя­ные по­жа­ры, по­жа­ры на скла­дах, хи­мич. пред­при­яти­ях (в т. ч. ис­поль­зую­щих тех­но­ло­гии хло­рор­га­нич. син­те­за), в мес­тах до­бы­чи и пе­ре­ра­бот­ки неф­ти и на др. по­жа­ро-и взры­во­опас­ных объ­ек­тах. Напр., при Г. транс­фор­ма­тор­ных жид­ко­стей, твёр­дых бы­то­вых от­хо­дов, по­ли­мер­ных ма­те­риа­лов на ос­но­ве по­ли­ви­нил­хло­ри­да про­ис­хо­дит об­ра­зо­ва­ние ди­ок­си­нов и др. су­пер­эко­ток­си­кан­тов и за­гряз­не­ние ими ок­ру­жаю­щей сре­ды.

Осн. ха­рак­те­ри­сти­ка­ми Г. яв­ля­ют­ся те­п­ло­та сго­ра­ния го­рю­че­го ве­ще­ст­ва, а так­же адиа­ба­ти­че­ская темп-ра (темп-ра, ко­то­рая тео­ре­ти­че­ски мог­ла бы быть дос­тиг­ну­та при пол­ном сго­ра­нии ве­ще­ст­ва без по­терь те­п­ло­ты) и ско­рость про­цес­са. Хи­мич. пре­вра­ще­ния при Г. со­про­во­ж­да­ют­ся ин­тен­сив­ным те­п­ло- и мас­со­об­ме­ном с ок­ру­жаю­щей сре­дой и ха­рак­те­ри­зу­ют­ся со­от­вет­ст­вую­щи­ми гид­ро- и га­зо­ди­на­мич. за­ко­но­мер­но­стя­ми. При Г. про­ис­хо­дит из­лу­че­ние све­та в раз­ных диа­па­зо­нах длин волн, но, как пра­ви­ло, яр­кое све­че­ние пла­ме­нем на­блю­да­ет­ся в ви­ди­мой об­лас­ти. Пол­ное опи­са­ние про­цес­са Г. мож­но про­вес­ти с ис­поль­зо­ва­ни­ем за­ко­но­мер­но­стей мак­ро­ки­не­ти­ки.

Важ­ней­шая осо­бен­ность про­цес­са Г. – спо­соб­ность к рас­про­стра­не­нию в про­стран­ст­ве. Раз­ли­ча­ют де­фла­гра­ци­он­ное и де­то­на­ци­он­ное Г. В пер­вом слу­чае (де­фла­гра­ция) рас­про­стра­не­ние Г. осу­ще­ст­в­ля­ет­ся за счёт те­п­ло­про­вод­но­сти пу­тём пе­ре­да­чи те­п­ло­ты от го­ря­ще­го объ­ё­ма в со­сед­ние уча­ст­ки сме­си, во вто­ром – за­жи­га­ние и рас­про­стра­не­ние Г. про­ис­хо­дит за счёт сжа­тия ве­ще­ст­ва удар­ной вол­ной (Г. взрыв­ча­тых ве­ществ). В свою оче­редь, де­фла­гра­ци­он­ное Г. под­раз­де­ля­ют на ла­ми­нар­ное и тур­бу­лент­ное.

Обыч­но ли­ней­ная ско­рость Г. вы­ра­жа­ет­ся че­рез ско­рость пе­ре­ме­ще­ния фрон­та ре­ак­ции (пла­ме­ни), мас­со­вая ско­рость Г. – как ко­ли­че­ст­во го­рю­че­го, сго­раю­ще­го в еди­ни­цу вре­ме­ни. Ско­рость Г. за­ви­сит от при­ро­ды и со­ста­ва го­рю­чей сме­си, дав­ле­ния и пр. Напр., при ла­ми­нар­ном Г. уг­ле­во­до­род­ных возд. сме­сей ско­рость рас­про­стра­не­ния пла­ме­ни со­став­ля­ет в ср. 0,4–0,8 м/с. Рас­про­стра­не­ние пла­ме­ни в тур­бу­лент­ном по­то­ке га­за при­во­дит к ис­ка­же­нию фрон­та Г., рас­ши­ре­нию зо­ны про­те­ка­ния хи­мич. ре­ак­ций, а сле­до­ва­тель­но, к ус­ко­ре­нию Г. На ско­рость Г. влия­ют сте­пень и мас­шта­бы тур­бу­лент­но­сти.

По аг­ре­гат­но­му со­стоя­нию окис­ли­те­ля и го­рю­че­го Г. раз­де­ля­ют на го­мо­ген­ное и ге­те­ро­ген­ное. При­ме­ром го­мо­ген­но­го Г. яв­ля­ет­ся Г. пла­ме­нем го­рю­чих га­зов, па­ров ке­ро­си­на, бен­зи­на, спир­та в воз­ду­хе. При ге­те­ро­ген­ном Г. (в т. ч. тле­нии – бес­пла­мен­ном Г.) ре­ак­ция про­ис­хо­дит на по­верх­но­сти раз­де­ла фаз газ – твёр­дое те­ло (ме­тал­лы, уголь). Ес­ли окис­ли­тель и го­рю­чее пред­ва­ри­тель­но сме­ша­ны ме­ж­ду со­бой, то го­мо­ген­ное Г. про­ис­хо­дит в ки­не­ти­че­ском ре­жи­ме. Так как темп-ра Г. на­мно­го вы­ше темп-ры ки­пе­ния жид­ко­стей и темп-ры воз­гон­ки не­ко­то­рых твёр­дых ве­ществ, то их Г. про­те­ка­ет в го­мо­ген­ной сме­си, а ес­ли го­рю­чее и окис­ли­тель за­ра­нее не сме­ша­ны, то в диф­фу­зи­он­ном ре­жи­ме. Для га­зо­вых сис­тем воз­мож­ны как ки­не­ти­че­ский, так и диф­фу­зи­он­ный ре­жи­мы Г. Оп­ре­де­ляю­щая роль раз­ветв­лён­но­го цеп­но­го ме­ха­низ­ма про­цес­сов га­зо­фаз­но­го Г. по­зво­ля­ет управ­лять эти­ми про­цес­са­ми пу­тём варь­и­ро­ва­ния ско­ро­стей раз­ветв­ле­ния и об­ры­ва це­пей с по­мо­щью хи­ми­че­ски ак­тив­ных при­ме­сей.

