при какой температуре начинается горение

Температура пожара при горении

Защита промышленных объектов и жилых зданий от пожаров – одна из наиболее важных и актуальных проблем. При этом основной целью при возникновении возгорания считается спасение людей, а единственным критерием эффективности действий по тушению – ликвидация очага возгорания в кратчайшие сроки. Чтобы решать практические задачи пожарной безопасности, необходимо учитывать комплекс параметров, наиболее важным из которых выступает температура пожара при горении.

Общие сведения

Пожарами называют процессы горения, которые не поддаются контролю, сопровождаются ущербом и убытками. Само горение представляет собой окислительную реакцию, для которой характерно образование пламени, свечение, появление дыма. Способность развивать горение является горючестью.

Пожары подразделяют на 4 класса на основании объектов, которые воспламеняются:

Классовая принадлежность определяют температуру при горении.

Все пожары сопровождаются опасными проявлениями:

Все они воздействуют на человека, причиняют материальный ущерб.

По мере нарастания пламени в помещении наступает момент, когда все сооружение оказывается задымленным и охваченным тепловым влиянием. Дальнейшее нахождение в нем оказывается невозможным. Такой момент называют критическим временем. Он зависит от площади помещения, теплоты сгорания, темпов выгорания. Предельным значением среды считается 70 °С – человек не способен находиться в здании с такой температурой.

Горение

Все вещества, способные сгорать, состоят из углерода и водорода – основных компонентов газовоздушного потока. Температура воспламенения для многих из них колеблется в пределах 300 °С.

Горение возможно лишь в том случае, когда в воздухе будет содержаться определенное количество кислорода. Концентрация, при которой исключено воспламенение, определяется только опытным путем. Например, для картона самопроизвольное затухание наступает при 14 %.

Чтобы горючая смесь воспламенилась необходим источник зажигания. Это может быть огонь, тепловое воздействие нагревательных приборов, разряды статического электричества, молнии и т.п.

Особенности развития пожара

Процесс определяется несколькими факторами:

Существуют три стадии:

Когда говорят о внутренних пожарах, рассчитывается среднеобъемная t газовой среды в здании. Об открытых – предельные температурные показатели пламени.

Температурный режим

Абсолютные значения температуры наружных пожаров выше, чем внутренних. Это объясняется размерами зоны горения, а также особенностями горючих веществ, удельной теплоты пожара, газового обмена и прочих факторов.

Температура пожара – непостоянная величина. Она зависит от пространственно-временного фактора, может становиться выше или ниже. Температурные изменения в пространстве и времени – температурный режим (ТР) пожара.

В помещениях

ТР внутренних пожаров – среднеобъемные колебания температуры с течением времени. Скорость роста и абсолютное значение температуры зависит от многих факторов:

Высота помещения – один из ключевых факторов, определяющих температурный режим. В высоких сооружениях скорость роста t выше, однако по максимальному значению она меньше, чем в низких. Это обусловлено тем, что в помещениях малой высоты коэффициент избытка воздуха больше, следовательно, потери тепла из зоны горения тоже больше.

Например, подвалы, судовые трюма, кабельные тоннели, сушильные камеры и прочие относительно замкнутые пространства отличаются более высокой температурой пожара. Передача тепла наружу ограничивается, запускается процесс его аккумуляции.

Наружные

ТР наружных пожаров – среднеобъемные колебания температуры в зависимости от времени и области теплового воздействия до безопасных границ. Границы располагаются там, где температура не поднимается выше 50-60 °С. Влияние на нее оказывают теплота и скорость сгорания, дымообразующие способности.

Среднее значение для горючих газов – 1200-1300°С, для жидкостей – 1100-1300°С, для твердых веществ органического происхождения – 1000-1250°С.

По высоте температуры при пожаре распределяются неравномерно. Максимальные значения находятся непосредственно в зоне горения, минимальные – по мере удаления от нее к границам теплового воздействия. Чем дальше от области горения, тем ниже градус, что объясняется процессами теплообмена, происходящими в окружающей среде.

Лесные пожары

Защита лесов – одна из ключевых природоохранных проблем. Задача лесопожарного мониторинга состоит в прогнозировании температур горения верхового пожара. Согласно действующему Лесному кодексу РФ и прочим нормативным актам, классификация пожарной опасности в лесных массивах определяется как степень возможности появления очагов возгорания на соответствующих территориях.

Для количественной оценки применяется комплексный показатель (КП), который высчитывается ежедневно каждые 12-15 часов. Класс пожарной опасности выявляется на основании КП. Формула его расчета – сумма произведений t воздуха на разность t воздуха и точки росы за определенное количество дней без осадков.

