Что (кто) такое Горение - определение

СЛОЖНЫЙ ФИЗИКО-ХИМИЧЕСКИЙ ПРОЦЕСС

Сгорание; Физика горения; Химия горения; Ламинарное горение

Горение

Горение (фр. и англ. combustion, нем. Verbrennung; хим.). Принятоназывать Г. такие случаи взаимодействия с кислородом воздуха каких бы тони было тел, которые сопровождаются значительным выделением тепла, аиногда и света. В более общем смысле можно считать Г. всякую химическуюреакцию, протекающую с теми же наружными явлениями и представляющую илипрямое соединение реагирующих тел (каковы, напр., Г. сюрьмы в атмосферехлора: 2Sb + ЗСl2 = 2SbCI3 меди - в парах серы: Сu + S = CuS, окисибария и натрия - в атмосфере углекислоты: ВаО + СО2 = ВаСО3 и Na2O + СO2= Na2CO3), или случаи вытеснения, каковы; напр., Г. ленты магния ватмосфере углекислоты: 2Mg + CO2 = 2MgO + С, аммиака - в атмосферехлора: 2NH2 + 3Cl2 = N2 + 6НСl, или же, наконец, еще более сложныслучаи, когда одновременно протекают и реакция соединения и вытеснения.каковы, напр. все случаи Г. в воздухе органических соединений (главнымипродуктами являются углекислота и вода, как будто углерод и водород ихсгорали отдельно) и явления, сопровождающие дыхание . Подобно остальнымхимическим реакциям, Г. возможно только при некоторых вполнеопределенных условиях, каковы: известные пределы температуры ипарциального давления реагирующих тел, сообщение им некоторого запасаэлектрической энергии и, наконец, каталитическое влияние присутствиятретьих тел. Следующие примеры наглядно поясняют сказанное. Сера вобыкновенных условиях загорается на воздухе только около +285°Ц.; магнийгорит (на воздухе же), если он взят в виде лент или проволоки, когданеобходимая для Г. высокая температура успевает передаться от горящихчастиц к окружающим; но стоит только облегчить потерю тепла (благодарятеплопроводности) и взять большой кусок магния, чтобы он потерялспособность гореть при прежних условиях; антрацит тухнет, если зажечьотдельный кусок его, и т. д. Фосфористый водород РН3 взрывает своздухом, при обыкновенном давлении, только при 116°Ц.; эта температураповышается до + 118°Ц, если смесь сжатием довести до 1/15 ч. начальногообъема; но если уменьшить давление, под которым находится смесь РН3 своздухом, то наблюдается взрыв уже при + 20°Ц. (Г. де-Лабилардьер);взаимодействия (с выделением аморфного фосфора) можно достигнуть ипрямо, если на 130 объем. РН3 взять 8 объемов, кислорода (Вантгофф);необходимость известных пределов давления, при которых возможноокисление (при обыкновенной температуре), констатирована также дляфосфора Миллером и Гуннингом, для серы и мышьяка - Жубером. В концепрошлого столетия лорд Кавендиш наблюдал, что если через смесь влажныхазота и кислорода (атмосферный воздух) пропускать искры, получающиесяпри разряде Лейденской банки, то образуется некоторое количество окисловазота; в недавнее время Крукс показал, что можно даже получить пламягорящего в кислороде азота (горящего воздуха), а именно оно появляетсямежду полюсами вторичной цепи, если через первичную цепь большойРумкорфовой спирали пропускать переменный ток (130 колебаний в минуту) в65 вольт и 15 ампер; пламя это можно задуть и снова зажечь спичкой;причина же, почему пламя разожженного азота не распространяется по всейатмосфере, заключается в том, что температура воспламенения азота лежитвыше температуры, получаемой при Г., так что пламя недостаточно горячо,чтобы поджечь окружающие частицы воздуха, хотя тонкая платиноваяпроволока в нем легко плавится. Наконец необходимость присутствиявлажности для того, чтобы было возможно Г. окиси углерода (Диксон), ужеупомянута при газовых взрывах; очень просто это явление демонстрируетсяследующим опытом: окись углерода пропускают через горизонтальную трубку,наполненную бусами, смоченными крепкой серной кислотой, и зажигаютвыходящий из трубки газ, при чем получается характерное слабо светящеесяголубое пламя; стоит его, однако, прикрыть цилиндром, в котором воздухтолько что был высушен взбалтываньем с крепкой серной кислотой, чтобыпламя тотчас же погасло (Роско). В заключение заметим, что, как и вовсех других случаях взаимодействия различных тел, напр. А и В, не можетбыть сделано различие между ролями А и В, так и при Г. одинаковоправильно утверждать, что водород горит в кислороде (если мы зажигаемструю водорода, вытекающую в воздух), или же что, наоборот, кислородгорит в водороде, когда мы возбудим напр. электрической искрой Г.кислорода, притекающего по трубке в сосуде, наполненный водородом; обатела принимают одинаковое участие в реакции, которая состоит в ихсоединении (образуется вода). Если же обыкновенно называют воздух теломспособным поддерживать Г., то в этом следует видеть остаток воззренийЛавуазье, который предполагал, "что тела могут сгорать только в одномроде воздуха (теперь мы бы сказали "газа"), именно в кислороде; ни впустоте, ни в других газах Г. невозможно; при всяком Г. исчезаеткислород.... и выделяется материя огня и света... невесомая,эластическая жидкость, служащая как бы растворителем кислорода; и насамом деле последний, может быть, единственное тело природы, котороеследовало бы считать настоящим горючим веществом." А. И. Горбов.

