이종 연소. 확산 및 운동 연소 균일 및 불균일 연소

고려된 예를 바탕으로 연료와 산화제 혼합물의 응집 상태에 따라 즉 혼합물의 단계 수에 따라 다음이 있습니다.

1. 균일 연소 가스 산화제 환경에서 가연성 물질의 가스 및 증기. 따라서 연소 반응은 하나의 상(집합 상태)으로 구성된 시스템에서 발생합니다.

2. 이종 연소기체 산화제 환경의 고체 가연성 물질. 이 경우 반응은 경계면에서 일어나는 반면, 균일한 반응은 부피 전체에서 일어납니다.

이것은 금속, 흑연의 연소입니다. 실질적으로 비휘발성 물질. 많은 가스 반응은 균질 반응이 발생할 가능성이 동시에 이종 반응의 기원으로 인한 경우 동종-이종 특성을 갖습니다.

증기 또는 가스(휘발성 물질)가 방출되는 모든 액체 및 많은 고체 물질의 연소는 기체상에서 발생합니다. 고체상과 액체상은 반응 생성물의 저장소 역할을 합니다.

예를 들어, 석탄의 자연 연소의 불균일 반응은 휘발성 물질 연소의 균질 단계로 진행됩니다. 코크스 잔류물은 불균일하게 연소됩니다.

4.3. 확산과 운동 연소.

가연성 혼합물의 준비 정도에 따라 확산 연소와 운동 연소가 구별됩니다.

고려되는 연소 유형(폭발물 제외)은 확산 연소와 관련됩니다. 불꽃, 즉 연료와 공기 혼합물의 연소 구역에는 안정성을 보장하기 위해 연료와 산소가 지속적으로 공급되어야 합니다. 가연성 가스의 공급은 연소 구역으로의 공급 속도에만 의존합니다. 도착율 발화 가능한 액체증발 강도에 따라 달라집니다. 액체 표면 위의 증기압, 결과적으로 액체 온도에 영향을 미칩니다. 점화 온도표면 위의 불꽃이 꺼지지 않는 액체의 가장 낮은 온도입니다.

고체의 연소는 휘발성 열분해 생성물의 후속 점화와 함께 분해 및 가스화 단계가 존재한다는 점에서 가스 연소와 다릅니다.

열분해- 유기물을 공기에 접근하지 않고 고온으로 가열하는 것입니다. 이 경우 복잡한 화합물이 더 간단한 화합물로 분해 또는 분할됩니다(석탄 코킹, 오일 분해, 목재 건식 증류). 따라서 고체 가연성 물질이 연소 생성물로 연소되는 과정은 화염 영역에만 집중되는 것이 아니라 다단계 특성을 갖습니다.

고체상을 가열하면 분해되고 가스가 방출되어 발화되고 연소됩니다. 토치의 열이 고체상을 가열하여 가스화시키고 이 과정이 반복되어 연소가 유지됩니다.

고체 연소 모델은 다음 단계가 있다고 가정합니다(그림 17).

쌀. 17. 연소 모델

고체.

고체상을 가열합니다. 용융 물질의 경우 이 구역에서 용융이 발생합니다. 구역의 두께는 물질의 전도도 온도에 따라 달라집니다.

기체상의 가연성 물질이 형성되는 고체상의 열분해 또는 반응 영역;

산화제와의 혼합물이 형성되는 기상의 예비 화염;

열분해 생성물이 기체 연소 생성물로 변환되는 기체 상의 화염 또는 반응 구역;

연소 생성물.

연소 영역으로의 산소 공급 속도는 연소 생성물을 통한 확산에 따라 달라집니다.

일반적으로 고려되는 연소 유형에서 연소 영역의 화학 반응 속도는 반응 성분의 유입 속도와 분자 또는 운동 확산을 통한 화염 표면에 따라 달라지므로 이러한 유형의 연소를 호출합니다. 확산.

확산 연소 화염의 구조는 세 구역으로 구성됩니다(그림 18).

구역 1에는 가스 또는 증기가 포함되어 있습니다. 이 구역에는 연소가 없습니다. 온도는 500 0 C를 초과하지 않습니다. 분해, 휘발성 물질의 열분해 및 자동 점화 온도까지 가열이 발생합니다.

쌀. 18. 화염 구조.

구역 2에서는 증기(가스)와 대기 산소의 혼합물이 형성되고 불완전 연소가 발생하여 CO가 부분적으로 탄소(적은 산소)로 환원됩니다.

C n H m + O 2 → CO + CO 2 + H 2 O;

세 번째 외부 영역에서는 두 번째 영역의 생성물이 완전 연소되고 최대 화염 온도가 관찰됩니다.

2CO+O 2 =2CO 2 ;

화염 높이는 확산 계수와 가스 유량에 비례하고 가스 밀도에 반비례합니다.

모든 유형의 확산 연소는 화재에 내재되어 있습니다.