Для лю­бо­го ви­да Г. ха­рак­тер­ны ста­дия вос­пла­ме­не­ния и по­сле­дую­щий пе­ри­од ус­той­чи­во­го Г. ве­ще­ст­ва с об­ра­зо­ва­ни­ем про­дук­тов пол­но­го и не­пол­но­го Г. Раз­ли­ча­ют два спо­со­ба те­п­ло­во­го вос­пла­ме­не­ния: са­мо­вос­пла­ме­не­ние и за­жи­га­ние. При са­мо­вос­пла­ме­не­нии про­цесс про­ис­хо­дит во всём объ­ё­ме го­рю­чей сме­си. При за­жи­га­нии (вы­ну­ж­ден­ном вос­пла­ме­не­нии) на­грев сис­те­мы или на­ко­п­ле­ние ак­тив­ных цен­тров про­ис­хо­дит вбли­зи ис­точ­ни­ка за­жи­га­ния (ис­кра, пла­мя, на­гре­тое те­ло). Темп-ра вос­пла­ме­не­ния за­ви­сит от дав­ле­ния, со­ста­ва го­рю­че­го и пр. па­ра­мет­ров и для боль­шин­ст­ва ор­га­нич. ве­ществ на­хо­дит­ся в ин­тер­ва­ле 500–800 К.

Су­ще­ст­ву­ют кри­тич. пре­дель­ные па­ра­мет­ры Г., и вне этих пре­де­лов Г. (как са­мо­про­из­воль­но про­те­каю­щий про­цесс) не­воз­мож­но. Эти­ми па­ра­мет­ра­ми для ка­ж­дой го­рю­чей сме­си яв­ля­ют­ся со­от­но­ше­ние объ­ё­мов го­рю­че­го и окис­ли­те­ля, темп-ра, дав­ле­ние, со­дер­жа­ние при­ме­сей, в т. ч. кон­цен­тра­ция в го­рю­чей сме­си флег­ма­ти­за­то­ров (CO2, N2, Ar и др.) и ин­ги­би­то­ров (C2F4Br2, CH2Cl2F2 и др.), и пр. Для га­зов обыч­но ука­зы­ва­ют кон­цен­тра­ци­он­ные, для жид­ко­стей и твёр­дых ве­ществ – тем­пе­ра­тур­ные пре­де­лы го­ре­ния.

Вы­яс­не­ние за­ко­нов Г. и ус­та­нов­ле­ние кри­тич. па­ра­мет­ров вос­пла­ме­не­ния, раз­ви­тия и пре­кра­ще­ния про­цес­са Г. – не­об­хо­ди­мое ус­ло­вие управ­ле­ния про­цес­са­ми Г., ис­поль­зуе­мы­ми в разл. сфе­рах че­ло­ве­че­ской дея­тель­но­сти, обес­пе­че­ния по­жа­ро- и взры­во­бе­зо­пас­но­сти тех­но­логич. про­цес­сов и объ­ек­тов.

Лит.: Зель­до­вич Я. Б. Тео­рия го­ре­ния и де­то­на­ции га­зов. М.; Л., 1944; Иост В. Взры­вы и го­ре­ние в га­зах. М., 1952; Се­ме­нов Н. Н. О не­ко­то­рых про­бле­мах хи­ми­че­ской ки­не­тики и ре­ак­ци­он­ной спо­соб­но­сти. М., 1954; Хит­рин Л. Н. Фи­зи­ка го­ре­ния и взры­ва. М., 1957; Кнор­ре Г. Ф. То­поч­ные про­цес­сы. 2-е изд. М.; Л., 1959; Гей­дон А. Г., Вольф­гард Х. Пла­мя, его струк­ту­ра, из­лу­че­ние и тем­пе­ра­ту­ра. М., 1959; Виль­ямс Ф. А. Тео­рия го­ре­ния. М., 1971; Ма­те­ма­ти­че­ская тео­рия го­ре­ния и взры­ва. М., 1980; Lewis B., Elbe G. von. Combustion, flames and explosions of gases. 3rd ed. Orlando, 1987; Франк-Ка­ме­нец­кий Д. А. Диф­фу­зия и те­п­ло­пе­ре­да­ча в хи­ми­че­ской ки­не­ти­ке. 3-е изд. М., 1987; Denisov E. T., Azatyan V. V. Inhibition of chain reac­tions. L., 2000; Исае­ва Л. К. По­жа­ры и ок­ру­жаю­щая сре­да. М., 2001.

Вернуться к началу