Причины появления калильного зажигания и способы устранения
Калильное зажигание — это термин обозначающий работу двигателя автомобиля с преждевременным воспламенением (зажиганием) горючей смеси не от искры, а от сильно нагретых деталей камеры сгорания.
Например, от черезмерно раскаленных изолятора и электродов свечей зажигания, кромок тарелок клапанов или нагара.
Признаки калильного зажигания
Калильное зажигание часто путают с дизелингом и детонацией. Но, на самом деле детонация — это несколько другой процесс, связанный с аномальным взрывным горением смеси под нагрузкой на низких оборотах, а дизелинг — работа двигателя после выключения зажигания если в камеры не прекращена по каким-то причинам подача бензина.
При калильном зажигании получается, что двигатель работает на слишком раннем зажигании. Особенно опасно его возникновение во время движения автомобиля на повышенных оборотах. Так как при этом поршни испытывают сильную перегрузку, ведь им приходится сжимать уже горящую смесь в условиях роста давления и температуры.
Под нагрузкой такая работа может привести к их быстрому разрушению. А от перегрева возможно разрушение изолятора свечей и прогорание клапанов.
В ряде случаев определить, что двигатель работает на калильном зажигании бывает сложно, но чаще всего оно проявляет себя повышенной шумностью (глухой стук в двигателе) на больших оборотах, а так же заметной вибрацией (двигатель трясет). И хорошо ощутимой потерей мощности и приемистости.
Причины появления калильного зажигания
1. Свечи зажигания не соответствуют двигателю по калильному числу.
Это, наверно, самая распространенная причина возникновения калильного зажигания. Она случается, например, если в двигатель с высокой степенью сжатия (высокофорсированного) установили свечи от двигателя с более низкой степенью сжатия (низкофорсированного). То есть более горячие, с более низким калильным числом.
Электроды таких свечей при сильном нагреве (более 700°) раскаляются и поджигают горючую смесь раньше срока.
2.
Тарелки клапанов неплотно прижимаются к седлам в головке блока.Например если клапана «зажаты» (слишком маленький тепловой зазор у их торцов). В процессе своей работы клапана очень сильно разогреваются. Нормальный теплоотвод от тарелок клапанов обеспечивается, в частности, за счет их плотного прилегания к седлам и отведения тепла на головку блока.
Если прижатие неплотное, теплоотвод ухудшается, тарелки клапанов раскаляются и вполне способны поджечь смесь до возникновения искры на свечах.
3. Имеется сильный нагар на деталях камер сгорания.
Например, на тарелках и стержнях клапанов, стенках камер сгорания, днищах поршней. Раскаленный при работе двигателя такой нагар, полностью не остывает и может поджечь горючую смесь раньше свечи.
Из дополнительных факторов способствующих возникновению калильного зажигания можно отметить применение низкооктанового топлива и перегрев двигателя автомобиля.
Как устранить калильное зажигание?
При появлении признаков работы двигателя на слишком раннем зажигании, например, детонации, а так же стуков в двигателе на больших оборотах необходимо, учитывать, что их причиной, помимо прочего может быть калильное зажигание.
Для устранения калильного зажигания необходимо, как минимум, подобрать свечи зажигания чисто под конкретный двигатель (благо сейчас на каждой коробке свечей написано их назначение) и отрегулировать клапана.
С удалением нагара будет сложнее. Самый лучший и надежный способ — это снять головку блока, разобрать и все почистить. Способ похуже — залить чистящую присадку в бензин. Но, при этом есть риск, что частицы отвалившегося нагара поцарапают цилиндр.
Либо можно попробовать прогнать автомобиль на высокой скорости длительное время (совершите длительную поездку). При этом нагар с деталей камеры сгорания хотя бы частично выгорит.
Примечания и дополнения
— Термином калильное зажигание пользуются для обозначения разных процессов в двигателе. Как уже отмечено в начале статьи им могут называть и детонацию, и дизелинг. Но, в самом первоначальном значении, калильное зажигание — это название не процесса, а самой системы зажигания. До внедрения искровой системы зажигания на двигателях внутреннего сгорания применялось система калильного зажигания.
