0 просмотров
Рейтинг статьи
1 звезда2 звезды3 звезды4 звезды5 звезд
Загрузка...

Температура открытого огня: температурный режим огня в зажигалке, влияющие факторы и классификация

Температура открытого пламени и огня в зажигалке

Пламя — это явление, которое вызвано свечением газообразной раскалённой среды. В некоторых случаях оно содержит твёрдые диспергированные вещества и (или) плазму, в которых происходят превращения реагентов физико-химического характера. Именно они и приводят к саморазогреву, тепловыделению и свечению. В газообразной среде пламени содержатся заряженные частицы — радикалы и ионы. Это объясняет существование электропроводности пламени и его взаимодействие с электромагнитными полями. На таком принципе построены приборы, которые могут приглушить огонь, изменить его форму или оторвать его от горючих материалов при помощи электромагнитного излучения.

Виды пламени

Свечение огня делится на два вида:

Почти каждое свечение видимо для человеческого глаза, но не каждое способно испускать нужное количество светового потока.

Свечение пламени обуславливается следующими факторами.

  1. Температурой.
  2. Плотностью и давлением газов, которые участвуют в реакции.
  3. Наличием твёрдого вещества.

Наиболее общая причина свечения — это присутствие в пламени твёрдого вещества.

Многие газы горят слабо светящимся или несветящимся пламенем. Из них наиболее распространены сероводород (пламя голубого цвета как при горении), аммиак (бледно-жёлтое), метан, окись углерода (пламя бледно-голубого цвета), водород. Пары летучих некоторых жидкостей горят едва светящимся пламенем (спирт и сероуглерод), а пламя ацетона и эфира становится немного коптящим из-за небольшого выделения углерода.

Температура пламени

Для разных горючих паров и газов температура пламени неодинакова. А ещё неодинакова температура разных частей пламени, а область полного сгорания имеет более высокие показатели температуры.

Некоторое количество горючего вещества при сжигании выделяет определённое количество теплоты. Если строение вещества известно, то можно рассчитать объём и состав полученных продуктов горения. А если знать удельную теплоту этих веществ, то можно рассчитать ту максимальную температуру, которую достигнет пламя.

Стоит помнить о том, что если вещество горит в воздухе, то на каждый объём вступающего в реакцию кислорода приходится четыре объёма инертного азота. А так как в пламени присутствует азот, он нагревается теплотой, которая выделяется при реакции. Исходя из этого можно сделать вывод о том, что температура пламени будет состоять из температуры продуктов горения и азота.

Невозможно точно определить температуру, но можно это сделать приблизительно, так как удельная теплота изменяется с температурой.

Вот некоторые показатели по температуре открытого огня в разных материалах.

  1. Горение магния — 2200 градусов.
  2. Горение спирта не превышает температуры 900 градусов.
  3. Горение бензина — 1300−1400 градусов.
  4. Керосина — 800, а в среде чистого кислорода — 2000 градусов.
  5. Горение пропан-бутана может достигать температуры от 800 до 1970 градусов.
  6. При сгорании дерева температурный показатель колеблется от 800 до 1000 градусов, а воспламеняется оно при 300 градусах.
  7. Температурный параметр горения спички составляет 750−850 градусов.
  8. В горящей сигарете — от 700 до 800 градусов.
  9. Большинство твёрдых материалов воспламеняется при температурном показателе в 300 градусов.

Пламя свечи

Пламя, которое каждый человек может наблюдать при горении свечи, спички или зажигалки, представляет из себя поток раскалённых газов, которые вытягиваются вертикально вверх, благодаря силе Архимеда. Фитиль свечи вначале нагревается и начинает испаряться парафин. Для самой нижней части характерно небольшое свечение синего цвета — там мало кислорода и много топлива. Именно из-за этого топливо не полностью сгорает и образуется оксид углерода, который при окислении на самом крае конуса пламени ему придаёт синий цвет.

