Загальні поняття про основи теорії горіння.

Горінням називається складний фізико-хімічний процес взаємодії горючої речовини та окисника, який супроводжується виділенням тепла та випромінюванням світла. Умовами для виникнення та перебігу горіння є наявність горючої речовини, окисника і джерела запалювання. В більшості випадків горіння відбувається в результаті екзотермічного окиснення речовини, здатної до горіння, – окисником (киснем повітря, хлором та ін.).

Загальною властивістю горіння є здатність джерела полум’я переміщуватися по всіх горючій суміші шляхом передавання тепла чи дифузії активних частинок із зони горіння у свіжу суміш. В першому випадку реалізується тепловий, а в другому – дифузний механізм розповсюдження полум’я. Як правило, горіння протікає за комбінованим тепловим дифузним механізмом. Для горіння характерні три типові стадії: виникнення, розповсюдження та згасання полум’я.

Ініціювання горіння газової суміші в одній точці приводить до нагрівання сусідніх шарів; в них також починається хімічне перетворення. Таким чином, під час запалювання горюча суміш згорає пошарово. Зона горіння переміщується по суміші, забезпечуючи розповсюдження полум’я. Горіння рідин відбувається в газовій фазі. У результаті випаровування над поверхнею рідини утворюється паровий струмінь, змішування та хімічна взаємодія якого з киснем повітря забезпечує формування зони горіння. Горіння твердих речовин має багатостадійний характер. Під впливом зовнішнього тепла відбувається нагрівання твердої фази, що супроводжується розкладом та виділення газоподібних продуктів. Потім ці продукти запалюються та згорають. Тепло від утвореного факела впливає на поверхню твердої речовини, викликаючи поступання в зону горіння нових порцій горючих газів.

Горючі речовини – це тверді, рідкі, газо- або пилоподібні речовини, що здатні горіти, тобто окиснюватися з виділенням тепла та світла. Окиснювачами у процесі горіння можуть бути кисень, хлор, бром та деякі інші речовини, у тому числі складні: азотна кислота, бертолетова сіль, калійна та натрієва селітри й інші речовини, які під час нагрівання або удару можуть розкладатися з виділенням кисню. Однак звичайно окиснювачем у процесах горіння є кисень, що міститься у повітрі. Джерела запалювання бувають відкриті – полум’я, іскри, розжарені об’єкти, світлове випромінювання тощо та приховані: тепло хімічних реакцій, адсорбції, мікробіологічних процесів, адіабатичного стиснення, удару, тертя та ін. Горюча речовина та кисень є реагуючими речовинами і разом складають горючу систему, а джерело запалювання викликає у ній реакцію горіння. Під час сталого горіння джерелом запалювання є зона реакції.

Як правило, усі речовини горять у паровій або газовій фазі. Місцем виділення тепла у процесі горіння є зона горіння – тонкий світлий шар газів, у який, з одного боку, надходить пальне (горюча речовина), а з іншого – з повітря крізь продукти горіння дифундує кисень. Стехіометрична суміш (тобто суміш у відповідному кількісному співвідношенні між реагуючими речовинами), яка утворюється в зоні горіння, згорає за частку секунди. Тому концентрація кисню та пального в зоні горіння дорівнює нулю, а концентрація продуктів згорання є максимальною. Через те, що весь кисень у зоні горіння вступає в реакцію, в зоні парів та газів горіння відсутнє. У цій зоні пари та гази, рухаючись угору, поступово нагріваються за рахунок дифундуючих нагрітих продуктів згорання і біля зони горіння розпадаються з утворенням атомів, радикалів та нових, меншого розміру молекул. У такому вигляді пальне у суміші з продуктами згорання надходить до зони горіння.