Лесные пожары подразделяется на две категории:

Температура горения дерева составляет около 400-900°С при низовых и 1000-1100°С при верховых.

Особенности температурных расчетов

Для установления t используют:

Наиболее часто применяется формула зависимости температурных показателей от времени:

t = 345lg(8t+1), где t – период развития пожара, выраженный в минутах.

Такой ТР считается стандартным. Он демонстрирует исключительно экспериментальные данные при условии, что возгорание не ограничивалось.

Также при определении оцениваются отличительные внешние признаки нагрева – плавление, цвет и т.п.

При сухом воздухе и ТР 80-100 °С, а также при влажном и ТР 50-60 °С человек может пребывать без средств специальной защиты в течение нескольких минут. Более высокие значения и продолжительное нахождение в зоне опасного теплового воздействия приводят к ожогам, перегреванию, обморокам, а в крайних случаях – к летальным исходам.

Примеры

Знание среднеобъемных температур продуктов горения при пожаре, а также скорость их роста помогают делать корректные прогнозы относительно хода развития процесса, производить расчеты газообмена, предвидеть строительные обрушения и деформации, выявлять возможные взрывы. Наиболее распространенные данные приведены в таблице ниже. Характеристики взяты из ГОСТ 12.1.044-89.

Одновременное горение разнородных веществ и материалов требует расчета средних значений ТР по весовой загрузке этих материалов.

Заключение

Высокие температурные значения в пределах горения и теплового воздействия становятся причиной гибели людей и животных. Они вызывают нагрев горючих материалов и их последующее воспламенение, деформируют и обрушают строительные конструкции, оказывают значимое воздействие на развитие и протекание пожара, создают сложные условия для его тушения.

Тушить обычно начинают спустя 20-30 минут, когда все пожарные показатели достигают своих пределов. Однако продолжительное воздействие высоких температур на конструкции негативно отражается на их несущих способностях – данный факт должен быть обязательно учтен.

Чтобы снизить опасность промышленных объектов, их оснащают автоматическими системами тушения, которые активируются на первых фазах развития пожара. В зависимости от особенностей горения они способы полностью прекращать пожар либо сдерживать его развитие.

Источник

Температура пламени

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.

Огонь и древние люди

Контролируемое использование огня для обеспечения себя теплом и светом — одно из первых великих достижений человечества. Это дало возможность древним людям освоить места с более суровым климатом, готовить пищу, защищаться от хищников и обрабатывать некоторые материалы. Доказано, что предки современных людей знали, как пользоваться огнём по меньшей мере 790 тысяч лет. Некоторые археологические данные свидетельствуют об использовании его значительно раньше:

Многие культуры не одну тысячу лет поклонялись открытому пламени и использовали его в религиозных обрядах.

Роль важного элемента во многих церемониях огонь сохранил и до настоящих дней. Его значение для людей было настолько велико, что он стал героем мифов и основой мировоззренческих систем: Прометей похитил огонь у богов, чтобы отдать его людям; Аристотель определил его в качестве одного из четырёх природных элементов; китайские философы дали ему роль одной из пяти сущностей, из которых состоит всё живое.

Физика процесса

Огнём называют бурное окисление материалов в процессе необратимой экзотермической реакции с выделением энергии в виде тепла и света. Огонь возникает как результат воспламенения горючего при достаточном количестве кислорода, позволяющем поддерживать скорость окисления на уровне цепной реакции. Пламя — видимая газообразная часть огня. Над жидкостью оно возникает в результате её испарения, над твёрдым топливом благодаря выделению из него горючего газа в процессе пиролиза.

Огонь – бурное окисление материалов в процессе необратимой экзотермической реакции с выделением энергии в виде тепла и света

Доминирующий цвет пламени меняется с температурой открытого огня. Хорошей иллюстрацией этого явления может быть горение традиционного костра. Рядом с дровами, где происходит самая бурная реакция, огонь белый, переходящий в жёлтый. Над этой областью цвет меняется на оранжевый, маркирующий зону, в которой холоднее. Следующий, ещё более холодный участок — красный. Над ним реакция практически не происходит, а выше можно наблюдать такие несгоревшие частицы углерода как дым. Диапазон температур горения костра в соответствии с цветовой гаммой выглядит так:

Фазы горения

По сути, деревья — концентрат энергии излучения Солнца. Листья растений работают как небольшие солнечные панели, поглощающие световую энергию, чтобы с её помощью преобразовать воду, углекислый газ и минералы в органические вещества. Горение можно рассматривать как процесс обратный фотосинтезу. Поджигание дров освобождает накопленную за время жизни растения энергию, реализуя её в виде высокой температуры огня в костре. Горение древесины проходит три фазы:

Искусство истопника или разжигателя костров состоит в знаниях и навыках, необходимых для обеспечения благоприятных условий протекания горения во всех трёх фазах: от поддержания температуры пламени костра до подачи необходимого количества кислорода.