За счёт диффузии в центр поступает немного больше кислорода. Там происходит последующее окисление топлива и температурный показатель растёт. Но для полного сгорания топлива этого недостаточно. Внизу и в центре содержатся частицы угля и несгоревшие капельки. Они светятся из-за сильного нагревания. А вот испарившееся топливо, а также продукты сгорания, вода и углекислый газ практически не светятся. В самом верху наибольшая концентрация кислорода. Там не догоревшие частицы, которые в центре светились, догорают. Именно по этой причине эта зона практически не светится, хотя там наиболее высокий температурный показатель.

Классификация пламени

Классифицируют свечение огня следующим образом.

  1. По восприятию визуальному: цветные, прозрачные, коптящие.
  2. По высоте: короткие и длинные.
  3. По скорости распространения: быстрые и медленные.
  4. По температурному показателю: высокотемпературные, низкотемпературные, холодные.
  5. По характеру перемещения среды реакционной: пульсирующие, турбулентные, ламинарные.
  6. По состоянию горючей среды: предварительно перемешанные и диффузионные.
  7. По излучению: бесцветные, окрашенные, светящиеся.
  8. По агрегатному состоянию горючих веществ: пламя аэродисперсных и твёрдых реагентов, жидких и газообразных.

В диффузном ламинарном пламени выделяют три оболочки (зоны). Внутри конуса пламени существует:

  • зона тёмная, где нет горения из-за малого количества окислителя — 300−350 градусов;
  • зона светящаяся, где осуществляется термическое разложение горючего и оно сгорает частично — 500−800 градусов;
  • зона слегка светящаяся, где окончательно сгорают продукты разложения горючего и достигается максимальный температурный показатель в 900−1500 градусов.
Читать еще:  Сталь 95х18: характеристики и применение для изготовления ножей и твердых деталей

Температурный параметр пламени зависит от интенсивности подвода окислителя и природы горючего вещества. Пламя распространяется по предварительно перемешанной среде. Происходит распространение по нормали от каждой точки фронта к поверхности пламени.

По реально существующим смесям газовоздушным распространение всегда осложнено возмущающими внешними воздействиями, которые обусловлены трением, конвективными потоками, силами тяжести и прочими факторами.

Именно из-за этого реальная скорость распространения от нормальной всегда отличается. В зависимости от того, какой характер носит скорость распространения, различают такие диапазоны:

  1. При горении детонационном — более 1000 метров в секунду.
  2. При взрывном — 300−1000.
  3. При дефлаграционном — до 100.

Пламя окислительное

Оно располагается в самой верхней части огня, которая имеет наибольший температурный показатель. В этой зоне горючие вещества почти полностью превращены в продукты горения. Здесь наблюдается недостаток топлива и избыток кислорода. Именно по этой причине вещества, которые помещены в эту зону, окисляются интенсивно.

Пламя восстановительное

Эта часть наиболее близка к центру или находится чуть ниже его. Здесь мало кислорода для горения и много топлива. Если в эту область внести вещество, в котором имеется кислород, то он отнимется у вещества.

Температура огня в зажигалке

Зажигалка — это устройство портативное, которое предназначено для получения огня. Она может быть бензиново или газовой, в зависимости от применяемого топлива. Ещё существуют зажигалки, в которых собственного топлива нет. Они предназначаются для поджига газовой плиты. Качественная турбозажигалка — это прибор относительно сложный. Температура огня в ней может достигать 1300 градусов.

Химический состав и цвет пламени

У карманных зажигалок небольшой размер, это позволяет их переносить без каких-либо проблем. Довольно редко можно встретить настольную зажигалку. Ведь они из-за своих больших размеров для переноски не предназначены. Их дизайн разнообразен. Есть зажигалки каминные. Они имеют небольшую толщину и ширину, но довольно длинные.

