Bij adiabatisch, d.w.z. verbranding die niet gepaard gaat met thermische verliezen, wordt de gehele toevoer van chemische energie van het brandbare systeem omgezet in thermische energie reactie producten. De temperatuur van de producten van adiabatische verbranding hangt niet af van de snelheid van de reacties die in de vlam plaatsvinden, maar alleen van hun totale thermisch effect en warmtecapaciteiten van de eindproducten. Deze waarde wordt de adiabatische verbrandingstemperatuur genoemd T g. Dat is ze belangrijk kenmerk brandbare omgeving. Voor de meeste brandbare mengsels de waarde T g ligt binnen het bereik van 1500 ÷ 3000°K. Dat is duidelijk T G - Maximale temperatuur reactieproducten bij afwezigheid van externe verwarming. De werkelijke temperatuur van verbrandingsproducten kan alleen lager zijn T d in geval van warmteverlies.
Volgens de thermische verbrandingstheorie, ontwikkeld door Sovjetwetenschappers Ya. B. Zeldovich en D. A. Frank-Kamenetsky, vindt vlamvoortplanting plaats door warmte van verbrandingsproducten over te dragen aan het onverbrande (verse) mengsel. De temperatuurverdeling in het gasmengsel, rekening houdend met de warmteafgifte door de chemische reactie en de thermische geleidbaarheid, wordt getoond in Fig. 6.1:
Rijst. 6.1. Temperatuurverdeling in een gasmengsel
Vlamfront, d.w.z. de zone waarin de verbrandingsreactie en intense zelfverhitting van het verbrandingsgas plaatsvindt, begint bij de zelfontbrandingstemperatuur T St en eindigt op temperatuur T G.
Voor het vlamfront dat zich naar rechts voortplant, bevindt zich een vers mengsel en daarachter bevinden zich verbrandingsproducten. Er wordt aangenomen dat de reactie in de verwarmingszone zo langzaam verloopt dat het vrijkomen van warmte wordt verwaarloosd.
Het warmteoverdrachtsproces tijdens stationaire vlamvoortplanting leidt niet tot warmteverlies en een temperatuurdaling in vergelijking met T d direct achter het vlamfront. De warmteafvoer uit elke brandende gaslaag wanneer de aangrenzende, nog niet verwarmde laag wordt ontstoken, wordt gecompenseerd door een soortgelijke hoeveelheid warmte die eerder in de ontstekende laag werd ontvangen tijdens zijn eigen ontsteking. De extra warmte van de initiële ontstekingspuls verstoort het stabiele verbrandingsregime niet merkbaar, aangezien de rol ervan steeds meer afneemt naarmate de hoeveelheid verbrand gas toeneemt.
Verbrandingsproducten verliezen alleen warmte als gevolg van straling en bij contact met een vast oppervlak. Als de straling onbeduidend is, blijkt een dergelijke verbranding vrijwel adiabatisch te zijn. Merkbare warmteverliezen zijn alleen mogelijk op een bepaalde afstand achter het vlamfront.
Het initiëren van de verbranding van een gasmengsel op een bepaald punt leidt dus tot verwarming van de nabijgelegen laag, die wordt verwarmd door thermische geleiding van de reactieproducten tot zelfontbranding. De verbranding van deze laag brengt de ontsteking van de volgende met zich mee, enz. totdat het brandbare mengsel volledig is opgebrand. De warmte die uit de reactiezone wordt afgevoerd naar het verse mengsel wordt volledig gecompenseerd door het vrijkomen van reactiewarmte, en er ontstaat een stabiel vlamfront. Door laag voor laag verbranding beweegt het vlamfront door het mengsel waardoor de vlam zich kan verspreiden.
Als het verse mengsel met een snelheid gelijk aan de snelheid van de vlamvoortplanting naar het vlamfront beweegt, zal de vlam bewegingloos (stilstaand) zijn.
Door thermische geleidbaarheid wordt per tijdseenheid een hoeveelheid warmte aan het verse mengsel geleverd vanaf een eenheid vlamoppervlak:
(6.7)
waar is de thermische geleidbaarheidscoëfficiënt; – breedte van het vlamfront.
Deze warmte wordt besteed aan het verwarmen van het verse mengsel van de begintemperatuur tot de verbrandingstemperatuur:
Waar Met – specifieke hitte; – dichtheid van het mengsel.
Rekening houdend met vergelijkingen (6.7) en (6.8) bij U pl =υ g de snelheid van vlamvoortplanting wordt bepaald door de relatie:
, (6.9)
waar is de thermische diffusiecoëfficiënt.
Omdat de verbrandingssnelheid sterk afhankelijk is van de temperatuur, vindt de verbranding van het grootste deel van het gas plaats in een zone waarvan de temperatuur dichtbij ligt
De snelheid van een chemische reactie wordt bepaald door de vergelijking:
(6.10)
De snelheid van de vlamvoortplanting is dan:
(6.11)
Waar B– een indicator afhankelijk van de eigenschappen van het mengsel.
De vlam zal zich dus niet door het brandbare mengsel kunnen verspreiden als de temperatuur ervan een bepaalde hoeveelheid onder de theoretische verbrandingstemperatuur ligt.
Maximale vlamvoortplantingssnelheid wordt niet waargenomen met een stoichiometrische verhouding van brandstof en oxidatiemiddel in het mengsel, maar met een overmaat aan brandstof. Bij het voorverwarmen van het mengsel neemt de vlamvoortplantingssnelheid onder reële omstandigheden aanzienlijk toe, aangezien deze evenredig is met het kwadraat van de begintemperatuur van het mengsel.
1) Vochtigheid van het materiaal.
2) De invloed van de oriëntatie van het monster in de ruimte.
Bij negatieve hellingshoeken (richting van de vlambeweging van boven naar beneden) verandert de snelheid van de vlamvoortplanting niet of neemt deze enigszins af. Wanneer de positieve hellingshoek (richting van de vlambeweging van onder naar boven) groter wordt dan 10-15 0, neemt de snelheid van de vlamvoortplanting sterk toe.
3) Invloed van snelheid en richting van luchtstromen.
Met toenemende snelheid wind in de rug De gasuitwisseling verbetert en de hellingshoek van de vlam ten opzichte van het monster neemt af. De snelheid van verspreiding neemt toe.
Een luchtstroom die tegen de richting van de vlambeweging in gericht is, heeft een dubbel effect op de snelheid van de vlamvoortplanting.
Als gevolg van het aerodynamisch afremmen en afkoelen van verwarmde delen van het oppervlak vóór het vlamfront neemt de snelheid van de vlamvoortplanting af. Aan de andere kant intensiveert de luchtstroom het mengen van pyrolyseproducten met het oxidatiemiddel, vindt de vorming van een homogeen brandbaar mengsel sneller plaats, nadert de vlampunt het oppervlak van het vaste materiaal, wat op zijn beurt leidt tot een verdere toename van intensiteit, en dit versnelt de verspreiding van de vlam.
4) De invloed van de geometrische afmetingen van het monster.
Er zijn thermisch dikke en thermisch dunne monsters.
De thermische dikte is de dikte van de laag vast materiaal die vóór het vlamfront wordt verwarmd boven de begintemperatuur tegen de tijd dat de vlam zich naar een bepaald oppervlak verspreidt.
5) Invloed van het substraatmateriaal.
Als brandbaar materiaal in contact komt met een materiaal (substraat) waarvan de thermofysische eigenschappen verschillen van die van lucht, zal dit ook de snelheid van de vlamvoortplanting beïnvloeden (geplakt papier, draadisolatie, enz.). Als l laag > l hoog. mat. , dan wordt de warmte intensief uit het monster verwijderd en zal de voortplantingssnelheid lager zijn dan bij afwezigheid van een substraat.
6) Effect van zuurstofgehalte in omgeving.
Naarmate het zuurstofgehalte in de omgeving toeneemt, neemt de snelheid van de vlamvoortplanting toe.
7. Invloed van de begintemperatuur van het monster.
Voor hout leidt een verhoging van de begintemperatuur tot 230–250 o C (temperatuurbereik van pyrolyse) tot een scherpe stijging van u l.
Burn-out harde materialen
Gelijktijdig met de verspreiding van de vlam over het oppervlak van het materiaal begint het proces van uitbranden. De patronen van het uitbranden van vaste materialen zijn in belangrijke mate afhankelijk van de aard van de transformatie van de vaste fase in gasvormige producten.
Als de ontleding van de vaste fase plaatsvindt in een smalle laag aan het oppervlak zonder vorming van een koolstoflaag, dan verloopt de verbranding in dit geval met een constante snelheid. Na ontsteking wordt aan het oppervlak van de vaste fase een constante temperatuur ingesteld, gelijk aan de kook- of sublimatietemperatuur van de stof.
Verbrandingsmechanisme vaste stoffen, dat optreedt bij de vorming van een koolstofhoudend residu op het verbrandingsoppervlak, is complexer. Dit is hoe bijna alle stoffen van plantaardige oorsprong verbranden, sommige kunststoffen bevatten niet-brandbare of langzaam brandende vulstoffen (talk, roet, enz.). De meest voorkomende brandbare stoffen van plantaardige oorsprong van dit type zijn hout. Op het moment van ontsteking loopt de temperatuur van de oppervlaktelaag van hout door de warmtestroom uit de vlamzone snel op tot 450-500 o C. Intensieve afbraak van stoffen vindt plaats onder vorming van vluchtige producten en houtskool, terwijl de temperatuur aan de oppervlakte stijgt tot 600 o C.
Afhankelijk van de diepte van het verbranden van hout zijn er gebieden met verschillende fysieke en fysisch-chemische kenmerken. Conventioneel kunnen ze worden verdeeld in 4 zones:
I - houtskool, bestaande uit 99% koolstof;
II - hout met verschillende graden van pyrolyse;
III - niet-gepyrolyseerd, droog hout;
IV - origineel hout.
Omdat bij de verbranding van hout vluchtige producten uit de vaste fase vrijkomen, wordt het materiaal steeds dieper verkoold. Een toename van de dikte van de koolstoflaag veroorzaakt een toename ervan thermische weerstand en vermindert daarom de snelheid van verwarming en pyrolyse van houtlagen die nog niet zijn afgebroken, en de snelheid vlammende verbranding neemt geleidelijk af. De vlammende verbranding van hout stopt wanneer de massasnelheid van vluchtige emissies afneemt tot 5 g/(m 2 s). De dikte van de steenkoollaag bereikt 15-20 mm.
Het stoppen van de brandende verbranding van hout opent de toegang van zuurstof uit de lucht tot steenkool die is verwarmd tot een temperatuur van 650-700 o C. De tweede fase van houtverbranding begint - heterogene oxidatie van de koolstoflaag, voornamelijk volgens de reactie C + O 2 ® CO 2 + 33000 kJ/kg, de temperatuur van de koolstoflaag neemt toe tot 800 o C, en het proces van heterogene De verbranding van steenkool wordt nog intensiever.
Het echte beeld van de transitie homogene verbranding in heterogeen wijkt enigszins af van het bovenstaande.
De belangrijkste kwantitatieve parameter die het proces van het uitbranden van vaste materialen kenmerkt, is de massale uitbrandsnelheid, een van de parameters die de dynamiek van de brand bepaalt.
Het verminderde massale burn-outpercentage is de hoeveelheid stof die per tijdseenheid per oppervlakte-eenheid van de brand wordt verbrand.
Verbranding van metalen
Afhankelijk van de aard van de verbranding zijn metalen verdeeld in twee groepen: vluchtig en niet-vluchtig.
Vluchtige metalen hebben Tpl< 1000 К, Т кип < 1500 К. К ним относятся щелочные металлы (литий, натрий, калий и др.) и щелочноземельные (магний, кальций).
Niet-vluchtige metalen hebben Tm >1000 K, Tbp >2500 K. Het verbrandingsmechanisme wordt grotendeels bepaald door de eigenschappen van het metaaloxide. Het smeltpunt van vluchtige metalen is lager dan het smeltpunt van hun oxiden. Bovendien zijn deze laatste behoorlijk poreuze formaties.
Wanneer IR naar het oppervlak van het metaal wordt gebracht, verdampt het en oxideert het. Wanneer de dampconcentratie de onderste brandbare concentratiegrens bereikt, ontbrandt deze. De diffusieverbrandingszone bevindt zich aan het oppervlak, een groot deel van de warmte wordt overgedragen op het metaal en wordt verwarmd tot het T-kookpunt. De resulterende dampen, die vrij door de poreuze oxidefilm diffunderen, komen de verbrandingszone binnen. Het koken van het metaal veroorzaakt periodieke vernietiging van de oxidefilm, waardoor de verbranding wordt geïntensiveerd. Verbrandingsproducten (metaaloxiden) diffunderen niet alleen naar het metaaloppervlak, waardoor de vorming van een oxidekorst wordt bevorderd, maar ook naar de omringende ruimte, waar ze condenseren en vaste deeltjes vormen in de vorm van witte rook. De vorming van witte, dichte rook is een visueel teken van verbranding van vluchtige metalen.
Voor niet-vluchtige metalen met hoge temperaturen faseovergang, tijdens de verbranding wordt er een zeer dichte oxidefilm op het oppervlak gevormd, die goed hecht aan het metaaloppervlak. Als gevolg hiervan wordt de diffusiesnelheid van metaaldamp door de film sterk verminderd en kunnen grote deeltjes, bijvoorbeeld aluminium en beryllium, niet verbranden. In de regel ontstaat brand van dergelijke metalen in de vorm van spaanders, poeders en spuitbussen. Ze branden zonder dikke rook te produceren. De vorming van een dichte oxidefilm op het metaaloppervlak leidt tot de explosie van het deeltje. Dit fenomeen, dat vooral vaak wordt waargenomen wanneer deeltjes bewegen in een oxiderende omgeving met hoge temperaturen, wordt geassocieerd met de ophoping van metaaldampen onder de oxidefilm, gevolgd door het plotseling scheuren ervan. Dit leidt uiteraard tot een scherpe intensivering van de verbranding.