Классификация пламени

Классифицируют свечение огня следующим образом.

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

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:

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

Внутри конуса пламени имеются:

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.

Температура

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

Наиболее высокие известные температуры горения:

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

Виды древесины

Есть несколько закономерностей, обуславливающих разницу в горении различных пород дерева. Прежде всего это наличие смол — они заметно добавляют теплотворной способности дровам. Мягкий лес горит легче из-за низкой плотности. Тяжёлые породы долго поддерживают горение.

В то время как плотность древесины существенно варьируется от вида к виду, теплотворная способность их на единицу массы практически одинакова (за исключением хвойных смолистых пород). Независимо от того, какие виды деревьев пошли на дрова, влажность — основной фактор, влияющий как на процесс горения, так и на тепловой результат.

Знание разных пород древесины позволяет получить комфортное горение с меньшим расходом дров

Перечень особенностей древесины некоторых пород:

Знание основ обращения с древесиной как топливом позволяет получить комфортное горение с меньшим расходом дров.

Важно только не забывать главное: неконтролируемое открытое пламя может быть очень опасным для живых существ. Помимо ожогов от пламени и тлеющих углей, огонь может принести несравненно больше беды разгоревшись в пожар.

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:

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

, красно-оранжевая — излучением частиц С₂

и микрочастиц сажи. Излучение прочих образующихся в процессе горения частиц (CH_x

) 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).

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.

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.

Источник

Температура костра из дров

Изначально ученые думали, что все горючие материалы содержат в себе особое вещество – «флогистон», мол именно из-за него происходит процесс горения. Однако в XVIII веке химики выяснили, что в действительности нет никакого таинственного элемента, а причиной горения огня является кислород. Опытным путем было доказано, что пламя – это следствие от взаимодействия горючего материала с окислителем.

Прежде чем мы перейдем к температуре горения, важно познакомиться с физикой процесса горения и изучить фазы этого процесса.

Описание процесса горения

Горение – это химическая реакция, при которой крупные молекулы разбиваются на более мелкие, более быстрые молекулы, посредством перестановки связей между атомами. В результате реакции выделяется энергия в виде тепла и света. Пламя – видимый процесс горения воздуха. Огонь появляется в следствии окислительно-восстановительной реакции. Чтобы данная реакция произошла, необходимо наличие 3 основных компонентов:

Фазы горения дров

Древесина сама по себе не самовоспламеняется, она должна пройти различные фазы, прежде чем вступить в процесс горения.

Разогрев древесины

Прежде чем дрова загорятся, они должны нагреться от какого-либо источника тепла и достигнуть температуры горения. Как только температурный порог очага преодолевает 150°C, начнется процесс испарения влаги из древесины и постепенное обугливание. Действительно, так называемая сухая древесина всегда содержит от 15 до 20% влаги.

Как только температура достигнет 300 °C – поверхность древесины начнет тлеть и выделять белый дым. Этот дым – это смесь пара от испарившейся влаги, а также компоненты термического разложения.

На этой стадии процесс возгорания еще не начался, поэтому если остановить нагрев, то горение так и не наступит.

Разжигание костра

Вспышка дымовых газов

На втором этапе выделение газообразных составляющих начинает усиливаться. При достижении критической массы пиролизных газов, происходит вспышка и начинается возгорание. Появляется ярко-желтое пламя на поверхности дров, происходит резкий скачок градусов.

Для достижения этой стадии, необходимо чтобы пиролизные газы нагрелись от 200 до 300 °C. Только при такой температуре возможен старт воспламенения пиролизного газа.

Вспышка пиролизных газов

Воспламенение древесины

После возгорания газа – воспламеняется и сама древесина. Как только она достигает температуры от 450 до 650 °C (при помощи внешнего источника тепла), начинает гореть не только поверхность, но и внутренняя часть полена.

Также на скорость воспламенения могут повлиять следующие факторы:

Горение древесины

При соблюдении всех необходимых условий, пламя полностью охватывает всю область древесины и не затухает. Это означает, что воспламенение перешло в стадию горения. У этой стадии есть две фазы – горение пламенем и тление.

Пока в зоне горения будет достаточно кислорода, топлива и концентрации необходимой температуры, эта стадия будет продолжаться.