На сегодняшний день становятся популярными рекламные зажигалки. Если в доме нет электроэнергии, то невозможно ей поджечь газовую плиту. Газ поджигает образующаяся электрическая дуга. Достоинствами этих зажигалок являются следующие качества.

  1. Долговечность и простота конструкции.
  2. Быстрое и надёжное зажигание газа.

Первая зажигалка с современным кремнём создана в Австрии в 1903 году после изобретения ферроцериевого сплава бароном Карлом Ауэром фон Вельсбахом.

Ускорилось развитие зажигалок в период Первой мировой войны. Солдаты начали применять спички для того, чтобы видеть в темноте дорогу, но их местоположение выдавала интенсивная вспышка при поджиге. Необходимость в огне без значительной вспышки способствовало развитию зажигалок.

В то время лидерами производства зажигалок «кремнёвых» были Германия и Австрия. Такое портативное устройство, которое предназначено для получения огня, находящиеся в кармане многих курильщиков, при неправильном обращении может таить в себе немало опасностей.

Зажигалка в период работы не должна вокруг себя разбрызгивать искры. Огонь должен быть стабильным и ровным. Температура огня в зажигалках карманных достигает примерно 800−1000 градусов. Свечение красного или оранжевого цвета вызвано частицами углерода, которые раскалились. Для бытовых горелок и турбозажигалок применяется в основном газ бутан, который легко сжигается, не имеет запаха и цвета. Бутан получают путём переработки при высоких температурах нефти, а также её фракций. Бутан — это легковоспламенимые углеводороды, но он абсолютно безопасен в конструкциях современных зажигалок.

Подобные зажигалки в быту очень полезны. Ими можно поджечь любой воспламеняющийся материал. В комплект турбозажигалок входит настольная подставка. Цвет пламени зависит от горючего материала и температуры горения. Пламя костра или камина в основном имеет пёстрый вид. Температура горения дерева ниже температуры горения фитиля свечи. Именно из-за этого цвет костра не жёлтый, а оранжевый.

Медь, натрий и кальций при высоких температурных показателях светятся различными цветами.

Электрическая зажигалка была изобретена в 1770 году. В ней водородная струя воспламенялась от искры машины электрофорной. Со временем бензиновые зажигалки уступили место газовым, которые более удобные. В них обязательно должна находиться батарейка — источник энергии.

Не очень давно появились зажигалки сенсорные, в которых без механического воздействия происходит зажигание газа воздействием на сенсорный датчик. Сенсорные зажигалки карманного типа. В основном, в них содержится информация рекламного типа, которая нанесена при помощи тампонной или шелкотрафаретной печати.

Пламя

Пламя – это газообразная среда, в которой происходит взаимодействие горючего и окислителя, выделяется тепло и развиваются высокие температуры.

Классификация

Пламя классифицируют по:

  • агрегатному состоянию горючих веществ: пламя газообразных, жидких, твердых и аэродисперсных реагентов;
  • излучению: светящиеся, окрашенные, бесцветные;
  • состоянию среды горючее-окислитель: диффузионные, предварительно перемешанных сред;
  • характеру перемещения реакционной среды: ламинарные, турбулентные, пульсирующие;
  • температуре: холодные, низкотемпературные, высокотемпературные;
  • скорости распространения: медленные, быстрые;
  • высоте: короткие, длинные;
  • визуальному восприятию: коптящие, прозрачные, цветные.

В ламинарном диффузионном пламени можно выделить 3 зоны (оболочки).