Stofverbranding
Stof is een gedispergeerd systeem dat bestaat uit een gasvormig dispersiemedium (lucht, enz.) en een vaste gedispergeerde fase (meel, suiker, hout, steenkool, enz.).
Factoren die de snelheid van vlamvoortplanting door stof-luchtmengsels beïnvloeden:
1) Stofconcentratie.
Net als bij de verbranding van een homogeen gas-luchtmengsel treedt de maximale vlamvoortplantingssnelheid op bij mengsels die iets hoger zijn dan de stoichiometrische samenstelling. Voor veenstof bedraagt deze 1,0-1,5 kg/m3.
2) Asgehalte.
Naarmate het asgehalte toeneemt, neemt de concentratie van de brandbare component af en dienovereenkomstig neemt de snelheid van de vlamvoortplanting af.
Naarmate het zuurstofgehalte afneemt, neemt de snelheid van de vlamvoortplanting af.
Classificatie van stof volgens brand- en explosiegevaar.
Op basis van het brand- en explosiegevaar worden stofsoorten onderverdeeld in klassen:
Klasse I - de meest explosieve - jn tot 15 g/m 3;
Klasse II - explosief - 15 g/m 3< j н < 65 г/м 3 ;
Klasse III - het meest brandgevaarlijk - j n > 65 g/m 3 ; T St tot 250 o C;
Klasse IV - brandgevaarlijk - j n > 65 g/m 3 ; T St > 250 o C.
DYNAMIEK VAN BRANDONTWIKKELING
Branddynamiek wordt opgevat als een reeks wetten en patronen die veranderingen in de belangrijkste parameters van een brand in tijd en ruimte beschrijven. De aard van de brand kan worden beoordeeld aan de hand van de combinatie van een groot aantal parameters: het brandoppervlak, de temperatuur van de brand, de snelheid van verspreiding, de intensiteit van de warmteafgifte, de intensiteit van de gasuitwisseling , de intensiteit van de rook, enz.
Er zijn zoveel brandparameters dat sommige daarvan bij sommige soorten branden primair zijn en bij andere secundair. Het hangt allemaal af van welke doelen worden gesteld voor de studie van een bepaald type brand.
Om de dynamiek van een brand te bestuderen, nemen we de oppervlakte van de brand, de temperatuur van de brand, de intensiteit van de gasuitwisseling en rook, en de snelheid van de brandverspreiding als de belangrijkste parameters die in de loop van de tijd veranderen. Deze brandparameters zijn het meest toegankelijk voor metingen, analyses en berekeningen. Ze dienen als initiële gegevens voor het bepalen van het benodigde type uitrusting en het berekenen van krachten en middelen bij het blussen van branden, ontwerpen automatische systemen brand blussen, enz.
Vanaf het moment dat een brand ontstaat, met zijn vrije ontwikkeling, tot aan het volledig stoppen ervan, kan een brand in een ruimte in fasen worden verdeeld.
Brandfasen
I. Ontstekingsfase.
De vlam ontstaat door een externe ontstekingsbron klein gebied en verspreidt zich langzaam. Rondom de verbrandingszone ontstaat een convectieve gasstroom, die zorgt voor de noodzakelijke gasuitwisseling. Het oppervlak van het brandbare materiaal warmt op, de grootte van de toorts neemt toe, de gasuitwisseling neemt toe en de stralingswarmtestroom neemt toe, die de omringende ruimte binnendringt en op het oppervlak van het brandbare materiaal terechtkomt. De duur van de bruiningsfase varieert van 1 tot 3 minuten.
II. Fase van brandstart.
De omgevingstemperatuur in de kamer stijgt langzaam. Het hele voorgaande proces wordt herhaald, maar met grotere intensiteit. De duur van de tweede fase is ongeveer 5-10 minuten.
III. Volumetrische brandontwikkelingsfase- een snel groeiproces van alle genoemde parameters. De kamertemperatuur bereikt 250 -300°C. De “volumetrische” fase van brandontwikkeling en de fase van volumetrische brandvoortplanting begint. Wanneer de gastemperatuur in de ruimte 300°C bedraagt, wordt de beglazing vernietigd. Naverbranding kan ook buiten de ruimte plaatsvinden (het vuur ontsnapt via de openingen naar buiten). De intensiteit van de gasuitwisseling verandert abrupt: deze neemt sterk toe, het proces van uitstroom van hete verbrandingsproducten en instroom verse lucht in de verbrandingszone.
IV. Brandfase.
Tijdens deze fase kan de kamertemperatuur kortstondig dalen. Maar in overeenstemming met de verandering in de gasuitwisselingsomstandigheden nemen brandparameters zoals de volledigheid van de verbranding, de snelheid van burn-out en de verspreiding van het verbrandingsproces sterk toe. Dienovereenkomstig neemt de totale warmteafgifte tijdens een brand sterk toe. De temperatuur, die enigszins daalde op het moment dat de beglazing werd vernietigd door de instroom van koude lucht, stijgt sterk en bereikt 500 - 600 ° C. Het proces van brandontwikkeling intensiveert snel. De numerieke waarde van alle eerder genoemde brandparameters neemt toe. Het brandoppervlak, de gemiddelde volumetrische temperatuur in de kamer (800-900 °C), de intensiteit van de brandbelasting en de rookgraad bereiken een maximum.
V. Stationaire verbrandingsfase.
De brandparameters stabiliseren zich. Dit gebeurt doorgaans 20-25 minuten na aanvang van de brand en kan, afhankelijk van de omvang van de brandlast, 20-30 minuten duren.
VI. Verval fase.
De verbrandingsintensiteit neemt geleidelijk af, omdat het grootste deel van de vuurlast is al uitgebrand. De kamer is opgestapeld een groot aantal van verbrandingsproducten. De gemiddelde volumeconcentratie van zuurstof in de kamer daalde tot 16-17% en de concentratie van verbrandingsproducten die intense verbranding voorkomen, nam toe tot de maximale waarde. De intensiteit van de stralingswarmteoverdracht naar het brandbare materiaal nam af als gevolg van een temperatuurdaling in de verbrandingszone. Door een toename van de optische dichtheid van het medium neemt de brandintensiteit langzaam af, wat leidt tot een afname van alle andere brandparameters. Het brandoppervlak krimpt niet: het kan groeien of stabiliseren.
VII. Naverbrandingsfase.
Deze laatste fase van de brand wordt gekenmerkt door langzaam smeulen, waarna na enige, soms behoorlijk lange tijd, het branden stopt.
