Концентраційні характеристики виникнення горіння на підставі пероксидної теорії

Abstract

Проблема. Існує декілька теорій процесу горіння, але у розрахунках параметрів пожежної небезпеки переважають апроксимаційні підходи, що свідчить про необхідність пошуку шляхів наближення описових засобів цих теорій до практичних потреб. Багато процесів окиснення та горіння відбуваються через стадію утворення пероксидних сполук, яку описують пероксидна та ланцюгова теорії горіння. У полум’ї фіксують гідро-, алкіл- та полімерні пероксиди, але пропорційність їх утворення до складу горючих сумішей докладно не досліджено. Мета. Розробка методики застосування пероксидної теорії горіння для розрахункового прогнозування концентраційних характеристик виникнення горіння шляхом моделювання надмолекулярних утворень у полум’ї. Методи. Роботу виконано за допомогою аналітичного методу досліджень шляхом аналізу можливих стехіометричних співвідношень на прикладі ряду алканів для вихідних горючих газоповітряних сумішей, за яких утворюються різні пероксидні надмолекулярні структури (кластери). Встановлювалась їх відповідність критичним співвідношенням у цих сумішах: стехіометричній концентрації, нижній та верхній концентраційній або детонаційній межі. Відзначено розрахункові моделі, які надають кореляцію, на підставі чого зроблено висновок про переважання на етапі виникнення горіння певних пероксидних структур. Результати. Передбачено утворення у зоні стиснення фронту полум’я надмолекулярних структур у вигляді мономолекулярного шару квазіконденсованої речовини, що підтверджено розрахунком очікуваної ширини фронту полум’я та розмірів мінімальної незгасаючої сфери. Визначено за 20 варіантами особливості будови пероксидних сполук, які формуються за критичних концентраційних співвідношень у суміші. Розраховано відповідні стехіометричні коефіцієнти для формування пероксидних структур. Ідентифіковано такі, які відповідають нижній та верхній концентраційним межам поширення полум’я, нижній та верхній детонаційній межі, стехіометричній концентрації повного згоряння горючого у повітрі, межі холодного полум’я. Запропоновано вважати область вибухонебезпечних концентрацій такою, де після утворення цільної надмолекулярної пероксидної структури ініціюється її кооперативне (миттєве) розкладання. Сформульовано наявність шести пероксидних меж. Висновки. Доведено можливість пояснення наявності критичних концентраційних характеристик формування полум’я існуванням критичних умов виникнення надмолекулярних пероксидних структур. Встановлено різницю у механізмах самоорганізації надмолекулярної будови, яка визначається тиском у зоні реакції: у детонаційній хвилі – конденсація у плівку, а потім утворення пероксидів; у дефлаграційній хвилі – утворення пероксидів, а потім конденсація у плівку; за самоспалахування – об’ємна самоорганізація пероксидних сполук. Визначено, що структури надмолекулярних пероксидних утворень у вигляді гідро-, алкіл- або полімер-пероксидів утворюються залежно від концентрації горючої речовини та кисню у суміші. Передбачено проведення подальших досліджень у напрямку моделювання надмолекулярних структур, які визначають температуру самоспалахування.