키네틱연소는 미리 혼합된 가연성 가스, 증기 또는 먼지가 산화제와 함께 연소되는 것입니다. 이 경우 연소 속도는 다음에만 의존합니다. 물리적, 화학적 특성가연성 혼합물(열전도율, 열용량, 난류, 물질 농도, 압력 등). 따라서 연소율이 급격히 증가합니다. 이러한 유형의 연소는 폭발에 내재되어 있습니다.

안에 이 경우가연성 혼합물이 어느 지점에서든 발화되면 화염면이 연소 생성물에서 새로운 혼합물로 이동합니다. 따라서 운동 연소 중 화염은 불안정한 경우가 가장 많습니다(그림 19).

쌀. 19. 가연성 혼합물의 화염 전파 계획: - 점화원; - 화염 전면의 이동 방향.

그러나 먼저 가연성 가스를 공기와 혼합하여 버너에 공급하면 혼합물의 유속이 화염 전파 속도와 같다면 점화되면 고정 화염이 형성됩니다.

가스 공급 속도를 높이면 불꽃이 버너에서 이탈되어 꺼질 수 있습니다. 그리고 속도가 감소하면 화염이 버너 안으로 빨려 들어가 폭발할 수도 있습니다.

연소 정도에 따라, 즉. 최종 제품에 대한 연소 반응이 완료되면 연소가 발생합니다. 완전한 것과 불완전한 것.

따라서 구역 2(그림 18)에서는 연소가 불완전합니다. 산소공급이 부족하여 Zone 3에서 부분적으로 소모되어 중간산물이 형성됩니다. 후자는 완전 연소될 때까지 더 많은 산소가 있는 구역 3에서 연소됩니다. 연기 속에 그을음이 존재한다는 것은 불완전 연소를 의미합니다.

또 다른 예: 산소가 부족하면 탄소가 연소되어 일산화탄소가 됩니다.

O를 추가하면 반응이 완료됩니다.

2СО+O 2 =2СО 2.

연소 속도는 가스 이동의 특성에 따라 다릅니다. 따라서 층류 연소와 난류 연소가 구별됩니다.

따라서 층류 연소의 예는 정체된 공기 중의 촛불 불꽃입니다. ~에 층류 연소가스 층은 소용돌이 없이 평행하게 흐릅니다.

난류 연소– 연소 가스가 집중적으로 혼합되고 화염 전면이 흐려지는 가스의 소용돌이 운동. 이러한 유형 간의 경계는 흐름의 관성력과 마찰력 사이의 관계를 특성화하는 레이놀즈 기준입니다.

, (4.1)

어디:  - 가스 흐름 속도;

 - 동점도;

엘– 특징적인 선형 크기.

층류 경계층이 난류 경계층으로 전이되는 레이놀즈 수를 임계 Re cr, Re cr ~ 2320이라고 합니다.

난류는 연소 생성물에서 새로운 혼합물로의 더 강렬한 열 전달로 인해 연소 속도를 증가시킵니다.

일반 정보연소에 대해서. 균질 및 불균일 연소

연소는 열과 빛의 방출을 동반하는 강렬한 화학적 산화 반응입니다. 연소는 가연성 물질, 산화제, 발화원이 있을 때 발생합니다. 산소는 연소 과정에서 산화제로 작용할 수 있습니다. 질산, 과산화나트륨, 베르톨레염, 과염소산염, 니트로 화합물 등이 연료로 많이 사용됩니다. 유기 화합물, 황, 황화수소, 황철석, 자유 형태의 대부분의 금속, 일산화탄소, 수소 등. 연소는 화염 전파 속도도 다르며, 이 요인에 따라 다음과 같이 나타날 수 있습니다. - 수축(몇 미터 이내의 화염 속도) 초당 ); - 폭발성(화염 속도 초당 수백 미터) - 폭발(초당 수천 미터 정도의 화염 속도). 균일 연소. 균질 연소에서는 출발 물질과 연소 생성물이 동일한 응집 상태에 있습니다. 이 유형에는 가스 혼합물(천연 가스, 수소 등 산화제 - 일반적으로 공기 산소)의 연소, 비기화 응축 물질(예: 테르밋 - 알루미늄과 산화물의 혼합물)의 연소가 포함됩니다. 다양한 금속) 및 등온 연소 - 상당한 가열 없이 가스 혼합물에서 분지형 연쇄 반응이 전파됩니다. 비기화 응축 물질을 연소할 때 일반적으로 확산은 발생하지 않으며 연소 전파 과정은 열전도율의 결과로만 발생합니다. 이와 반대로 발열 연소에서는 주요 전달 과정이 확산입니다. 이종 연소. 불균일 연소에서 출발 물질(예: 고체 또는 액체 연료 및 기체 산화제)은 서로 다른 응집 상태에 있습니다. 이종의 가장 중요한 기술 프로세스 타는 것 - 타는 것석탄, 금속, 연소 액체 연료석유 용광로, 엔진 내부 연소, 로켓 엔진의 연소실. 이종 연소 과정은 일반적으로 매우 복잡합니다. 화학적 변형에는 가연성 물질의 단편화와 방울 및 입자 형태의 기상으로의 전이, 금속 입자에 산화막 형성, 혼합물의 난류 등이 수반됩니다. 균질 연소: 가연성 물질의 구성 요소 혼합물이 들어있어요 기체 상태. 또한 구성 요소가 혼합되면 연소를 운동이라고 합니다. 혼합되지 않은 경우 확산 연소. 이종 연소: 가연성 혼합물에서 상 분리가 존재하는 것이 특징입니다(기체 산화제에서 액체 및 고체 가연성 물질의 연소).