Basisbrandparameters
Laten we eens kwantitatief kijken naar enkele fundamentele parameters van een brand die de dynamiek van de ontwikkeling ervan bepalen. Laten we de intensiteit van de warmteafgifte bij brand bepalen, aangezien dit een van de belangrijkste parameters van het verbrandingsproces is:
Q=βQ ð n V m ’Sp, (kJ/s)
waarbij β en Q рn constanten zijn (onderverbrandingscoëfficiënt en lagere calorische waarde van de vuurbelasting);
V m ¢ - verlaagd percentage massale burn-outs;
S p – brandgebied;
V m ¢ en S p zijn afhankelijk van het tijdstip van brandontwikkeling, brandtemperatuur, gasuitwisseling, enz.
Het verminderde massale burn-outpercentage V m ¢ wordt bepaald door de formule:
v m ¢ = (a×T p +b×I g) v m o ¢
waarbij a, b empirische coëfficiënten zijn;
v m o ¢ - verminderde massasnelheid van de brandbelasting voor een bepaald type brandbaar materiaal;
T p - gemiddelde brandtemperatuur;
I g - intensiteit van gasuitwisseling.
De afhankelijkheid van het brandgebied van de belangrijkste parameters van zijn ontwikkeling heeft de vorm:
S p = k (v p ∙ τ) n
waarbij k en n coëfficiënten zijn, afhankelijk van de geometrische vorm van het brandgebied;
v р – lineaire snelheid van branduitbreiding;
τ is de tijd van zijn vrije ontwikkeling.
k = π; n = 2 k = ; n = 2 k = 2a; n=1
k =; n = 2 k = 2a; n=1
De lineaire snelheid van brandvoortplanting hangt af van het type brandbare lading, Gemiddelde temperatuur brand- en gasuitwisselingsintensiteit:
v p = (a 1 T p + b 1 I g)v po
waarbij a 1 en b 1 empirische coëfficiënten zijn die de afhankelijkheid vaststellen van de lineaire snelheid van branduitbreiding van de gemiddelde temperatuur en intensiteit van de gasuitwisseling, waarvan de numerieke waarde empirisch wordt bepaald voor elk specifiek type brandstof;
v p o - lineaire voortplantingssnelheid van de verbranding voor een bepaald type brandstof.
Naarmate de brand zich ontwikkelt, zullen de brandtemperatuur en de gasuitwisseling toenemen, waardoor de lineaire snelheid van de verbrandingsvoortplanting toeneemt en de massale burn-outsnelheid afneemt.
Thermische omstandigheden tijdens een brand
Het optreden en de snelheid van thermische processen zijn afhankelijk van de intensiteit van de warmteafgifte in de verbrandingszone, d.w.z. van de hitte van het vuur. Kwantitatieve kenmerken van veranderingen in de warmteafgifte bij brand, afhankelijk van verschillende omstandigheden De verbranding wordt geregeld door de temperatuur. Onder temperatuur omstandigheden branden begrijpen de verandering in temperatuur in de loop van de tijd. Het bepalen van de brandtemperatuur met behulp van zowel experimentele als computationele methoden is uiterst moeilijk. Voor technische berekeningen bij het oplossen van een aantal praktische problemen wordt de brandtemperatuur bepaald op basis van de warmtebalansvergelijking. De warmtebalans van een brand wordt niet alleen samengesteld om de temperatuur van de brand te bepalen, maar ook om de kwantitatieve verdeling van thermische energie in kaart te brengen. Over het algemeen geldt de warmtebalans van een brand op dit moment tijd kan worden gepresenteerd op de volgende manier:
Q p = Q pg +Q k +Q l
waarbij Q p de warmte is die vrijkomt bij brand, kJ;
Q pg - warmte in verbrandingsproducten, kJ;
Q к - warmte overgedragen van de verbrandingszone door convectie naar de lucht die de zone wast, maar niet deelneemt aan de verbranding, kJ;
Q l – warmte die door straling uit de verbrandingszone wordt overgedragen.
Voor open haarden is vastgesteld dat het aandeel van de warmte die door straling en convectie vanuit de verbrandingszone wordt overgedragen 40-50% van Q p bedraagt. Het resterende deel van de warmte (60-70% van Q p) wordt gebruikt om de verbranding te verwarmen. producten. Zo zal 60-70% van de theoretische verbrandingstemperatuur van een bepaald brandbaar materiaal een geschatte waarde van de vlamtemperatuur opleveren. De temperatuur van open vuur is afhankelijk van calorische waarde brandbare materialen, hun burn-outsnelheid en meteorologische omstandigheden. Gemiddeld bedraagt de maximale temperatuur van een open vuur voor brandbare gassen 1200 - 1350°C, voor vloeistoffen - 1100 - 1300°C en voor vaste brandbare materialen van organische oorsprong - 1100 - 1250°C.
Bij een interne brand wordt de temperatuur door meer factoren beïnvloed: de aard van het brandbare materiaal, de omvang van de brandbelasting en de locatie ervan, het verbrandingsoppervlak, de afmetingen van het gebouw (vloeroppervlak, hoogte van de kamer, enz.) en de intensiteit van de gasuitwisseling (grootte en locatie van openingen). Laten we de invloed van deze factoren nader bekijken.
Een brand kan op basis van temperatuurveranderingen worden onderverdeeld in drie karakteristieke perioden: begin-, hoofd- en eindfase.
Oorspronkelijke periode- gekenmerkt door een relatief lage gemiddelde volumetemperatuur.
Belangrijkste periode- daarbij wordt 70-80% van de totale lading brandbare materialen verbrand. Het einde van deze periode vindt plaats wanneer de gemiddelde volumetemperatuur wordt bereikt hoogste waarde of daalt tot maximaal 80% van de maximale waarde.
Laatste periode- gekenmerkt door een temperatuurdaling als gevolg van het uitbranden van de vuurbelasting.
Figuur 9.1. Verandering in de temperatuur van een interne brand in de loop van de tijd: 1 - curve van een specifieke brand; 2 - standaardcurve
Omdat de groeisnelheid en de absolute waarde van de brandtemperatuur in elk specifiek geval hun eigen karakteristieke waarden en kenmerken hebben, werd het concept van een standaard temperatuurcurve geïntroduceerd (Fig. 21.2), die de meest voorkomende samenvat. kenmerken temperatuurveranderingen bij interne branden. De standaardtemperatuur wordt beschreven door de vergelijking.
De normale vlamvoortplantingssnelheid (un) hangt af van de thermofysische eigenschappen van het gas-luchtmengsel. Maar in nog grotere mate hangt de verspreidingssnelheid ervan af fysische en chemische eigenschappen? verbrandingssnelheid V, en temperatuur in de verbrandingsreactiezone, TG:
die. un is evenredig met de snelheid van de oxidatiereactie (V) en is exponentieel afhankelijk van de inverse temperatuur van de verbrandingszone (Tg). De bepalende parameter is uiteraard de reactiesnelheid. Laten we de vergelijking schrijven voor de snelheid van de chemische verbrandingsreactie:
waarbij k0 de pre-exponentiële factor is uit de Arrhenius-vergelijking,
Cg, Sap - concentraties brandstof en oxidatiemiddel,
m, n - reactieorders voor respectievelijk brandstof en oxidatiemiddel,
Ea is de activeringsenergie van een chemische reactie.
