ДЕФЛАГРАЦИЯ

ДЕФЛАГРАЦИЯ (от лат. deflagratic — сгорание дотла) — распространение пламени по горючей газо-, паро-, пылевоздушной смеси, происходящее путем диффузии активных центров и передачи тепла из фронта пламени в несгоревшую смесь. [1]

Дефлаграция обычно бывает в предварительно перемешанных горючих газовых смесях (гомогенное горение) с дозвуковыми скоростями.

Минимальная скорость дефлаграции сопоставима с нормальной скоростью распространения пламени. Такую дефлаграцию называют «слабой дефлаграцией», в отличие от «сильной дефлограции», имеющей скорость, близкую к звуковой (330 м/с). «Сильная дефлаграция» может при определенных условиях самопроизвольно переходить в детонацию (см. ДЕТОНАЦИЯ). [1]

Известно, что при авариях на промышленных производствах детонация газопаровоздушной смеси — достаточно сложный процесс. Наибольшую способность к детонации имеют водород и ацетилен. Поэтому при реальных аварийных взрывах чаще наблюдается дефлаграция.

Рис. 1. Различия во временных зависимостях взрывных нагрузок при детонации и дефлаграции

Механизм ускорения пламени при дефлаграции связан с турбулизацией пламени или газовых потоков, возникающих под влиянием препятствий (например, технологического оборудования), или за счет автотурбулизации пламени.

В замкнутом пространстве (аппарате, помещении) в результате дефлаграции возникает избыточное давление, которое можно рассчитать по уравнениям сохранения энергии масс и др. Величина избыточного давления используется при категорировании помещений, зданий и наружных установок по взрывопожарной и пожарной опасности (см. КАТЕГОРИИ ПОМЕЩЕНИЙ И ЗДАНИЙ ПО ВЗРЫВОПОЖАРНОЙ И ПОЖАРНОЙ ОПАСНОСТИ), расчете площади легкосбрасываемых конструкций, учитывается при разработке мероприятий по ГО объектов. [1]

В зависимости от условий проведения опытов при изучении явлений детонации и дефлаграции наблюдались и волны детонации, имеющие скорости порядка 100 км/с и более, и волны слабой дефлаграции со скоростями порядка до нескольких м/с. Режимы дефлаграции возникают при умеренных мощностях лазеров, когда температура плазмы имеет порядок 20 000 К. Детонация со сжатием газа в ударной волне наблюдается при очень большой мощности, когда температура плазмы имеет порядок сотен тысяч и миллиона градусов. Оценочные расчеты показали, что при еще большей интенсивности излучения, когда достигается температура в миллионы градусов, основным механизмом распространения тепловой волны может стать электронная теплопроводность, поскольку в этих условиях тепловая волна обгоняет ударную волну. [2]

Скорость слабой дефлаграции при заданном тепловом эффекте может принимать любые значения. Перепад давления на ее фронте при заданном тепловом эффекте зависит, естественно, от скорости.

Особенно интересен случай слабой дефлаграции. Он позволяет оценить границу устойчивого горения в техническом устройстве, например в гипотетической камере ракетного двигателя, работающего в режиме индукции. Под режимом индукции здесь понимается горение, при котором прогретый газ воспламеняется после истечения периода индукции химической реакции, зависящей от температуры. [3]

Возможны два случая распространение слабой дефлаграции и детонации. Сильная дефлаграция, как термодинамически неосуществимая при горении, не рассматривается.

При распаде теплового разрыва по продуктам сгорания, идет только одна волна — это или волна разрежения, или ударная волна. По горючему газу может распространяться две волны — дефлаграция и ударная волна или дефлаграция вместе с волной разрежения впереди нее. Слабая дефлаграция распространяется всегда со скоростью меньше скорости звука, поэтому она может, возникнув одновременно с ударной волной (волной разрежения), распространяться затем вслед за ней. За фронтом слабой дефлаграции невозможно существование ни волны разрежения, ни ударной волны, поскольку фронт дефлаграции распространяется относительно продуктов сгорания, находящихся за ним, со скоростью меньше скорости звука, а любое возмущение движется по меньшей мере со скоростью звука. [2]

Слабые дефлаграции осуществляются (помимо горения в детонационной волне) при медленном горении. Нормальное горение термодинамически является дефлаграцией. Скорость его служит физико-химической константой смеси. Приближенно дефлаграцией (или детонацией) можно считать и горение в ракетном двигателе, скорость которого зависит от степени турбулентности или от скорости смешения горючего с окислителем. В двигателе, как и в других технических устройствах, скорость дефлаграции определяется конструктивными соображениями. [2]

Литература

1. ПОЖАРНАЯ БЕЗОПАСНОСТЬ. ЭНЦИКЛОПЕДИЯ. - М.: ФГУ ВНИИПО МЧС России, 2019.

2. Экзотермические волны в сплошных средах. Г. Г. Черный, 1982.

3. Избранные труды. К. И. Щелкин, 2011.

Номер документа:  PW-931