기체 산화제에서 액체 및 고체 가연성 물질의 이종 연소. 불균일 연소용 액체 물질 큰 중요성증발이 있습니다. 쉽게 증발하는 가연성 물질의 불균일 연소는 실질적으로 균질 연소를 의미합니다. 이러한 가연성 물질은 발화 전에도 완전히 또는 거의 완전히 증발할 시간이 있습니다. 기술적으로, 일정량의 유기 물질을 함유한 고체 연료(주로 석탄)의 불균일 연소는 연료가 가열되면 분해되어 증기와 가스의 형태로 방출되는 것이 매우 중요합니다. 연료의 열적으로 불안정한 부분은 일반적으로 휘발성 및 -휘발성이라고 합니다. 천천히 가열하면 연소 단계 시작의 명확한 단계적 패턴이 관찰됩니다. 먼저 휘발성 성분과 그 점화, 그런 다음 소위 코크스 잔류물이라고 하는 고체의 점화 및 연소가 관찰됩니다. 연료의 광물 부분인 재가 포함되어 있습니다.
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야금학 백과사전. - M.: 인터메트 엔지니어링. 편집장 N.P. 리아키셰프. 2000 .

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가연성 환경

산화제

산화제는 화학적 변형 중에 원자가 전자를 받아들이는 물질입니다. 단순 물질 중에는 모든 할로겐과 산소가 포함됩니다.

자연계에서 가장 흔한 산화제는 대기 중의 산소이다.

실제 화재에서는 연소가 주로 공기 중에서 발생하지만, 많은 경우 기술 프로세스산소가 풍부한 공기와 심지어 순수한 산소도 사용됩니다(예: 야금 산업, 가스 용접, 절단 등). 수중, 우주선, 용광로 공정 등에서 산소가 풍부한 대기를 접할 수 있습니다. 이러한 가연성 시스템이 증가했습니다. 화재 위험. 이는 소화 시스템 개발, 화재 예방 조치 및 화재에 대한 화재 기술 검사 중에 고려해야 합니다.

대기 산소 및 할로겐 외에도 복잡한 물질은 연소 반응에서 산화제로 작용할 수도 있습니다(예: 화약 생산, 군사 및 산업에 사용되는 산소 함유 산의 염(질산염, 염소산염 등)) 폭발물및 다양한 불꽃 구성.

동일한 응집 상태의 연료와 산화제의 혼합물 특정 비율로 연소 가능 (그리고 특정 비율에서만 연소가 가능함)을 가연성 매체라고 합니다.

가연성 매체에는 두 가지 유형이 있습니다. 동종 및 이종.

균질한 가연성 매체 연료와 산화제를 미리 혼합한 혼합물이라고 하며, 따라서 이질적인 가연성 환경 – 연료와 산화제가 혼합되지 않은 경우.

연소 과정에 미치는 영향 큰 숫자요인에 따라 다양한 연소 유형과 모드가 결정됩니다. 따라서 가연성 혼합물 구성 요소의 응집 상태에 따라 연소는 구성 요소 혼합 조건-미리 준비된 혼합물의 연소 (동력학) 및 확산, 가스 역학 조건-에서 균질 및 이질적 일 수 있습니다. 층류 및 난류 등

연소의 주요 유형은 균질하고 이질적입니다.

균일 연소 - 이는 연료와 연료 사이의 상호작용 과정이다.
동일한 응집 상태의 산화제. 최대
공기 중 가스와 증기의 균질 연소가 널리 퍼져 있습니다.

이종 연소- 고체 가연성 물질의 연소입니다 -
또한 표면에 직접적으로. 특징
불균일 연소는 화염이 없다는 것입니다. 그것의 예
무연탄, 코크스의 연소입니다. 숯, 비휘발성 금속.
무화염 연소라고도 합니다. 연기.

정의에서 알 수 있듯이, 균질 연소와 불균일 연소의 근본적인 차이점은 첫 번째 경우 연료와 산화제가 동일한 응집 상태에 있고 두 번째 경우 서로 다른 상태에 있다는 것입니다.

고체와 물질의 연소가 항상 이질적인 것은 아니라는 점에 유의해야 합니다. 이는 고체의 연소 메커니즘으로 설명됩니다.