Laten we eens kijken hoe de snelheid van oxidatiereacties zal veranderen voor mengsels met verschillende verhoudingen van brandstof en oxidatiemiddel (Fig. 2).
De grafiek laat zien dat voor een mengsel met een stoichiometrische samenstelling (luchtovermaatcoëfficiënt? = 1) de snelheid van de oxidatiereactie maximaal is.
Wanneer de concentratie brandstof in een mengsel boven de stoichiometrische hoeveelheid stijgt? wordt< 1 (кислород находится в недостатке), горючее сгорает не полностью. В этом случае меньше выделится теплоты реакции горения Qгор и произойдёт снижение Tг.
De snelheid van de oxidatiereactie zal afnemen vergeleken met de stoichiometrische samenstelling van het mengsel, zowel als gevolg van een afname van de concentratie van het oxidatiemiddel O2 en de temperatuur van de verbrandingszone. Dat wil zeggen, met een consistente daling? (wat equivalent is aan het verhogen van de concentratie van SG in het mengsel) snelheid van de oxidatiereactie? en de verbrandingszonetemperaturen Tg zullen consistent afnemen. Op de grafiek bij SG > SGstech wordt de curve scherp naar beneden gericht. Een afname van de snelheid van de oxidatiereactie bij? > 1 wordt verklaard door een afname van de warmteafgifte in de verbrandingszone als gevolg van de lagere concentratie brandstof daarin.
Figuur 2. Afhankelijkheid van de verbrandingssnelheid van de brandstofconcentratie in het mengsel
Het is precies hetzelfde als in figuur 2, de afhankelijkheid van de snelheid van de verbrandingsreactie van de concentratie van de brandbare component in het initiële mengsel die de parabolische vorm vooraf bepaalt van de afhankelijkheid van de andere parameters van het verbrandingsproces van de samenstelling van het mengsel. het mengsel: de temperatuur van zelfontbranding en de minimale ontstekingsenergie, de concentratiegrenzen van vlamvoortplanting. De afhankelijkheid van de normale vlamvoortplantingssnelheid un van de brandstofconcentratie in het SG-mengsel heeft ook de vorm van een parabool. In afb. Figuur 3 toont dergelijke afhankelijkheden voor het geval van verbranding van een lucht-propaanmengsel verschillende betekenissen initiële temperatuur.
Figuur 3. Afhankelijkheid van de vlamvoortplantingssnelheid van de propaanconcentratie in de lucht bij een begintemperatuur van 311 K (1); 644 K (2); 811 K (3)
Volgens de hierboven beschreven concepten moet de maximale vlamvoortplantingssnelheid (unmax) overeenkomen met de stoichiometrische concentratie van de brandstof. De experimenteel gevonden waarden zijn echter enigszins verschoven naar rijk ontvlambare mengsels. Met een toename van de begintemperatuur van het mengsel zou de snelheid van de vlamvoortplanting moeten toenemen, wat in de praktijk wordt waargenomen. Voor een luchtmengsel van benzine en kerosinedampen heeft dit bijvoorbeeld de vorm getoond in Fig. 4.
Figuur 4. Afhankelijkheid van de vlamvoortplantingssnelheid van de begintemperatuur van het luchtmengsel van benzine- en kerosinedampen met lucht
Voor verschillende stoffen un hangt af van hun chemische aard en varieert binnen vrij ruime grenzen (Tabel 1). Voor de meeste mengsels van koolwaterstofbrandstoffen met lucht< 1 м/с. При введении в горючую смесь избыточного воздуха или азота температура горения заметно снижается.
Tafel 1.
Normale vlamvoortplantingssnelheid voor sommige brandbare mengsels
De introductie van inerte en neutrale gassen in het brandbare mengsel: stikstof N2, argon Ar, kooldioxide CO2 verdunt het en vermindert daardoor zowel de snelheid van de oxidatiereactie als de snelheid van de vlamvoortplanting. Dit blijkt duidelijk uit de afhankelijkheden weergegeven in figuur 1. 5.
Bovendien stopt de verbranding bij een bepaalde (flegmatiserende) concentratie van verdunningsmiddelen helemaal. De introductie van freons heeft het krachtigste effect, omdat ze ook een remmende werking hebben op de verbrandingsreactie.
Zoals blijkt uit Fig. 5 is de introductie van freon (114B2) in het brandbare mengsel 4 - 10 keer effectiever dan neutrale gassen - verdunningsmiddelen.
Figuur 5. Effect van de concentratie verdunningsmiddelen en koelmiddel 114B2 op de snelheid van vlamvoortplanting in een propaan-luchtmengsel (? = 1,15)
Het flegmatiserende vermogen van verdunningsgassen hangt af van hun thermofysische eigenschappen, en in het bijzonder van hun thermische geleidbaarheid en warmtecapaciteit.
1.3 Diffusieverbranding van gassen
In reële omstandigheden, in gevallen waarin gas of dampen ontbranden na het begin van hun nooduitstroom, wordt dit waargenomen diffusie verbranding. Een typisch en vrij gebruikelijk voorbeeld is de diffusieverbranding van gas tijdens de vernietiging van hoofdpijpleidingen, bij een noodstroomput op zee of op land van een gas- of gascondensaatveld, bij gasverwerkingsfabrieken.
Laten we eens kijken naar de kenmerken van een dergelijke verbranding. Stel dat de fontein in brand staat natuurlijk gas, waarvan het hoofdbestanddeel methaan is. De verbranding vindt plaats via diffusie en is laminair van aard. Concentratielimieten voor vlamvoortplanting (CPLP) voor methaan zijn 5 - 15% vol. Laten we de structuur van de vlam weergeven en grafische afhankelijkheid construeren van de verandering in de methaanconcentratie en de snelheid van de verbrandingsreactie op de afstand tot de axiale fontein (Fig. 6).
Figuur 6. Diagram van een laminaire diffusievlam van een gasfontein (a), verandering in brandstofconcentratie (b) en verbrandingsreactiesnelheid (c) langs het vlamfront.
De gasconcentratie daalt van 100% bij de axiale fontein naar de bovenste waarde concentratielimiet ontsteking en verder naar de NKPR aan de rand ervan.
Gasverbranding zal alleen plaatsvinden in het concentratiebereik van VKPR tot LKPR, d.w.z. binnen het concentratiebereik van de ontsteking ervan. De snelheid van de verbrandingsreactie? (T) zal nul zijn bij concentraties boven de VKPR en onder de LKPR, en maximaal bij. De afstand tussen de HNKPR en HVKPR bepaalt dus de breedte van het diffusievlamfront:
fp = HNKPR - HVKPR. (3)
De frontbreedte voor een dergelijke vlam varieert van 0,1 tot 10 mm. De snelheid van de verbrandingsreactie wordt in dit geval bepaald door de snelheid van zuurstofdiffusie en de waarde ervan is ongeveer 5 x 104 keer minder dan de verbrandingssnelheid in de kinetische modus. De thermische intensiteit is hetzelfde aantal keren lager, d.w.z. de snelheid waarmee warmte vrijkomt in een diffusiebrandende toorts.