Внутри конуса пламени имеются:

  • темная зона (300-350 °С), где горение не происходит из-за недостатка окислителя;
  • светящаяся зона, где происходит термическое разложение горючего и частичное его сгорание (500-800 °С);
  • едва светящаяся зона, которая характеризуется окончательным сгоранием продуктов разложения горючего и максимальной температурой (900-1500 °С).
Читать еще:  Бетономешалка своими руками: виды бетоносмесителей, тонкости сборки самодельных агрегатов

Температура

Температура пламени зависит от природы горючего вещества и интенсивности подвода окислителя. Например:

  • Температура воспламенения для большинства твёрдых материалов – 300 °С.
  • Температура пламени в горящей сигарете – 250-300 °С.
  • Температура пламени спички 750-1400 °С; при этом 300 °С – температура воспламенения дерева, а температура горения дерева равняется примерно 800–1000 °С.
  • Температура горения пропан-бутана – 800-1970 °С.
  • Температура пламени керосина – 800 °С, в среде чистого кислорода – 2000 °С.
  • Температура горения бензина – 1300-1400 °С.
  • Температура пламени спирта не превышает 900 °С.
  • Температура горения магния – 2200 °С; значительная часть излучения в УФ-диапазоне.

Наиболее высокие известные температуры горения:

  • дицианоацетилен C4N2 5260 К (4990 °C) в кислороде и до 6000 К (5730 °C) в озоне;
  • дициан (CN)2 4525 °C в кислороде.

Так как вода обладает очень большой теплоёмкостью, отсутствие водорода в горючем исключает потери тепла на образование воды и позволяет развить большую температуру.

Скорость распространения

Распространение пламени по предварительно перемешанной среде (невозмущенной), происходит от каждой точки фронта пламени по нормали к поверхности пламени. Величина такой нормальной скорости распространения пламени (далее – НСРП) является основной характеристикой горючей среды. Она представляет собой минимальную возможную скорость пламени. Значения НСРП отличаются у различных горючих смесей – от 0,03 до 15 м/с.

Распространение пламени по реально существующим газовоздушным смесям всегда осложнено внешними возмущающими воздействиями, обусловленными силами тяжести, конвективными потоками, трением и т.д. Поэтому реальные скорости распространения пламени всегда отличаются от нормальных. В зависимости от характера горения скорости распространения пламени имеют следующие диапазоны величин при:

  • дефлаграционном горении – до 100 м/с;
  • взрывном горении – от 300 до 1000 м/с;
  • детонационном горении – свыше 1000 м/с.

Цвет пламени определяется излучением электронных переходов (например, тепловым излучением) различных возбужденных (как заряженных, так и незаряженных) частиц, образующихся в результате химической реакции между молекулами горючего и кислородом воздуха, а также в результате термической диссоциации. В частности, при горении углеродного горючего в воздухе, синяя часть цвета пламени обусловлена излучением частиц CN ±n , красно-оранжевая — излучением частиц С2 ±n и микрочастиц сажи. Излучение прочих образующихся в процессе горения частиц (CHx ±n , H2O ±n , HO ±n , CO2 ±n , CO ±n ) и основных газов (N2, O2, Ar) лежит в невидимой для человеческого глаза УФ и ИК части спектра. Кроме того, на окраску пламени сильно влияет присутствие в самом топливе, деталях конструкции горелок, сопел и так далее соединений различных металлов, в первую очередь натрия. В видимой части спектра излучение натрия крайне интенсивно и ответственно за оранжево-желтый цвет пламени, при этом излучение чуть менее распространенного калия оказывается на его фоне практически не различимым (поскольку большинство организмов имеют в составе клеток K+/Na+ каналы, то в углеродном горючем растительного или животного происхождения на 3 атома натрия приходится в среднем 2 атома калия).

Источник: Тидеман Б.Е., Сциборский Д.Б. Химия горения. –Л., 1935.

Температура пожара при горении различных материалов;

Шкала приближенного определения силы ветра

Передача тепла в окружающую среду осуществляется одновременно тремя способами: за счет теплопроводности, конвекции и лучеиспускания.

Тепловое излучение, особенно при наружных пожарах, создает трудности для подступа личного состава к границам горения. При воздействии теплового импульса 0,25 кал/см * с в течение 3 мин на незащищенном кожном покрове человека появляются болевые ощущения.