예를 들어, 공중에서 나무가 타는 것입니다. 불을 붙이려면 성냥이나 라이터 등의 열원을 가져와 잠시 기다려야 합니다. 문제가 발생합니다. 왜 즉시 불이 들어오지 않습니까? 이것은 다음과 같은 사실로 설명됩니다. 초기 기간, 점화원은 열분해 과정, 즉 열분해 과정이 시작되는 특정 온도까지 목재를 가열해야 합니다. 동시에 셀룰로오스 및 기타 구성 요소의 분해 결과로 분해 생성물, 즉 가연성 가스, 탄화수소가 방출되기 시작합니다. 분명히 가열이 클수록 분해 속도가 빨라지고 그에 따라 가연성 가스의 방출 속도도 빨라집니다. 그리고 GH 방출 속도가 공기 중 특정 농도를 생성하기에 충분한 경우에만, 즉 가연성 환경이 형성되면 연소가 발생할 수 있습니다. 그것은 무엇과 관련이 있습니까? 연소는 목재가 아니라 분해 산물인 가연성 가스입니다.이것이 바로 목재 연소가 대부분의 경우 이질 연소가 아닌 균일 연소인 이유입니다.

당신은 이의를 제기할 수 있습니다: 나무는 결국 연기가 나기 시작하고 위에서 언급한 것처럼 연기가 나는 것은 불균일 연소입니다. 이것은 사실이다. 사실 목재 분해의 최종 생성물은 주로 가연성 가스와 소위 코크스라고 불리는 탄소 잔류물입니다. 여러분 모두는 이 탄소질의 잔류물을 보았고 케밥 요리를 위해 구입하기도 했습니다. 이 석탄은 약 98%의 순수 탄소이며 GH를 방출할 수 없습니다. 석탄은 이종 연소 모드에서 연소됩니다. 즉, 연기가 납니다.

따라서 나무는 먼저 균질 연소 모드에서 연소된 다음 약 800°C의 온도에서 불타는 연소가 연기로 변합니다. 이질적이 됩니다. 다른 고체에서도 같은 일이 발생합니다.

액체는 공기 중에서 어떻게 연소되나요? 액체의 연소 메커니즘은 액체가 먼저 증발하고 공기와 가연성 혼합물을 형성하는 증기라는 것입니다. 즉, 이 경우에도 균질 연소가 발생합니다. 타는 것은 액체상이 아니라 액체의 증기입니다

금속의 연소 메커니즘은 금속을 먼저 녹인 다음 높은 온도로 가열하여 증발 속도가 가연성 매체를 형성하기에 충분하다는 점을 제외하면 액체의 연소 메커니즘과 동일합니다. 일부 금속은 표면에서 연소됩니다.

균질 연소에서는 운동 연소와 확산 연소의 두 가지 모드가 구분됩니다.

운동 연소– 이는 미리 혼합된 가연성 혼합물의 연소입니다. 균질한 혼합물. 연소 속도는 산화환원 반응의 동역학에 의해서만 결정됩니다.

확산 연소– 이는 연료와 산화제가 미리 혼합되지 않은 경우, 즉 불균일 혼합물의 연소입니다. 이질적인. 이 경우 확산으로 인해 화염면에서 연료와 산화제의 혼합이 발생합니다. 무질서한 연소는 확산을 특징으로 합니다. 연소 모드, 화재 시 대부분의 가연성 물질은 이 모드에서만 연소될 수 있습니다. 물론 균질한 혼합물은 실제 화재 중에 형성될 수 있지만, 그 형성은 오히려 화재보다 먼저 발생하거나 첫 단계개발.

이러한 연소 유형의 근본적인 차이점은 균질 혼합물에서 연료와 산화제의 분자가 이미 근접해 있고 화학적 상호 작용을 시작할 준비가 된 반면, 확산 연소에서는 이러한 분자가 확산으로 인해 먼저 서로 접근해야 한다는 것입니다. 그런 다음에야 상호 작용을 시작합니다.

이는 연소 과정 속도의 차이를 결정합니다.

총 연소 시간 t g는 물리적 지속 시간으로 구성됩니다.
스키 및 화학 공정:

tg = t f + t x.

운동 연소 모드화학적 공정만 지속되는 것이 특징입니다. t g » t x, 이 경우 물리적 준비 공정(혼합)이 필요하지 않기 때문입니다. tf » 0 .

확산 연소 모드,반대로 그것은 주로 다음에 달려 있습니다.
균질한 가연성 혼합물의 준비 속도(대략 말하면 분자 결합), 이 경우 t f >> t x이므로 후자는 무시될 수 있습니다. 지속 시간은 주로 물리적 프로세스의 속도에 따라 결정됩니다.

t f » t x이면, 즉 그것들이 비례하면 연소는 다음과 같은 방식으로 진행됩니다
중간 지역이라고 부른다.

예를 들어, 두 개의 가스 버너를 상상해 보십시오(그림 1.1). 그 중 하나에는 노즐에 공기 접근용 구멍이 있고(a), 다른 하나에는 구멍이 없습니다(b). 첫 번째 경우, 공기가 노즐에 분사되어 흡입되어 가연성 가스와 혼합되어 균질한 가연성 혼합물이 형성되고, 이는 노즐 출구에서 연소됩니다. 운동 모드 . 두 번째 경우(b)에서는 확산으로 인해 연소 과정에서 공기가 가연성 가스와 혼합되는데, 이 경우에는 - 확산 연소 .