1.4 Kenmerken van de verbranding van gasstralen. Vlamstabilisatieomstandigheden
Het is handiger om de verbrandingsomstandigheden van gasfonteinen te beschouwen aan de hand van het voorbeeld van gasstralen. In reële omstandigheden zijn dergelijke jets turbulent. Wanneer een gasstroom die uit een put stroomt, wordt ontstoken, ontstaat er een zogenaamde diffusiepluim, die een symmetrische spoelvormige vorm heeft (Fig. 6). Chemische verbrandingsreacties vinden plaats in een dunne oppervlaktelaag van de toorts, die in eerste benadering kan worden beschouwd als een oppervlak waar de concentraties brandstof en oxidatiemiddel nul worden, en de diffusiestromen van brandstof en oxidatiemiddel naar dit oppervlak stoichiometrisch zijn. verhouding. Het diffusieverbrandingsfront heeft een voortplantingssnelheid van nul en kan dus niet zelfstandig op de opwaarts stromende straal blijven.
Stabilisatie van de vlam op de straal vindt plaats helemaal onderaan de toorts, waar een ander verbrandingsmechanisme wordt gerealiseerd. Wanneer gas uit het gat stroomt, wordt een turbulente laag van menggas en omringende lucht gevormd op het aanvankelijke niet-brandende gedeelte van het straaloppervlak. In deze laag neemt de gasconcentratie in radiale richting geleidelijk af en neemt de concentratie van het oxidatiemiddel toe. In het middelste deel van de menglaag verschijnt een homogeen mengsel van brandstof en oxidatiemiddel met een samenstelling die bijna stoichiometrisch is. Wanneer een dergelijk voor verbranding voorbereid mengsel wordt ontstoken, kan het vlamfront zich met een eindige snelheid in de menglaag voortplanten, zelfs in de richting van de stroming, als de verbrandingssnelheid hoger is dan lokale snelheid stroom. Maar aangezien de straalsnelheid toeneemt naarmate deze de uitlaat nadert, wordt de straalsnelheid (uf) op een bepaalde hoogte gelijk aan de brandsnelheid (λt), en stabiliseert de vlam zich op het oppervlak van de straal op deze hoogte. Het is niet mogelijk om de snelheid van turbulente verbranding (λt) nauwkeurig te berekenen. Uit schattingen blijkt echter dat de waarde (λt) ongeveer gelijk is aan de pulserende snelheden van de straal, waarvan de grootte evenredig is met de axiale snelheid (um). Uit de experimentele gegevens volgt dat de maximale waarden van de wortel-gemiddelde-kwadraatpulsaties van de longitudinale snelheidscomponent 0,2um zijn. Als we deze waarde als de snelheid van de turbulente verbranding nemen, kunnen we aannemen dat de maximale snelheid van de vlamvoortplanting naar de gasstraal die met een snelheid van 300-450 m/s spuit ongeveer 50 m/s zal zijn.
1.5 Schatting van het debiet van brandende gasfonteinen
Bij het blussen van branden uit krachtige gasfonteinen is het nodig om de stroomsnelheid (D) van de brandende fontein te schatten, aangezien het gasverbruik een van de belangrijkste parameters is die het arbeidsvolume en de materiële en technische middelen bepalen die nodig zijn om het ongeval te elimineren. . Een directe meting van het debiet van een brandende fontein blijkt in de meeste gevallen echter onmogelijk en er zijn geen effectieve methoden op afstand om het debiet van de straal te bepalen. Het verbruik van krachtige gasfonteinen kan vrij nauwkeurig worden bepaald aan de hand van de hoogte van de toorts (H).
Het is bekend dat de hoogte van de turbulente pluim die wordt gevormd tijdens de verbranding van normaal geëxpandeerde gasstralen met een subsonische uitlaatsnelheid niet afhankelijk is van de snelheid of de stroomsnelheid van de straal, maar alleen wordt bepaald door de diameter van het gat (d) waaruit de straal stroomt, de thermofysische eigenschappen van het gas en de temperatuur (T) bij de uitgang van het gat.
Er is een bekende empirische formule voor het berekenen van het debiet van een fontein op basis van de hoogte van de fakkel bij het verbranden van aardgas:
D = 0,0025Hf 2, miljoen m3/dag. (4)
Bij echte branden laminaire modus verbranding komt vrijwel nooit voor. Gas, zowel in het reservoir van een gasveld als in transportleidingen en technologische installaties, staat onder druk. Het gasverbruik tijdens een noodlek zal dus zeer hoog zijn? tot 100 m3/s bij uitslaande branden gasbronnen(tot 10 miljoen m3/dag). Uiteraard zullen onder deze omstandigheden de uitstroommodi, en dus de verbrandingsmodi, turbulent zijn.
Om de krachten en middelen voor het blussen van brandende gasfakkels te berekenen, is het noodzakelijk om het gasverbruik te kennen. De initiële gegevens voor de berekening ervan ontbreken vrijwel altijd, omdat de gasdruk in technologische apparatuur of in het reservoir. Daarom gebruiken ze in de praktijk de experimenteel vastgestelde afhankelijkheid (4) van de vlamhoogte van de toorts van de gasstroomsnelheid, waarvan de berekende gegevens in de tabel worden gegeven. 2.
Tafel 2.
Afhankelijkheid van de vlamhoogte van de gasstroom van een gasfontein verschillende modi brandend
De normale vlamvoortplantingssnelheid is de snelheid waarmee het vlamfront beweegt ten opzichte van het onverbrande gas in een richting loodrecht op het oppervlak.
De waarde van de normale vlamvoortplantingssnelheid moet worden gebruikt bij het berekenen van de mate van toename van de explosiedruk van gas- en stoom-luchtmengsels in gesloten, lekkende apparatuur en gebouwen, de kritische (blus)diameter bij het ontwikkelen en maken van brandafleiders, de gebied van gemakkelijk te resetten structuren, veiligheidsmembranen en andere drukverlagingsapparaten; bij het ontwikkelen van maatregelen om de brand- en explosieveiligheid te waarborgen technologische processen in overeenstemming met de vereisten van GOST 12.1.004 en GOST 12.1.010.
De essentie van de methode voor het bepalen van de normale snelheid van vlamvoortplanting is het bereiden van een brandbaar mengsel met een bekende samenstelling in een reactievat, het mengsel in het midden ontsteken met een puntbron, het registreren van drukveranderingen in het vat in de loop van de tijd en het verwerken van de experimentele druk-tijdrelatie met behulp van een wiskundig model van het gasverbrandingsproces in gesloten vaten en optimalisatieprocedures. Het wiskundige model maakt het mogelijk om een berekende druk-tijdrelatie te verkrijgen, waarvan de optimalisatie met behulp van een vergelijkbare experimentele relatie resulteert in een verandering in de normale snelheid tijdens de ontwikkeling van een explosie voor een specifieke test.