О

Spravochmk_Spas_5.qxp 05.06.2006 14:50-^Раде 11

Под температурой открытых наружных пожаров следует понимать температуру пламени, а внутренних — среднеобъемную температуру смеси продуктов сгорания с воздухом в объеме горящего помещения.

Абсолютные значения температуры наружных пожаров выше, чем внутренних. Это зависит от размеров зоны горения, характеристики горючих веществ, горючей загрузки, удельной теплоты пожара, объемно-планировочных решений объекта (зданий), условий газового обмена и других факторов. Температура пожара при горении различных материалов приведена в табл. 2.4.

Таблица 2.4/2/

При одновременном горении разнородных веществ и материалов среднее значение температуры пожара определяется по весовой доле загрузки этих материалов. В помещениях большой высоты скорость образования максимальной температуры намного выше, чем в низких помещениях. Пожары в подвалах, трюмах судов, кабельных тоннелях, сушильных камерах и других от-

О

Spravochmk_Spas_5.qxp 05.06.2006 14:50-^Раде 12

носительно замкнутых помещениях характеризуются более высокой температурой пожара, так как в них передача тепла наружу конвекционными потоками ограничена и происходит его аккумуляция.

Температура пожара не является величиной постоянной. Она изменяется во времени и пространстве. Изменение температуры пожара во времени и пространстве называется температурным режимом пожара.

При внутренних пожарах под температурным режимом следует понимать изменение среднеобъемной температуры во времени, при наружных — во времени и пространстве зоны теплового воздействия до безопасных ее границ.

Распределение температур на пожаре по высоте и в плане происходит неравномерно. Максимальная температура образуется в зоне горения, а минимальная — по мере удаления от нее к границам зоны теплового воздействия (граница располагается там, где температура продуктов сгорания не превышает 50-60 °С). По мере удаления от зоны горения температура снижается за счет теплообмена, происходящего в окружающей среде.

Читать еще:  Положительные качества колючей проволоки егоза

Температуру пожара можно определить измерением с помощью термопар, оптических и радиационных пирометров, расчетом по теплосодержанию дымовых газов, по характерным внешним признакам нагрева тел, конструкций, материалов (плавление, цвета побежалости и др.). Температура пламени при горении и температура плавления некоторых веществ приведены в табл. 2.5 и 2.6.

Высокая температура в зонах горения и теплового воздействия может быть причиной гибели людей и животных, вызвать нагрев горючих материалов, их воспламенение, деформацию и обрушение строительных конструкций, оказать существенное влияние на развитие и обстановку пожара, создать сложные условия для осуществления боевых действий по тушению пожаров.

Человек при температуре 80-100 °С в сухом воздухе и 50-60 °С во влажном может находиться без средств специальной защиты несколько минут. Более высокая температура и длительное пребывание людей в зоне вредного теплового воздействия могут привести к ожогам, тепловым ударам, потере сознания и даже смертельному исходу.

Spravochmk_Spas_5.qxp 05.06.2006 14:50-^Раде 13

Пламя

Пламя – это газообразная среда, в которой происходит взаимодействие горючего и окислителя, выделяется тепло и развиваются высокие температуры.

Классификация

Пламя классифицируют по:

  • агрегатному состоянию горючих веществ: пламя газообразных, жидких, твердых и аэродисперсных реагентов;
  • излучению: светящиеся, окрашенные, бесцветные;
  • состоянию среды горючее-окислитель: диффузионные, предварительно перемешанных сред;
  • характеру перемещения реакционной среды: ламинарные, турбулентные, пульсирующие;
  • температуре: холодные, низкотемпературные, высокотемпературные;
  • скорости распространения: медленные, быстрые;
  • высоте: короткие, длинные;
  • визуальному восприятию: коптящие, прозрачные, цветные.

В ламинарном диффузионном пламени можно выделить 3 зоны (оболочки).