쌀. 1.1운동(a) 및 확산(b) 연소의 예

또 다른 예: 방에 가스 누출이 있습니다. 가스는 점차적으로 공기와 혼합되어 균일한 가연성 혼합물을 형성합니다. 그리고 이후에 발화원이 나타나면 폭발이 일어납니다. 이것은 운동 모드에서의 연소입니다.

가솔린과 같은 액체의 연소에도 동일하게 적용됩니다. 개방된 용기에 붓고 불을 붙이면 확산 연소가 발생합니다. 이 용기를 밀폐된 공간에 놓고 잠시 기다리면 휘발유가 부분적으로 증발하고 공기와 혼합되어 균일한 가연성 혼합물을 형성합니다. 아시다시피 점화원을 도입하면 폭발이 발생하는데, 이것이 운동 연소입니다.

실제 화재에서는 어떤 모드에서 연소가 발생합니까? 물론 주로 확산에 사용됩니다. 어떤 경우에는 주어진 예에서와 같이 운동 연소로 화재가 시작될 수 있지만 매우 빠르게 발생하는 균질 혼합물이 연소된 후에는 확산 모드에서 연소가 계속됩니다.

확산 연소 중, 예를 들어 화재 발생 시 공기 중 산소가 부족한 경우 실내, CO-일산화탄소와 같은 불완전 연소 생성물이 형성되어 연료의 불완전 연소가 가능합니다. 모든 불완전 연소 생성물은 독성이 매우 강하며 화재 시 큰 위험을 초래합니다. 대부분의 경우, 그들은 사람들의 죽음에 책임이 있는 사람들입니다.

따라서 주요 연소 유형은 균질하고 이질적입니다. 이러한 모드 간의 시각적 차이는 불꽃의 존재 여부입니다.

균질 연소는 확산과 운동의 두 가지 모드로 발생할 수 있습니다. 시각적으로 차이점은 연소 속도에 있습니다.

또 다른 유형의 연소, 즉 폭발물의 연소가 있다는 점에 유의해야 합니다. 폭발물에는 고체 상태의 연료와 산화제가 포함됩니다. 연료와 산화제가 모두 동일한 응집 상태에 있기 때문에 이러한 연소는 균질합니다.

실제 화재에서는 대부분 화염 연소가 발생합니다. 알려진 바와 같이 화염은 화재의 위험한 요소 중 하나로 식별됩니다. 화염이란 무엇이며 어떤 과정이 발생합니까?

주제 4. 연소 유형.

다양한 특성과 특성에 따라 연소 과정은 다음과 같은 유형으로 나눌 수 있습니다.

가연성 물질의 응집 상태에 따르면:

가스 연소;

액체 및 용융 고체의 연소;

녹지 않는 고체 먼지 같은 소형 물질의 연소.

구성 요소의 상 구성에 따라:

균일 연소;

이종 연소;

폭발물의 연소.

가연성 혼합물의 준비 상태에 따라:

확산연소(화재);

운동 연소(폭발).

화염 전면의 역학에 따르면:

변화 없는;

불안정한.

가스 이동의 특성에 따라:

층류;

격동적인.

가연성 물질의 연소 정도에 따라:

불완전한.

화염 확산 속도에 따라:

정상;

폭연;

폭발.

이러한 유형에 대해 자세히 살펴보겠습니다.

4.1. 기체, 액체 및 고체 물질의 연소.

가연성 물질의 응집 상태에 따라 가스, 액체, 먼지 및 소형 고체의 연소가 구별됩니다.

GOST 12.1.044-89에 따르면:

1. 가스는 임계온도가 50oC 미만인 물질입니다. Tcr은 최저온도닫힌 용기에서 물질 1몰을 가열하면 완전히 증기로 변합니다(§ 2.3 참조).

2. 액체는 녹는점(적점)이 50oC 미만인 물질입니다(§ 2.5 참조).

3. 고체란 녹는점(적점)이 50℃ 이상인 물질을 말한다.

4. 먼지는 입자 크기가 0.85mm 미만인 분쇄된 고체입니다.

가연성 혼합물에서 화학 반응이 일어나는 영역, 즉 연소를 화염전선이라고 합니다.

예를 들어 공기 중 연소 과정을 살펴보겠습니다.

가스 버너에서 가스 연소.여기에서는 3개의 화염 구역이 관찰됩니다(그림 12).

쌀. 12. 가스 연소 방식: 1 – 투명한 원뿔 – 이것은 (자동 점화 온도까지) 가열되는 초기 가스입니다. 2 – 화염 전면의 발광 구역; 3 - 연소 생성물(가스의 완전 연소, 특히 그을음이 형성되지 않는 수소 연소 중에 거의 보이지 않음).

가스 혼합물의 화염 전면 폭은 수십 분의 1밀리미터입니다.

열린 용기에서 액체의 연소.개방형 용기에서 연소하는 경우 4개 구역이 있습니다(그림 13).

쌀. 13. 액체 연소: 1 – 액체; 2 – 액체 증기(어두운 영역); 3 – 화염 전면; 4 – 연소 생성물(연기).