ГОРЕНИЕ

физико-химический процесс, при котором превращение вещества сопровождается интенсивным выделением энергии и тепло- и массообменом с окружающей средой. Горение может начаться самопроизвольно в результате самовоспламенения либо быть инициированным зажиганием. Переход медленной химической реакции в режим горения обусловлен нелинейной зависимостью константы скорости реакции от температуры, вследствие чего реакция при определенных (критических) условиях начинает идти с прогрессирующим самоускорением. Наиболее обширный класс реакций горения - окисление углеводородов (горение природных топлив), водорода, металлов и др.

Горение

сложное, быстро протекающее химическое превращение, сопровождающееся выделением значительного количества тепла и обычно ярким свечением (пламенем). В большинстве случаев основу Г. составляют экзотермические окислительные реакции вещества, способного к Г. (горючего), с окислителем. Современная физико-химическая теория Г. относит к Г. все химические процессы, связанные с быстрым превращением и тепловым или диффузионным их ускорением, в том числе разложение взрывчатых веществ, озона, и др.; соединение ряда веществ с хлором, фтором и т. д.; взаимодействие многих металлов с хлором, окисей натрия и бария с двуокисью углерода и т. д. Химическая реакция Г. в большинстве случаев является сложной, т. е. состоит из большого числа элементарных химических процессов. Кроме того, химическое превращение при Г. тесно связано с рядом физических процессов - переносом тепла и масс и характеризуется соответствующими гидро- и газодинамическими закономерностями. В силу комплексной природы Г., суммарная скорость Г. практически никогда не тождественна скорости чисто химического взаимодействия реагентов системы. Более того, для гетерогенных процессов скорость Г. часто эквивалентна скорости того или иного лимитирующего чисто физического процесса (испарения, диффузии и т. д.).

Наиболее общее свойство Г. - возможность при известных условиях прогрессивного самоускорения химического превращения - воспламенения, связанного с накоплением в реагирующей системе тепла или активных продуктов цепной реакции, Характерная черта явлений Г. - способность к пространственному распространению, вследствие передачи тепла или диффузии активных частиц; в первом случае говорят о тепловом, во втором - о диффузионном механизме распространения пламени. Другая характерная особенность Г. - наличие критических условий, т. е. определенных, характерных для данной горючей системы областей значений параметров (состав смеси, давление, содержание примесей, начальная температура смеси и т. д.), вне которых реакция горения протекает стационарно, а внутри области - самоускоряется. Диффузионный механизм Г. обычно наблюдается при низких давлениях. Г. широко применяется в технике для получения тепла в топках, печах и камерах сгорания двигателей. При этом очень часто используется так называемое диффузионное Г., при котором распространение пламени определяется взаимной диффузией (кондуктивной или турбулентной) горючего и окислителя.

Для любого вида Г. характерны две типичные стадии - воспламенение и последующее сгорание (догорание) вещества до продуктов полного Г. Время, затрачиваемое на обе стадии, составляет общее время Г. Обеспечение минимального суммарного времени Г. при максимальной полноте Г. (полноте тепловыделения) - основная задача техники сжигания. Для технического Г. важны также физические процессы подготовки смеси: испарение, перемешивание и т. д. Основные термодинамические характеристики горючей смеси - теплотворная способность и теоретическая (или адиабатическая) температура Г., т. е. та температура, которая могла бы быть достигнута при полном сгорании без потерь тепла.