В ней поджиг топливовоздушной смеси осуществлялся не свечей зажигания, а специальной предварительно разогретой калильной головкой.
Еще статьи по системе зажигания двигателей автомобилей ВАЗ
— Не работает один цилиндр двигателя автомобиля, почему?
— Особенности замены свечей зажигания
— Проверка коммутатора контрольной лампой
— Признаки и причины неисправности крышки трамблера
— Чем различаются свечи зажигания для инжекторного и карбюраторного двигателя?
Подписывайтесь на нас!
Калильное зажигание | это… Что такое Калильное зажигание?
Двухтактныйавиамодельныйкалильный двигатель.
Свеча накаливаниякалильного двигателя.
Основная статья: Система зажигания
Кали́льное зажига́ние — это система зажигания, применявшаяся в двигателях внутреннего сгорания до изобретения искровой системы зажигания.
Принцип действия: воспламенение топливовоздушной смеси осуществлялось в конце такта сжатия от предварительно разогретой калильной головки.
Содержание
|
История
Первые двигатели (например, двигатель Даймлера, а также так называемый полудизель) в качестве системы зажигания имели калильную головку (синоним — калильную трубку). То есть, воспламенение рабочей смеси осуществлялось в конце такта сжатия от сильно нагретой камеры, сообщающейся с камерой сгорания. Перед запуском калильную головку надо было разогреть, далее её температура поддерживалась сгоранием топлива.
Реалии
На бензиновых моторах прижилась искровая система зажигания, то есть система, отличительным признаком которой является воспламенение смеси электрическим разрядом, пробивающим воздушный промежуток свечи зажигания в заданный момент времени.
Паразитный эффект
Также калильным зажиганием называют негативный эффект, когда на двигателе с искровым зажиганием топливовоздушная смесь воспламеняется не от искры свечи зажигания, а от перегретых деталей.
Чаще всего такой деталью является изолятор самой свечи зажигания (при использовании свечи с ненадлежащим калильным числом) или частицы нагара. В этом случае возможно даже продолжение работы двигателя после выключения системы зажигания, пока не перекрыта подача топлива (на карбюраторах стоят электромагнитные клапаны, перекрывающие подачу топлива при выключенном зажигании). Склонность свечи к накоплению теплоты характеризуется калильным числом.
Настоящее время
Основная статья: Калильный двигатель
В настоящее время калильным воспламенением обладают часть микродвигателей внутреннего сгорания, используемые в различных моделях[1] (авиа-, авто-, судомодели и тому подобное). Калильное зажигание в данном случае выигрывает своей простотой и непревзойдённой компактностью.
Также калильное зажигание использовалось в отопителе салона автомобилей «Запорожец», в автобусах «Ikarus», автомобилях «Tatra» (только при запуске отопителя).
В настоящее время калильное зажигание широко применяется при запуске дизельных двигателей (облегчение запуска при низкой температуре).
Дизельное топливо распыляется форсункой на предварительно нагретую накальную свечу, после запуска двигателя напряжение накала постепенно снижается.
Примечания
- ↑ Двухтактный калильный двигатель.
Ссылки
- Калильное зажигание
- Конструкция калильных свечей.
- Запорожец ЗАЗ-966. Печка.
Пламенное воспламенение твердого топлива
Бабраускас, В., «Справочник по воспламенению», Издательство Fire Science Publishers & Society of Fire Protection Engineers, 2003.
Google Scholar
Руководство для инженеров: пилотное воспламенение твердых материалов под воздействием излучения, Общество инженеров по противопожарной защите, Бетесда, Мэриленд, США, 2002 г.
Google Scholar
Хирата, Т.
, Кашиваги, Т. и Браун, Дж. Э., «Термическая и окислительная деградация поли(метилметакрилата): потеря веса», Macromolecules, 18, 1410–1418, 1985.CrossRef Google Scholar
Ди Блази, К., «Моделирование и имитация процессов горения обугливающихся и не обугливающихся твердых топлив», Progress in Energy and Combustion Science , 19 , 71–104, 1993.
CrossRef Google Scholar
Олемиллер, Т.Дж., «Моделирование распространения тлеющего горения», Progress in Energy and Combustion Science, 11 , 277–310, 1986.
CrossRef Google Scholar
Рейн, Г., Лаутенбергер, К., Фернандес-Пелло, А.С., Тореро, Дж.Л. и Урбан, Д.Л., «Применение генетических алгоритмов и термогравиметрии для определения кинетики пенополиуретана при тлеющем горении», Горение и пламя 146 95 – 108 (2006).
Перекрёстная ссылка Google Scholar
Лаутенбергер, К., Рейн, Г. и Фернандес-Пелло, А.С., «Применение генетического алгоритма для оценки свойств материалов для моделирования пожара на основе данных лабораторных испытаний на огнестойкость», Журнал пожарной безопасности 41 204 – 214 (2006).
Перекрёстная ссылка Google Scholar
Бал, Н., «Неопределенность и сложность моделирования пиролиза», докторская диссертация, Эдинбургский университет, 2012 г.
Google Scholar
Бал, Н. и Рейн, Г., «Неопределенность и калибровка в моделировании пиролиза полимеров», Последние достижения в области огнестойкости полимерных материалов, том. 23, К. Уилке (редактор), BCC, май 2012 г.
Google Scholar
«>Чао Ю.Х. и Ван, Дж. Х., «Сравнение поведения при термическом разложении неогнестойкой и огнезащитной гибкой полиуретановой пены», Journal of Fire Science , 19, стр. 137–155, 2001.
Google Scholar
Лаутенбергер К. и Фернандес-Пелло А.С., «Алгоритмы оптимизации для оценки свойств пиролиза материалов», Наука пожарной безопасности, 10, 751–764, 2011.
CrossRef Google Scholar
Хаос, М. Хан, М.М., Кришнамурти, Н., Де Рис, Дж.Л. и Дорофеев, С.Б. «Оценка схем оптимизации и определение свойств твердого топлива для моделей пожара CFD с использованием лабораторных испытаний пиролиза», Proceedings of Combustion Institute, 33, 2599–2606, 2011.
CrossRef Google Scholar
Брунс, М.К., Ку, Дж.Х. и Эзекой, О.А., «Популяционные модели термопластической деградации: использование оптимизации для определения параметров модели», Разрушение и стабильность полимеров, 94, 1013–1022, 2009.
CrossRef Google Scholar
Лайон Р.Е., Сафронава Н. и Озтекин Э., «Простой метод определения кинетических параметров материалов в моделях пожара», Наука пожарной безопасности, 10, 765–777, 2011.
CrossRef Google Scholar
Кашиваги, Т. и Намбу, Х., «Глобальные кинетические константы для термоокислительной деструкции целлюлозной бумаги», Горение и пламя , 88, 345–368, 1992.
CrossRef Google Scholar
Куллис, К.Ф. и Hirschler, M.M., « The Combustion of Organic Polymers », International Series of Monographs in Chemistry, Oxford Science Publications, Oxford, United Kingdom, 1981.
Google Scholar
Drysdale, D., Введение в динамику пожаров .
Второе издание. Джон Уайли и сыновья, Нью-Йорк, 1999 г.Google Scholar
Уильямс, Ф.А., Теория горения, 2-е издание, Addison-Wesley Publishing Company, Inc., 1985.
Google Scholar
Incropera, F.P., Dewitt, D.P., Bergman, T.L., Lavine, A.S., Fundamentals of Heat and Mass Transfer, 6th Edition, John Wiley and Sons, 2006.
Google Scholar
Озтекин Э.С., Кроули С.Б., Лайон Р.Е., Столяров С.И., Патель П. и Халл Т.Р. Источники изменчивости данных испытаний на огнестойкость: тематическое исследование поли(арилэфиркетона) (PEEK ), Горение и пламя, 159, 1720–1731, 2012.
CrossRef Google Scholar
Столяров С.И., Сафронава Н. и Лион Р.Е., «Влияние изменения свойств полимера на скорость горения», Огонь и материалы, 33, 257–271, 2009 г.
.Перекрёстная ссылка Google Scholar
Нильд Д.А. и Бежан, А., «Конвекция в пористых средах», Springer-Verlag, 1992.
Google Scholar
ASTM E-1354-03, Стандартный метод испытаний скорости выделения тепла и видимого дыма из материалов и изделий с использованием калориметра потребления кислорода, Американское общество по испытаниям и материалам, Филадельфия, 2003 г.
Google Scholar
ASTM 1321-97a, Стандартный метод испытаний для определения свойств воспламенения и распространения пламени, Американское общество по испытаниям и материалам, Филадельфия, 1997.
Google Scholar
ASTM E-2058-03, «Стандартный метод испытаний для измерения горючести синтетических полимерных материалов с использованием устройства для распространения огня (FPA)», Американское общество по испытаниям и материалам, Филадельфия, 2003 г.
Google Scholar
Staggs, J.E.J., «Конвекционная теплопередача в коническом калориметре», Fire Safety Journal, 44, 469–474, 2009.
CrossRef Google Scholar
Staggs, J.E.J., «Переоценка конвекционного теплообмена в коническом калориметре», Журнал пожарной безопасности, 46, 125–131, 2011.
CrossRef Google Scholar
Чжан, Дж. и Деличациос, М.А., «Определение коэффициента конвективной теплопередачи в трехмерных обратных задачах теплопроводности», Журнал пожарной безопасности, 44, 681–690, 2009.
CrossRef Google Scholar
Torero, J.L. «Scaling-Up Fire», Proceedings of the Combustion Institute, 34 (1), 99–124, 2013.
CrossRef Google Scholar
«>Fernandez-Pello, A.C., «The Solid Phase», In Combustion Fundamentals of Fire , Ed. Г. Кокс, Academic Press, Нью-Йорк, стр. 31–100, 1995.
Google Scholar
Fernandez-Pello, A.C. «О возгорании», Fire Safety Science, 10, 25–42, 2011.
CrossRef Google Scholar
Ниока, Т., Такахаси, М., Изумикава, М., 1981, «Газофазное воспламенение твердого топлива в горячем точечном потоке торможения»,
Google Scholar
Деличациос М. А. и Делихациос М. М., «Критическая массовая скорость пиролиза для тушения пожаров на твердых материалах», Пятый симпозиум по науке о пожарной безопасности, 153–164, 1996.
Google Scholar
«>Тореро, Дж. Л., Виеторис, Т., Легрос, Г., Жулен, П. «Оценка общего числа массопереноса по расстоянию распространения распространяющегося пламени», Combustion Science and Technology , 174 (11–12), стр. 187-203, 2002.
Google Scholar
Квинтьер, Дж. Г., «Основы огненных явлений», John Wiley and Sons, 2006.
Google Scholar
Грей, П. и Ли, П. Р. «Теория теплового взрыва», Oxidation and Combustion Reviews , 2 , 3–180, 1967.
Google Scholar
Атрея, А., «Зажигание пожаров», Философские труды Королевского общества А: математические, физические и инженерные науки 356 2787–2813 (1998).
Перекрёстная ссылка Google Scholar
«>Хоррокс, А.Р., Гаванде, С., Кандола, Б. и Данн, К.В., « Последние достижения в области огнестойкости полимерных материалов» », Business Communications Co., Норуолк, Коннектикут, США, 2000.
Google Scholar
Бакер С., Тесоро Г.К., Тунг Т.Ю. и Мусса, Н.А., « Воспламеняемость текстильных материалов », The MIT Press, Cambridge, Massachusetts, USA, 1976.
Google Scholar
Williams, F.A., «A Review of Flame Extinction», Fire Safety Journal , 3 , 163–175, 1981.
CrossRef Google Scholar
Расбаш Д. Дж., Драйсдейл Д. Д. и Дипак Д., «Критический тепло- и массообмен при пилотном воспламенении и гашении материала», Журнал пожарной безопасности , 10 , 1–10, 1986.
CrossRef Google Scholar
«>Феререс, С., Лаутенбергер, К., