1. Общие сведения о процессах горения.

Горением называется химическая реакция окисления, сопровождающаяся выделением большого количества тепла и обычно свечением. Это определение не универсально: существует так называемое холодное пламя, в котором химическая реакция, сопровождаясь свечением, протекает с умеренной скоростью и без заметного разогрева. Однако холодное пламя возникает лишь в особых условиях. В зависимости от скорости процесса горения может происходить в форме собственно горения, взрыва и детонации. В обычных условиях горение представляет собой процесс окисления или соединения горючего вещества и кислорода воздуха, сопровождающийся выделением тепла и света. Однако известно, что некоторые вещества могут взрываться и без кислорода воздуха с образованием тепла и пламени. Следовательно, горение может явиться результатом не только реакции соединения, но и разложения. Известно также, что водород и многие металлы могут гореть в атмосфере хлора, медь - в парах серы, магний - в диоксиде углерода и т. д.

Наибольшая скорость стационарного горения наблюдается в чистом кислороде, наименьшая - при содержании в воздухе 14-15% кислорода (для водорода, этилена, ацетилена и других горючих веществ минимальное содержание кислорода может быть снижено до 10% и менее); при дальнейшем уменьшении содержания кислорода горение большей части веществ прекращается. Горение может происходить также при реакции с веществами, в состав которых входит кислород. К таким веществам относятся перекиси, хлораты и др. Вещества горят тем быстрее, чем больше их удельная поверхность; при тщательном смешивании горючего вещества и кислорода (окислителя) скорость горения увеличивается.

Возникновение в горючей системе реакции окисления связано чаще всего с нагреванием системы тем или иным источником воспламенения. При нагревании горючей системы энергия молекул горючего и окислителя (кислорода) увеличивается, и когда она достигает некоторой величины, происходит их активизация, т.е. образуются активные центры (радикалы и атомы), имеющие свободные валентности, в результате чего молекулы горючего вещества легко вступают в соединения с кислородом воздуха.

Реакция окисления экзотермическая и при определенных условиях может самоускоряться. Этот процесс самоускорения реакции окисления с переходом ее в горение и называется самовоспламенением. Различают самовоспламенение тепловое и цепное.

Тепловое самовоспламенение. Согласно этой теории, решающим условием возникновения процесса горения является превышение (или равенство) скорости выделения тепла химической реакции над скоростью отдачи тепла реагирующей системой в окружающую среду (в случае газовой горючей системы, например, к стенкам реакционного сосуда).

Обычно процесс рассматривается в условиях зажигания горючей смеси, при локальном ее разогреве до температуры воспламенения с последующим устойчивым горением с пламенем. Для начала быстрой высокотемпературной реакции возможен другой режим,: одновременное нагревание до умеренной температуры всего объема горючей смеси, заключенной внутри некоторого сосуда. По мере повышения температуры смеси в сосуде начинается реакция окисления со сравнительно небольшой скоростью. За счет выделяющегося тепла смесь разогревается, и скорость реакции увеличивается, что в свою очередь приводит к нарастающему разогреву газа. При этом скорость реакции и разогрев увеличиваются очень быстро; происходит неограниченное ускорение реакции, именуемое тепловым взрывом или самовоспламенением.