По агрегатному состоянию горючего и окислителя различают: 1) гомогенное Г. - Г. газов и парообразных горючих в среде газообразного окислителя (большей частью кислорода воздуха); 2) горение взрывчатых веществ и порохов; 3) гетерогенное Г. - Г. жидких и твёрдых горючих в среде газообразного окислителя; Г. в системе жидкая горючая смесь - жидкий окислитель (например, кислота).

Гомогенное горение. Наиболее простой случай представляет Г. заранее перемешанных смесей. Большей частью реакции являются цепными (см. Цепные реакции). В обычных условиях Г. при их развитии (зарождении и развитии цепей) определяющее значение имеет предварительное нагревание вещества (термическая активация).

Для начала Г. необходим начальный энергетический импульс, чаще всего нагревание горючего. Различают 2 способа воспламенения: Самовоспламенение и вынужденное воспламенение, или зажигание (накалённым телом, пламенем, электрической искрой и др.).

Важнейший вопрос теории Г. - распространение пламени (зоны резкого возрастания температуры и интенсивной реакции). Различают нормальное распространение Г., или дефлаграцию, где ведущим процессом является передача тепла теплопроводностью, и детонацию (См. Детонация), где поджигание производится ударной волной. Нормальное Г., в свою очередь, подразделяется на ламинарное и турбулентное.

Ламинарное пламя обладает вполне определённой скоростью перемещения относительно неподвижного газа, которая зависит от состава смеси, давления и температуры и определяется только химической кинетикой и молекулярной теплопроводностью. Эта нормальная скорость является физико-химической константой смеси.

Скорость распространения турбулентного пламени зависит от скорости потока, а также степени и масштаба турбулентности. Горение в потоке (факельный процесс) - Г. струи при её истечении из трубы (сопла) в открытое пространство или камеру - очень распространённый в технике вид Г. Различают Г. при истечении заранее перемешанной смеси и Г. при раздельном истечении горючего и окислителя, когда процесс определяется перемешиванием (диффузией) двух потоков.

В условиях Г. в потоке большое практическое значение имеет вопрос удержания пламени на горелке или в камере. Задача обычно решается или путём непрерывного зажигания смеси от специального зажигательного устройства, или с помощью установки поперёк потока плохо обтекаемых тел (стабилизирующих экранов), обеспечивающих обратную циркуляцию горячих продуктов Г.

Горение взрывчатых веществ (ВВ) - самораспространение зоны экзотермической химической реакции разложения взрывчатого вещества или взаимодействия его компонентов посредством передачи от слоя к слою энергии реакции в виде тепла. В том случае, когда газообразные продукты Г. могут свободно оттекать от горячего заряда, Г. ВВ, в отличие от их детонации, обычно не сопровождается значительным повышением давления и не принимает характера взрыва. Конденсированные ВВ, аналогично смесям газообразных горючих и окислителей, не требуют подвода кислорода извне.

Скорость Г. зависит от природы ВВ, а также от давления, температуры, плотности заряда и др. факторов и при атмосферном давлении для различных ВВ изменяется от долей мм до нескольких м в сек. Для инициирующих ВВ она, как правило, в десятки и сотни раз больше, чем для вторичных.

Гетерогенное горение. Для Г. жидких веществ большое значение имеет процесс их испарения. Г. легко испаряющихся горючих практически относится к гомогенному Г., т. к. такие горючие ещё до воспламенения полностью или почти полностью успевают испариться. Применительно к жидким горючим различают 2 характеристики: температуру вспышки (См. Вспышка) и температуру обычного самовоспламенения.

Широко распространённой жидкой гетерогенной системой является высокодисперсная капельная система, для которой определяющее значение имеют законы воспламенения и Г. каждой отдельной капли. В отличие от гомогенного Г. ,в этом случае стадия воспламенения играет относительно меньшую роль.

Горение твёрдых веществ в простейшем случае не сопровождается разложением вещества с выделением их летучих компонентов (например, Г. металлов). В технике большое значение имеет Г. твёрдого топлива, главным образом углей, содержащих углерод и некоторое количество органических веществ, которые при нагревании топлива разлагаются и выделяются в виде паров и газов. Термически неустойчивую часть топлива принято называеть летучей, а газы - летучими. При быстром нагревании частиц топлива (что возможно для частиц малого размера) летучие компоненты могут не успеть выделиться и сгорают вместе с углеродом. При медленном нагревании наблюдается чёткая стадийность начального этапа Г. - сначала выход летучих компонентов и их воспламенение, затем воспламенение и Г. твёрдого, так называемого коксового, остатка, который кроме углерода содержит минеральную часть топлива - золу.

