1. Введение.

Цель курса ТГВ – изучить научные, теоретические основы процессов воспламенения, горения и взрыва веществ и методов подавления взрывов и тушения пожаров.

Горение – быстро протекающая химическая реакция, которая сопровождается выделением тепла и свечением (пламенем).

Сегодня горением и взрывом мы называем быстрое протекание реакции в веществе, которое в исходном состоянии инертно. При этом решающим оказывается выделение тепла и/или активных центров при самой реакции. В настоящее время с понятиями горении, взрыва, пламени, детонации и т.д. связывается характер протекания реакции, а не её химическое содержание: мы говорим, например, о пламени разложения озона 2О₃ → 3О₂, хотя в этой реакции выделяется, а не потребляется кислород.

Пламя – это светящиеся продукты горения. Выделившееся тепло раскаляет продукты горения, и они светятся.

Пожар - неконтролируемое горение вне специального очага, наносящее материальный ущерб.

Взрыв – это крайне быстрое химическое или физическое превращение вещества, сопровождающееся выделением большого количества газов, тепловой энергии и, как следствие, резким повышением давления и возникновением ударной (взрывной) волны, что приводит в итоге к пожарам, разрушениям и травмам людей.

Физический взрыв - при быстром переходе вещества из одного состояния в другое.

Химический взрыв – это химическое превращение веществ при горении, когда в закрытых аппаратах или помещениях воспламеняется смесь горючего вещества и окислителя.

Ядерный взрыв – это мгновенное высвобождение атомной энергии радиоактивных веществ.

Основы ТГВ - законы физики, химии, химической термодинамики, физической химии.

Физические модели.

Химические модели.

Вода: H₂O, или H-O-H, но не H-H-O;

Перекись водорода: H₂O₂, или H-O-O-H;

Бензол: C₆H₆, или Полиэтилен: n(СН₂), или

Другой пример: химическая модель горения водорода в виде химических уравнений: 2H₂+O₂=2H₂O в соответствии с законом сохранения материи (атомов).

Математические модели.

Рис. 1. Зависимость изменения давления газа от его объема в замкнутом сосуде.

Закон Бой-ля-Мариотта:

PV=const (1.1)

Теория горения, как часть математической физики, включает и использует достижения многих родственных наук - теории тепло - и массообмена, газодинамики реагирующих потоков, химической кинетики, турбулентного движения газа и др.

Роль процессов горения в технике.

1.Получение энергии.

2.Промышленное производство.

3.Бытовое и промышленное отопление.

4.Энергетический кризис.

5.Вредные виды горения.

Некоторые данные о будущем использовании энергии. В табл. 1 даны величины (в 10¹⁸ Дж) ожидаемого ежегодного потребления энергии в Западной Европе и США. Из таблицы видно, что доми­нирующей остается энергия, получаемая при сжигании топлив.

Таблица 1

Вид или источник энергии	Западная Европа (Ор­ганизация экономиче­ского сотрудничества и развития)		США
	1980 г.	1985 г.	1980 г.	1985 г.
Уголь Нефть Газ Ядерная энергия Гидроресурсы и геотермальная энергия	94,0 477,8 92,6 41,5 18,2	90,0 603,5 127,1 114,6 20,5	178,1 470,1 265,7 58,5 14,7	237,3 547,9 282,0 123,4 16,5

Задачи специалиста по горению.

1.Обеспечение высокой эффек­тивности горения.

2.Снижение стоимости.

3.Регулирование температуры и состава.

Некоторые особенности науки о горении.

1.Многообразие отрас­лей знания.

2.Роль компьютерного моделирования.

3.Роль математических моделей.

СТРУКТУРА КУРСА ТЕОРИИ ГОРЕНИЯ

Классификация теории горения по уровням.

1.Инженерная практика.

2.Математические модели.

3.Фундаментальные науки. Как отмечалось, процессы горения подчиняются законам природы, которые отнесены к следующим разделам науки:

• термодинамика;

• механика жидкости и газа;

• тепло- и массообмен;

• химическая кинетика.

В другой классифика­ции эти законы могут быть представлены следующим образом:

• законы сохранения массы, энергии и т. д.;

• законы переноса ко­личества движения, массы, химических вешеств, энергии и т. д.;

• законы для источников (с теми же наименованиями, что и вы­ше).

4.Взаимосвязь уровней. Табл. 2 содержит дисциплины, входя­щие в каждый из трех указанных уровней. Две математические модели второго уровня связаны, например, линиями с соответст­вующими фундаментальными дисциплинами нижнего уровня и областями инженерного применения верхнего уровня.

Некоторые особенности современной инженерной практики (первый уровень). Приемы технического использования горения даны в табл. 3 для устройств со стационарным процессом горе­ния и в табл. 4 для устройств, в которых процесс изменяется во времени.

Таблица 3

Топливо	Вид и средство подачи к оборудованию	Применение
Уголь	Куски на колосниковой решетке	Бытовые и небольшие про­мышленные котлы. Вагран­ки и доменные печи
	Пыль, взвешенная в по­токе воздуха	Большие промышленные кот­лы. Цементные обжиговые печи
Керосин	Пары от нагретой трубы или сосуда	Примус. Некоторые авиаци­онные газотурбинные двига­тели
	Капельные струи от вра­щающихся форсунок	Бытовые котлы
	Струи центробежных фор­сунок	Авиационные газотурбинные двигатели
Газойль	Струи центробежных фор­сунок	Промышленные газовые тур­бины. Большие бытовые котлы
Остаточные нефтепродук­ты	Капельные струи, обра­зуемые с помощью пара	Мартеновские печи
	Центробежные форсунки	Большие промышленные котлы
Компоненты топлива для жидкостных ракетных двигателей	Струя, образующаяся при столкновении жидких струй	Большие жидкостные ракет­ные двигатели, особенно многократного применения
Твердое ракетное топ­ливо	В виде перфорированных блоков, которые горят по свободным поверхностям	Небольшие ракетные двига­тели и двигатели ракет по­стоянной готовности (на­пример, Поларис)

Таблица 4

Топливо	Вид и средство подачи к оборудованию	Применение
Бензин Газойль	Испаряется при контакте с воз­духом и горячими поверхно­стями Струя, образующаяся при впрыскивании топлива через небольшое отверстие в сжатый воздух	Двигатели с искровым зажига­нием Двигатели с воспламенением от сжатия (дизели)

Некоторые математические модели (второй уровень).

1.Горение частицы углерода в неподвижном воздухе.

2.Горение капли жидкого топлива в неподвижном воздухе.

3.Одномерная модель горения в жидкостном ракетном двига­теле.

4.Турбулентное диффузионное пламя.

5.Гомогенный реактор.

6.Стабилизация пламени плохо обтекаемым телом.

7.Искровое зажигание.

Фундаментальные науки (третий уровень).

1.Термодинамика.

2.Механика жидкости.

3.Теплопередача.

4.Массообмен.

5.Химическая кинетика.