이 경우 화염 전면의 폭은 더 큽니다. 반응이 더 느리게 진행됩니다.

녹는 고체의 연소.촛불이 타는 것을 생각해 보세요. 이 경우 6개 영역이 관찰됩니다(그림 14).

쌀. 14. 양초 태우기: 1 – 단단한 왁스; 2 – 용융된 (액체) 왁스; 3 – 어둡고 투명한 증기층; 4 – 화염 전면; 5 – 연소 생성물(연기); 6 – 심지.

불타는 심지는 연소를 안정시키는 역할을 합니다. 액체가 흡수되어 상승하고 증발하고 연소됩니다. 증발 시 분해된 후 반응하는 더 복잡한 탄화수소가 사용되기 때문에 화염 전면의 폭이 증가하여 광도 영역이 증가합니다.

녹지 않는 고체의 연소.성냥과 담배 연소의 예를 사용하여 이러한 유형의 연소를 고려해 보겠습니다(그림 15 및 16).

여기에는 5개의 섹션도 있습니다.

쌀. 15. 성냥 태우기: 1 – 신선한 나무; 2 – 탄 나무; 3 – 가스(기화되거나 증발된 휘발성 물질) – 이것은 어둡고 투명한 영역입니다. 4 – 화염 전면; 5 – 연소 생성물(연기).

성냥의 탄 부분이 훨씬 얇아지고 검은색을 띠고 있음을 알 수 있습니다. 이는 경기의 일부가 탄화되었음을 의미합니다. 비휘발성 부분은 남고, 휘발성 부분은 증발하여 연소됩니다. 석탄의 연소 속도는 가스의 연소 속도보다 훨씬 느리기 때문에 완전히 연소될 시간이 없습니다.

그림 16. 담배 연소: 1 – 초기 담배 혼합물; 2 – 화염 전면이 없는 그을린 부분; 3 – 연기, 즉 탄 입자의 생성물; 4 – 주로 가스화된 제품인 연기가 폐로 흡입됩니다. 5 – 필터에 수지가 응축되었습니다.

물질의 불꽃 없는 열산화 분해를 연기라고 합니다. 이는 연소 영역으로의 산소 확산이 불충분할 때 발생하며 매우 적은 양의 산소(1~2%)에서도 발생할 수 있습니다. 연기는 검은색이 아니라 푸른색을 띤다. 이는 연소된 물질보다 가스화된 물질이 더 많다는 것을 의미합니다.

재의 표면은 거의 흰색이다. 이는 산소가 충분히 공급되면 완전 연소가 일어난다는 것을 의미합니다. 그러나 새로운 층이 있는 불타는 층의 내부와 경계에는 검은 물질이 있습니다. 이는 탄화된 입자의 불완전 연소를 나타냅니다. 그런데 증발된 수지 물질의 증기가 필터에 응축됩니다.

코크스를 태울 때 비슷한 유형의 연소가 관찰됩니다. 휘발성 물질(가스, 수지)을 제거한 석탄 또는 흑연.

따라서 가스, 액체 및 대부분의 고체의 연소 과정은 가스 형태로 발생하며 화염을 동반합니다. 자연 발화 경향이 있는 물질을 포함한 일부 고체 물질은 물질 표면과 내부에서 연기를 내며 연소됩니다.

먼지가 많은 물질의 연소.분진층의 연소는 압축상태와 동일한 방식으로 발생하며, 공기와의 접촉면적 증가로 인해 연소율만 증가한다.

에어 서스펜션(먼지 구름) 형태의 먼지 물질의 연소는 스파크 형태로 발생할 수 있습니다. 단일 화염 전면에 대해 증발 중에 충분한 양의 가스를 형성할 수 없는 낮은 함량의 휘발성 물질의 경우 개별 입자의 연소.

충분한 양의 가스화된 휘발성 물질이 형성되면 화염 연소가 발생합니다.

폭발물의 연소.에게 이 종여기에는 화학적으로나 기계적으로 결합된 연료와 산화제가 이미 포함되어 있는 소위 응축 물질인 폭발물과 화약의 연소가 포함됩니다. 예: 트리니트로톨루엔(TNT) C 7 H 5 O 6 N 3 × C 7 H 5 × 3NO 2에서 산화제는 O 2 및 NO 2입니다. 화약에는 황, 질산염, 석탄이 포함되어 있습니다. 수제 폭발물은 알루미늄 분말과 질산암모늄으로 구성되어 있으며 결합제는 태양유입니다.

4.2. 균질 연소와 이질 연소.

고려된 예를 바탕으로 연료와 산화제 혼합물의 응집 상태에 따라 즉 혼합물의 단계 수에 따라 다음이 있습니다.

1. 균일 연소가스 산화제 환경에서 가연성 물질의 가스 및 증기. 따라서 연소 반응은 하나의 상(집합 상태)으로 구성된 시스템에서 발생합니다.

2. 이종 연소기체 산화제 환경의 고체 가연성 물질. 이 경우 반응은 경계면에서 일어나는 반면, 균일한 반응은 부피 전체에서 일어납니다.