De normale verbrandingssnelheid is de voortplantingssnelheid van het vlamfront ten opzichte van de onverbrande reagentia. De verbrandingssnelheid hangt af van een aantal fysische en chemische eigenschappen van de reagentia, in het bijzonder de thermische geleidbaarheid en de snelheid van de chemische reactie, en heeft voor elke brandstof een zeer specifieke waarde (onder constante verbrandingsomstandigheden). In tafel Tabel 1 toont de verbrandingssnelheden (en ontvlambaarheidsgrenzen) van enkele gasmengsels. Brandstofconcentraties in mengsels werden bepaald bij 25°C en normaal luchtdruk. Behoudens bekende uitzonderingen worden brandbaarheidsgrenzen verkregen door middel van vlamvoortplanting in een aan beide zijden gesloten buis met een diameter van 0,05 m. De brandstofovermaatcoëfficiënten worden gedefinieerd als de verhouding tussen het volumetrische brandstofgehalte in een reëel mengsel en het stoichiometrische mengsel (j1) en het mengsel bij de maximale verbrandingssnelheid (j2).
tafel 1
Verbrandingssnelheden van gecondenseerde mengsels (anorganische oxidator + magnesium)
| Laken |
| Document nummer. |
| Handtekening |
| datum |
| Laken |
| TGiV 20.05.01.070000.000 PZ |
Zoals te zien is, bij het verbranden van luchtgasmengsels bij atmosferische druk u max ligt in het bereik van 0,40-0,55 m/s, en - in het bereik van 0,3-0,6 kg/(m2-s). Alleen voor sommige onverzadigde verbindingen met een laag molecuulgewicht en waterstof u max ligt in het bereik van 0,8-3,0 m/s en bereikt 1-2 kg/(m2s). Door te verhogen En Het maximum van de onderzochte brandbare stoffen in mengsels met lucht kan zijn
Schik in de volgende rij: benzine en vloeibare raketbrandstoffen - paraffines en aromaten - koolmonoxide - cyclohexaan en cyclopropaan - ethyleen - propyleenoxide - ethyleenoxide - acetyleen - waterstof.
| Wijziging |
| Laken |
| Document nummer. |
| Handtekening |
| datum |
| Laken |
| TGiV 20.05.01.070000.000 PZ |
De lineaire verbrandingssnelheid van zuurstofmengsels is aanzienlijk hoger dan die van luchtmengsels (voor waterstof en koolmonoxide - 2-3 keer, en voor methaan - meer dan een orde van grootte). De massaverbrandingssnelheid van de bestudeerde zuurstofmengsels (behalve het CO + O2-mengsel) ligt in het bereik van 3,7-11,6 kg/(m2 s).
In tafel Tabel 1 toont (volgens N.A. Silin en D.I. Postovsky) de verbrandingssnelheden van gecompacteerde mengsels van nitraten en perchloraten met magnesium. Om de mengsels te bereiden werden poedervormige componenten met deeltjesgroottes van nitraten 150-250 micron, perchloraten 200-250 micron en magnesium 75-105 micron gebruikt. Het mengsel werd afgevuld in kartonnen omhulsels met een diameter van 24-46 mm tot een verdichtingscoëfficiënt van 0,86. De monsters werden bij normale druk en begintemperatuur in lucht verbrand.
Uit een vergelijking van de gegevens in Tabel. 1 en 1.25 volgt hieruit dat gecondenseerde mengsels superieur zijn gasmengsels in termen van massa en zijn inferieur aan hen in termen van lineaire verbrandingssnelheid. De verbrandingssnelheid van mengsels met perchloraten is lager dan de verbrandingssnelheid van mengsels met nitraten en mengsels met nitraten alkalimetalen verbranden sneller dan mengsels met aardalkalimetaalnitraat.
tafel 2
Ontstekingsgrenzen en verbrandingssnelheid van mengsels met lucht (I) en zuurstof (II) bij normale druk En kamertemperatuur
| Laken |
| Document nummer. |
| Handtekening |
| datum |
| Laken |
| TGiV 20.05.01.070000.000 PZ |
| Wijziging |
Methoden voor het berekenen van de burn-outsnelheid van vloeistoffen
| Wijziging |
| Laken |
| Document nummer. |
| Handtekening |
| datum |
| Laken |
| TGiV 20.05.01.070000.000 PZ |
; (16)
Waar M- dimensieloos burn-outpercentage;
; (17)
M F- molecuulgewicht van de vloeistof, kg mol-1;
D- karakteristieke grootte van de brandende vloeistofspiegel, m. Bepaald als de vierkantswortel van het verbrandingsoppervlak; als het verbrandingsgebied de vorm van een cirkel heeft, dan is de karakteristieke grootte gelijk aan de diameter. Bij het berekenen van de snelheid van turbulente verbranding kan men nemen D= 10 meter;
T k- kookpunt van de vloeistof, K.
De berekeningsprocedure is als volgt.
De verbrandingsmodus wordt bepaald door de waarde van het Galileo-criterium Ga, berekend met de formule
Waar G- versnelling van de vrije val, ms -2.
Afhankelijk van de verbrandingsmodus wordt het dimensieloze uitbrandingspercentage berekend M. Voor laminaire verbrandingsmodus:
Voor voorbijgaande verbrandingsmodus:
als dan 
, (20)
als , dan , (21)
Voor turbulente verbrandingsmodus:
; 
, (22)
M0- molecuulmassa zuurstof, kg mol -1;
n0- stoichiometrische zuurstofcoëfficiënt in de verbrandingsreactie;
n F- stoichiometrische vloeistofcoëfficiënt in de verbrandingsreactie.
B- dimensieloze parameter die de intensiteit van massaoverdracht karakteriseert, berekend met de formule
, (23)
Waar Q- lagere verbrandingswarmte van de vloeistof, kJ kg -1;
| Wijziging |
| Laken |
| Document nummer. |
| Handtekening |
| datum |
| Laken |
| TGiV 20.05.01.070000.000 PZ |
C- isobare warmtecapaciteit van verbrandingsproducten (aangenomen dat deze gelijk is aan de warmtecapaciteit van lucht c = 1), kJ kg -1 K -1;
T0- omgevingstemperatuur, verondersteld 293 K te zijn;
H- verdampingswarmte van vloeistof bij kookpunt, kJ kg -1;
c e- gemiddelde isobare warmtecapaciteit van een vloeistof in het bereik van T0 voor T naar.
Als de kinematische viscositeit van de damp of het molecuulgewicht en het kookpunt van de onderzochte vloeistof bekend zijn, wordt de snelheid van turbulente verbranding berekend met behulp van experimentele gegevens volgens de formule
Waar ik ik- experimentele waarde van de burn-outsnelheid in de transitionele verbrandingsmodus, kg m --2 s -1;
d ik- diameter van de brander waarin de waarde werd verkregen ik ik, m. Het wordt aanbevolen om een brander met een diameter van 30 mm te gebruiken. Indien laminaire verbranding wordt waargenomen bij een brander met een diameter van 30 mm, moet een brander met een grotere diameter worden gebruikt.