Каталитическое, или, вернее, поверхностное каталитическое, Г. газовых смесей относится к классу гомогенно-гетерогенных процессов Г.: химический процесс может протекать как в объёме, так и на катализирующей твёрдой поверхности (например, на платине). В зависимости от конкретных условий может проявляться гомогенный или гетерогенный тип Г. При высоких температурах, когда объёмное Г. идёт быстро, роль поверхностно-каталитического Г., как правило, мала и может быть заметной только в случае, когда смесь течёт в узких каналах, пористых материалах или мелкозернистых засыпках из катализатора. Применяемый в технике термин "беспламенное" Г. газовых смесей не всегда эквивалентен понятию поверхностно-каталитического Г. Скорее он является характеристикой Г. без светящегося пламени.

Лит.: Семенов Н. Н., О некоторых проблемах химической кинетики и реакционной способности, М., 1954; Кондратьев В. Н., Кинетика химических газовых реакций, М.,1958; Хитрин Л. Н. Физика горения и взрыва, М., 1957; 3ельдович Я. Б., Горение углерода, М. - Л.,1949; Франк-Каменецкий Д. А., Диффузия и теплопередача в химической кинетике, М. - Л., 1947: Льюис Б. и Эльбе Г. Горение, пламя и взрывы в газах, пер. с англ., M .,1948; Иост В., Взрывы и горение в газах, пер. с нем., М., 1952; Щелкин К. И. и Трошин Я. К., Газодинамика горения, М., 1963; Гейдон А. Г. и Волфгард Х. Г., Пламя, его структура, излучение и температура, пер. с англ.. М., 1959; Беляев А. Ф., Горение, детонация и работа взрыва конденсированных систем, М., 1968; Чугаев Л. А., Открытие кислорода и теория горения в связи с философскими учениями древнего мира. Избр. труды, т. 3, М., 1962, С.350-94; Gregory J. С., Combustion from Heracleitos to Lavoisier, L., 1934.

Википедия

Горение

Горе́ние — сложный физико-химический процесс превращения исходных веществ в продукты сгорания в ходе экзотермических реакций, сопровождающийся интенсивным выделением тепла. Химическая энергия, запасённая в компонентах исходной смеси, может выделяться также в виде теплового излучения и света. Светящаяся зона называется фронтом пламени или просто пламенем.

Освоение огня сыграло ключевую роль в развитии человеческой цивилизации. Огонь открыл людям возможность термической обработки пищи и обогрева жилищ, а впоследствии — развития металлургии, энергетики и создания новых, более совершенных инструментов и технологий. Управление процессами горения лежит в основе создания двигателей для автомобилей, самолётов, судов и ракет.

Горение до сих пор остаётся основным источником энергии в мире и останется таковым в ближайшей обозримой перспективе. В 2010 году примерно 90 % всей энергии, производимой человечеством на Земле, добывалось сжиганием ископаемого топлива или биотоплив, и, по прогнозам Управления энергетических исследований и разработок (США), эта доля не упадёт ниже 80 % до 2040 года при одновременном росте энергопотребления на 56 % в период с 2010 по 2040 год. С этим связаны такие глобальные проблемы современной цивилизации, как истощение невозобновляемых энергоресурсов, загрязнение окружающей среды и глобальное потепление.

Химические реакции горения, как правило, идут по разветвлённо-цепному механизму с прогрессивным самоускорением за счёт выделяющегося в реакции тепла. Особенности горения, отличающие его от других физико-химических процессов с участием окислительно-восстановительных реакций, — это большой тепловой эффект реакции и большая энергия активации, приводящая к сильной зависимости скорости реакции от температуры. Вследствие этого горючая смесь, способная храниться при комнатной температуре неограниченно долго, может воспламениться или взорваться при достижении критической температуры воспламенения (самовоспламенение) или при инициировании внешним источником энергии (вынужденное воспламенение, или зажигание).

Если продукты, образующиеся при сгорании исходной смеси в небольшом объёме за короткий промежуток времени, совершают значительную механическую работу и приводят к ударным и тепловым воздействиям на окружающие объекты, то это явление называют взрывом. Процессы горения и взрыва составляют основу для создания огнестрельного оружия, взрывчатых веществ, боеприпасов и различных видов обычных вооружений. Особым видом горения является детонация.

https://ru.wikipedia.org/wiki/Горение

Примеры употребления для Горение

1. У Пушкина же - постоянное горение, причем творческое горение!

2. Характер пламени был открытым, то есть открытое горение, пламенное горение.

3. Главный "экзамен", который сдали маски, - на горение.

4. Из окон выстреливал пепел, горение только усиливалось.

5. "Горение смогли остановить, лишь перекрыв подачу газа.