예를 들어, 석탄의 자연 연소의 불균일 반응은 휘발성 물질 연소의 균질 단계로 진행됩니다. 코크스 잔류물은 불균일하게 연소됩니다.

4.3. 확산과 운동 연소.

가연성 혼합물의 준비 정도에 따라 확산 연소와 운동 연소가 구별됩니다.

고려되는 연소 유형(폭발물 제외)은 확산 연소와 관련됩니다. 불꽃, 즉 연료와 공기 혼합물의 연소 구역에는 안정성을 보장하기 위해 연료와 산소가 지속적으로 공급되어야 합니다. 가연성 가스의 공급은 연소 구역으로의 공급 속도에만 의존합니다. 인화성 액체의 유입 속도는 증발 강도에 따라 달라집니다. 액체 표면 위의 증기압, 결과적으로 액체 온도에 영향을 미칩니다. 점화 온도표면 위의 불꽃이 꺼지지 않는 액체의 가장 낮은 온도입니다.

고체의 연소는 휘발성 열분해 생성물의 후속 점화와 함께 분해 및 가스화 단계가 존재한다는 점에서 가스 연소와 다릅니다.

열분해유기물질을 가열하는 것입니다. 고온공기 접근 없이. 이 경우 복잡한 화합물이 더 간단한 화합물로 분해 또는 분할됩니다(석탄 코킹, 오일 분해, 목재 건식 증류). 따라서 고체 가연성 물질이 연소 생성물로 연소되는 과정은 화염 영역에만 집중되는 것이 아니라 다단계 특성을 갖습니다.

고체 연소 모델은 다음 단계가 있다고 가정합니다(그림 17).

쌀. 17. 연소 모델

고체.

고체상을 워밍업합니다. 용융 물질의 경우 이 구역에서 용융이 발생합니다. 구역의 두께는 물질의 전도도 온도에 따라 달라집니다.

기체상의 가연성 물질이 형성되는 고체상의 열분해 또는 반응 구역;

산화제와의 혼합물이 형성되는 기상에서의 예비 화염;

열분해 생성물이 기체 연소 생성물로 변환되는 기체 상의 화염 또는 반응 영역.

연소 제품.

연소 영역으로의 산소 공급 속도는 연소 생성물을 통한 확산에 따라 달라집니다.

일반적으로 속도가 빠르기 때문에 화학 반응고려중인 연소 유형의 연소 영역에서 반응 성분의 유입 속도와 분자 또는 운동 확산에 의한 화염 표면에 따라 이러한 유형의 연소를 호출합니다. 확산.

확산 연소 화염의 구조는 세 구역으로 구성됩니다(그림 18).

쌀. 18. 화염 구조.

구역 2에서는 증기(가스)와 대기 산소의 혼합물이 형성되고 불완전 연소가 발생하여 CO가 부분적으로 탄소(적은 산소)로 환원됩니다.

C n H m + O 2 → CO + CO 2 + H 2 O;

세 번째 외부 영역에서는 두 번째 영역의 생성물이 완전 연소되고 최대 화염 온도가 관찰됩니다.

2CO+O 2 =2CO 2 ;

화염 높이는 확산 계수와 가스 유량에 비례하고 가스 밀도에 반비례합니다.

모든 유형의 확산 연소는 화재에 내재되어 있습니다.

키네틱연소는 미리 혼합된 가연성 가스, 증기 또는 먼지가 산화제와 함께 연소되는 것입니다. 이 경우 연소율은 가연성 혼합물의 물리화학적 특성(열전도도, 열용량, 난류, 물질 농도, 압력 등)에만 의존합니다. 따라서 연소율이 급격히 증가합니다. 이러한 유형의 연소는 폭발에 내재되어 있습니다.

이 경우 가연성 혼합물이 어느 지점에서든 발화되면 화염면이 연소 생성물에서 새로운 혼합물로 이동합니다. 따라서 운동 연소 중 화염은 불안정한 경우가 가장 많습니다(그림 19).

쌀. 19. 가연성 혼합물의 화염 전파 계획: - 점화원; - 화염 전면의 이동 방향.

그래도 먼저 섞으면 가연성 가스공기와 함께 버너에 공급하면 혼합물의 유속이 화염 전파 속도와 같다면 점화시 고정 화염이 형성됩니다.

연소 정도에 따라, 즉. 최종 제품에 대한 연소 반응이 완료되면 연소가 발생합니다. 완전한 것과 불완전한 것.

또 다른 예: 산소가 부족하면 탄소가 연소되어 일산화탄소가 됩니다.

O를 추가하면 반응이 완료됩니다.

2СО+O 2 =2СО 2.

연소 속도는 가스 이동의 특성에 따라 다릅니다. 따라서 층류 연소와 난류 연소가 구별됩니다.

따라서 층류 연소의 예는 정체된 공기 중의 촛불 불꽃입니다. ~에 층류 연소가스 층은 소용돌이 없이 평행하게 흐릅니다.

어디: 유- 가스 흐름 속도;

N- 동점도;

엘– 특징적인 선형 크기.