Внутри конуса пламени имеются:

  • темная зона (300-350 °С), где горение не происходит из-за недостатка окислителя;
  • светящаяся зона, где происходит термическое разложение горючего и частичное его сгорание (500-800 °С);
  • едва светящаяся зона, которая характеризуется окончательным сгоранием продуктов разложения горючего и максимальной температурой (900-1500 °С).

Температура

Температура пламени зависит от природы горючего вещества и интенсивности подвода окислителя. Например:

  • Температура воспламенения для большинства твёрдых материалов – 300 °С.
  • Температура пламени в горящей сигарете – 250-300 °С.
  • Температура пламени спички 750-1400 °С; при этом 300 °С – температура воспламенения дерева, а температура горения дерева равняется примерно 800–1000 °С.
  • Температура горения пропан-бутана – 800-1970 °С.
  • Температура пламени керосина – 800 °С, в среде чистого кислорода – 2000 °С.
  • Температура горения бензина – 1300-1400 °С.
  • Температура пламени спирта не превышает 900 °С.
  • Температура горения магния – 2200 °С; значительная часть излучения в УФ-диапазоне.

Наиболее высокие известные температуры горения:

  • дицианоацетилен C4N2 5260 К (4990 °C) в кислороде и до 6000 К (5730 °C) в озоне;
  • дициан (CN)2 4525 °C в кислороде.

Так как вода обладает очень большой теплоёмкостью, отсутствие водорода в горючем исключает потери тепла на образование воды и позволяет развить большую температуру.

Скорость распространения

Распространение пламени по предварительно перемешанной среде (невозмущенной), происходит от каждой точки фронта пламени по нормали к поверхности пламени. Величина такой нормальной скорости распространения пламени (далее – НСРП) является основной характеристикой горючей среды. Она представляет собой минимальную возможную скорость пламени. Значения НСРП отличаются у различных горючих смесей – от 0,03 до 15 м/с.

Распространение пламени по реально существующим газовоздушным смесям всегда осложнено внешними возмущающими воздействиями, обусловленными силами тяжести, конвективными потоками, трением и т.д. Поэтому реальные скорости распространения пламени всегда отличаются от нормальных. В зависимости от характера горения скорости распространения пламени имеют следующие диапазоны величин при:

  • дефлаграционном горении – до 100 м/с;
  • взрывном горении – от 300 до 1000 м/с;
  • детонационном горении – свыше 1000 м/с.

Цвет пламени определяется излучением электронных переходов (например, тепловым излучением) различных возбужденных (как заряженных, так и незаряженных) частиц, образующихся в результате химической реакции между молекулами горючего и кислородом воздуха, а также в результате термической диссоциации. В частности, при горении углеродного горючего в воздухе, синяя часть цвета пламени обусловлена излучением частиц CN ±n , красно-оранжевая — излучением частиц С2 ±n и микрочастиц сажи. Излучение прочих образующихся в процессе горения частиц (CHx ±n , H2O ±n , HO ±n , CO2 ±n , CO ±n ) и основных газов (N2, O2, Ar) лежит в невидимой для человеческого глаза УФ и ИК части спектра. Кроме того, на окраску пламени сильно влияет присутствие в самом топливе, деталях конструкции горелок, сопел и так далее соединений различных металлов, в первую очередь натрия. В видимой части спектра излучение натрия крайне интенсивно и ответственно за оранжево-желтый цвет пламени, при этом излучение чуть менее распространенного калия оказывается на его фоне практически не различимым (поскольку большинство организмов имеют в составе клеток K+/Na+ каналы, то в углеродном горючем растительного или животного происхождения на 3 атома натрия приходится в среднем 2 атома калия).

Источник: Тидеман Б.Е., Сциборский Д.Б. Химия горения. –Л., 1935.

Ссылка на основную публикацию
Статьи c упоминанием слов:
Adblock
detector