Горение дров в костре

Именно на фазе горения наблюдаются самые высокие температуры пламени.

Затухание древесины

Как только прекращается поддержка одного из вышеперечисленных условий, процесс переходит в завершающую стадию – затухание.

Затухание костра

Температура горения различных видов дров

Разные породы дров сгорают по-разному. От одних не остается практически нечего, лишь горсть пепла, другие же оставляют после себя много углей и золы. Как правило, температура возгорания дерева составляет 200-300 °C.

Породы древесины делятся на два основных семейства в зависимости от их плотности:

Мягкие лиственные и хвойные породы горят быстрее. Однако если они хранятся неправильно, то быстро разлагаются. Тем не менее, они ценятся за их высокую температуру сгорания, которая повышает эффективность печей и каминов, а также позволяет быстро поднимать температуру в доме.

Твердые лиственные породы горят дольше, выделяемая температура от их сгорания выше. Дрова от таких деревьев используют как в промышленности, так и для топки домашних печей и каминов.

Особенности горения различных видов древесины заключаются в следующем:

Цвет огня в зависимости от температуры

В зависимости от цвета пламени – можно определить примерную температуру огня. Хорошим примером будет огонь обычного костра. У самого основания дров, в месте где самая активная реакция – цвет огня белый, либо ярко-желтый. Чуть выше уже начинается оранжевый цвет – знак того, что температура там ниже. В самой вершине пламени – цвет огня ярко-красный. Дальше реакция уже не происходит – виден только дым. Если проще, то у огня есть свой диапазон температур, в котором каждая цветовая гамма говорит о том, сколько градусов в той или иной части костра:

Факторы, влияющие на температуру горения дров

Существует несколько факторов, которые могут повлиять на температуру горения – это влажность и контактная площадь. Понимая степень влияния того или иного фактора, можно добиться наибольшей температуры пламени, путем нехитрых манипуляций с дровами.

Влажность дров

Вся свежая древесина содержит в себе определенное количество влаги. Это может быть: древесный сок, смола, а также вода в стволе, впитанная корнями. Также важно и то, что вода остается и на коре дерева, особенно после недавних осадков. Как правило, в свежесрубленной древесине содержится от 40 до 50% влаги, а некоторые сорта могут достигать отметки до 65% (тропические, прибрежные, болотные и влаголюбивые деревья). Именно поэтому при заготовке дров, а также при производстве пиломатериалов и мебели, древесина проходит длительную сушку, срок которой может достигать несколько лет. Однако и это полностью не избавляет древесину от влаги, остается порядка 15-20% воды, поэтому перед горением можно наблюдать испаряющийся белый пар от дров.

Если разводить костер из свежей древесины, то температура горения будет ниже. Это связано с тем, что около 50% выделяемого тепла будет уходить на испарение влаги. Костер часто издает громкие хлопки и шарящие звуки – это звук, испаряющийся воды внутри древесины. Обязательно стоит учитывать, что дров для костра на природе или в холодное время года понадобится в два раза больше, ведь сырая древесина дольше разгорается и выделяет меньше тепла, нежели сухая. Чтобы развести таежный костер нужно искать именно сухостой.

Для измерения влажности древесины используются специальные влагомеры.

Контактная площадь

Размер древесины может стать препятствием при разведении огня. Ведь чем больше масштаб полена – тем выше требования на просушку и разогрев. В связи с этим большие полена длительное время разгораются не так интенсивно горят.

Чтобы избежать этого, нужно рубить древесину на маленькие кусочки. Это даст ряд преимуществ:

Именно поэтому важно раскалывать мокрые дрова на маленькие кусочки. Таким образом костер загорится быстрее, пламя будет гореть интенсивней.

Как измеряется температура огня

Без специального оборудования измерить температуру огня невозможно, бытовые приборы для этого не подойдут. Для этого необходимо использовать профессиональный пирометр.

Данный прибор работает бесконтактно. Все что нужно сделать, это просто навести его на открытый огонь, по инфракрасному излучению устройство определит примерную температуру огня. Замер можно проводить с любого расстояния, однако прибор должен видеть замеряемый объект, воздух должен быть прозрачным (т.е. не задымленным).

Как правило, пирометр показывает температуру огня от обычного костра или в камине в диапазоне от 750 до 1200 градусов по Цельсию.

Измерение температуры огня

Как измеряется температура углей в мангале

Температуру углей в мангале можно определить с определенной точностью без использования специальных приборов. Все что нужно, это поднести руку на расстоянии примерно 10 см над мангалом.

Количество секунд, которые вы выдержите – будет равняться примерной температуре углей:

Источник