층류 경계층이 난류 경계층으로 전이되는 레이놀즈 수를 임계 Re cr, Re cr ~ 2320이라고 합니다.

난류는 연소 생성물에서 새로운 혼합물로의 더 강렬한 열 전달로 인해 연소 속도를 증가시킵니다.

4.4. 정상적인 연소.

운동 연소 중 화염 전파 속도에 따라 일반 연소(수 m/s 이내), 폭발성 폭연(수십 m/s) 또는 폭발(수천 m/s)이 발생할 수 있습니다. 이러한 유형의 연소는 서로 변환될 수 있습니다.

정상연소– 이는 외부 교란(난기류 또는 가스 압력의 변화) 없이 화염이 확산되는 연소입니다. 가연성 물질의 특성에만 의존합니다. 열 효과, 열전도도 및 확산 계수. 따라서 특정 조성의 혼합물의 물리적 상수입니다. 이 경우 연소 속도는 일반적으로 0.3-3.0m/s입니다. 연소의 전파 속도 벡터가 화염 전면에 수직이기 때문에 연소를 정상이라고 부릅니다.

4.5. 폭연(폭발성) 연소.

정상적인 연소는 불안정하고 닫힌 공간스스로 가속하는 경향이 있다. 그 이유는 용기 벽에 대한 가스의 마찰과 혼합물의 압력 변화로 인한 화염 전면의 곡률 때문입니다.

파이프 내에서 화염이 전파되는 과정을 생각해 봅시다(그림 20).

쌀. 20. 폭발성 연소 발생 계획.

처음에는 파이프의 열린 끝 부분에서 불꽃이 정상적인 속도로 퍼지기 때문에 연소 생성물은 자유롭게 팽창하여 나옵니다. 혼합물의 압력은 변하지 않습니다. 균일한 화염 전파 기간은 파이프 직경, 연료 유형 및 농도에 따라 달라집니다.

화염 전면이 파이프 내부로 이동함에 따라 초기 혼합물에 비해 부피가 큰 반응 생성물은 외부로 빠져 나갈 시간이 없으며 압력이 증가합니다. 이 압력은 모든 방향으로 밀기 시작하므로 화염 전면보다 앞서 초기 혼합물이 화염 확산 방향으로 이동하기 시작합니다. 벽에 인접한 층은 억제됩니다. 화염은 파이프 중앙에서 가장 빠른 속도를 가지며 벽 근처에서 가장 느린 속도를 갖습니다(벽의 열 제거로 인해). 따라서 화염전면은 화염이 전파되는 방향으로 늘어나며 그 표면도 증가한다. 이에 비례하여 단위 시간당 가연성 혼합물의 양이 증가하여 압력이 증가하고 이로 인해 가스 이동 속도가 증가하는 등의 현상이 발생합니다. 따라서 화염 전파 속도가 초당 수백 미터로 눈사태처럼 증가합니다.

가연성 가스 혼합물을 통한 화염 전파 과정은 인접한 반응 생성물 층의 열 전도에 의한 가열로 인해 자체 가속 연소 반응이 확산되는 과정을 호출합니다. 폭연. 일반적으로 폭연 연소 속도는 아음속입니다. 333m/s 미만.

4.6. 폭발 연소.

가연성 혼합물의 층별 연소를 고려하면 연소 생성물의 열팽창으로 인해 압축파가 화염 전면 앞에 나타날 때마다 발생합니다. 더 밀도가 높은 매체를 통해 이동하는 각 후속 파동은 이전 파동을 따라잡고 그 위에 겹쳐집니다. 점차적으로 이러한 파동은 하나의 충격파로 결합됩니다(그림 21).

쌀. 21. 폭발파 형성 계획 : R o< Р 1 < Р 2 < Р 3 < Р 4 < Р 5 < Р 6 < Р 7 ; 1-7 – нарастание давления в слоях с 1-го по 7-ой.

충격파에서는 단열 압축의 결과로 가스 밀도가 순간적으로 증가하고 자체 점화를 위해 온도가 T 0까지 상승합니다. 결과적으로 가연성 혼합물은 충격파에 의해 점화되고 폭발– 충격파에 의한 점화에 의한 연소 전파. 폭발파가 나오지 않기 때문에 뒤에서 움직이는 불꽃의 충격파에 의해 연료가 공급됩니다.

폭발의 특징은 각 혼합물 구성에 따라 결정되는 1000-9000m/s의 초음속 속도에서 발생하므로 혼합물의 물리적 상수가 된다는 것입니다. 이는 가연성 혼합물의 칼로리 함량과 연소 생성물의 열용량에만 의존합니다.

장애물과 충격파가 만나면 반사된 충격파가 형성되고 더 큰 압력이 발생합니다.

폭발이 가장 위험한 표정불꽃이 퍼지기 때문에 최대 폭발력(N=A/t)과 엄청난 속도를 가지고 있습니다. 실제로 폭발은 폭발 전 구간에서만 "중화"될 수 있습니다. 발화점에서 폭발 연소 지점까지의 거리. 가스의 경우 이 구간의 길이는 1~10m입니다.