3. VLAMVERSPREIDING IN GASMENGSELS
De snelheid van vlamvoortplanting tijdens de verbranding van vaste, vloeibare en gasvormige stoffen is van praktisch belang in termen van het voorkomen van branden en explosies. Laten we eens kijken naar de snelheid van vlamvoortplanting in mengsels van brandbare gassen en dampen met lucht. Als u deze snelheid kent, is het mogelijk veilige gas-luchtstroomsnelheden in een pijpleiding, schacht, ventilatie-eenheid en andere explosieve systemen te bepalen.
3.1. VLAMVERSPREIDING
Als voorbeeld in afb. Figuur 3.1 toont een diagram van afzuigventilatie in een kolenmijn. Uit de opstuif van mijn 1 wordt via pijpleiding 2 een stoffig mengsel van lucht en kolenstof verwijderd, en in sommige gevallen ook methaan dat vrijkomt in de kolenlagen. Als er brand ontstaat, zal het vlamfront 3 zich uitbreiden naar de driften 1. Als de bewegingssnelheid van het brandbare mengselw zal kleiner zijn dan de voortplantingssnelheid van het vlamfrontEn ten opzichte van de wanden van de buis zal de vlam zich in de schacht verspreiden en tot een explosie leiden. Daarom is het voor de normale werking van het ventilatiesysteem noodzakelijk om aan de voorwaarden te voldoen
w > u.
De snelheid waarmee het explosieve mengsel wordt verwijderd, moet groter zijn dan de voortplantingssnelheid van het vlamfront. Hierdoor wordt voorkomen dat vlammen de mijnschachten binnendringen.
Rijst. 3.1. Schema van vlamvoortplanting in de mijn:
1 – schacht; 2 – pijpleiding; 3 – vlamfront
De theorie van vlamvoortplanting, ontwikkeld in de werken van Ya.B. Zeldovich en D.A. Frank-Kamenetsky, is gebaseerd op de vergelijkingen van thermische geleidbaarheid, diffusie en chemische kinetiek. Het ontsteken van een brandbaar mengsel begint altijd op één punt en verspreidt zich over het gehele volume dat door het brandbare mengsel wordt ingenomen. Laten we een eendimensionaal geval bekijken: een buis gevuld met een brandbaar mengsel (Fig. 3.2).
Als het mengsel aan één uiteinde van de buis wordt ontstoken, verspreidt zich een smal vlamfront langs de buis, waardoor de verbrandingsproducten (achter het vlamfront) worden gescheiden van het verse brandbare mengsel. Het vlamfront heeft de vorm van een kap of kegel, waarvan het convexe deel in de richting van de vlambeweging wijst. Het vlamfront is een dunne gaslaag (10 -4 ÷10 -6) m breed. In deze laag, die de verbrandingszone wordt genoemd, stroomt chemische reacties verbranding. De temperatuur van het vlamfront is afhankelijk van de samenstelling van het mengsel T= (1500 ÷ 3000) K. De vrijkomende verbrandingswarmte wordt besteed aan het verwarmen van de verbrandingsproducten van het verse brandbare mengsel en de wanden van de buis als gevolg van de processen van thermische geleidbaarheid en straling.
Rijst. 3.2. Schema van vlamvoortplanting in een buis
Wanneer het vlamfront in de buis beweegt, ontstaan er compressiegolven in het brandbare mengsel, waardoor wervelbewegingen ontstaan. Wervelingen van gassen buigen het vlamfront zonder de dikte ervan en de aard van de processen die daarin plaatsvinden te veranderen. Op een eenheidsoppervlak van het vlamfront brandt altijd dezelfde hoeveelheid stof per tijdseenheid 
. De waarde is constant voor elk brandbaar mengsel en wordt de massaverbrandingssnelheid genoemd .
Het gebied van het vlamfront kennenS, kun je de massa van een stof berekenen M, verbrand in het gehele verbrandingsfront per tijdseenheid:
Elk element van het vlammenfront dSbeweegt ten opzichte van het verse mengsel altijd in de richting van de loodlijn naar het vlamfront op een bepaald punt (Fig. 3.2), en de snelheid van deze beweging:
waar is de dichtheid van het verse brandbare mengsel.
Grootte wordt de normale vlamvoortplantingssnelheid genoemd en heeft de afmeting m/s. Het is een constante waarde van het verbrandingsproces van een bepaald mengsel en is niet afhankelijk van de hydrodynamische omstandigheden die het verbrandingsproces vergezellen. De normale snelheid van vlamvoortplanting is altijd lager dan de waargenomen snelheid En, dat wil zeggen de bewegingssnelheid van het verbrandingsfront ten opzichte van de wanden van de buis:
u n< u .
Als het vlamfront vlak is en loodrecht op de as van de buis is gericht, dan zal in dit geval de waargenomen en normale vlamvoortplantingssnelheid hetzelfde zijn
u n = u .
Gebied met convex vlamfrontS-probleemaltijd groter dan het oppervlak van het vlakfrontS pl, Daarom
> 1.
Normale vlamvoortplantingssnelheidu nvoor elk brandbaar mengsel hangt af van de bijmenging van inerte gassen, de temperatuur van het mengsel, vochtigheid en andere factoren. In het bijzonder verhoogt het voorverwarmen van het brandbare gas de snelheid van de vlamvoortplanting. Er kan worden aangetoond dat de snelheid van de vlamvoortplantingu nevenredig met het kwadraat van de absolute temperatuur van het mengsel:
u n .= const · T 2.
In afb. Figuur 3.3 toont de afhankelijkheid van de snelheid van vlamvoortplanting in het brandbare mengsel “lucht – koolmonoxide” afhankelijk van de CO-concentratie. Zoals uit de bovenstaande grafieken blijkt, neemt de snelheid van de vlamvoortplanting toe met toenemende temperatuur van het mengsel. Voor elke temperatuurwaarde heeft de vlamvoortplantingssnelheid een maximum in het concentratiegebied koolmonoxide CO gelijk aan ~ 40%.
De snelheid van de vlamvoortplanting wordt beïnvloed door de warmtecapaciteit van het inerte gas. Hoe groter de warmtecapaciteit van een inert gas, hoe meer het de verbrandingstemperatuur verlaagt en hoe meer het de snelheid van de vlamvoortplanting vermindert. Dus als het mengsel van methaan en lucht verdund wordt kooldioxide, dan kan de snelheid van de vlamvoortplanting 2 tot 3 keer afnemen. De snelheid van vlamvoortplanting in mengsels van koolmonoxide met lucht wordt sterk beïnvloed door het vocht in het mengsel, de aanwezigheid van roetdeeltjes en mengsels van inerte gassen.
Rijst. 3.3. Afhankelijkheid van de voortplantingssnelheid van de vlam
over de concentratie koolmonoxide in het mengsel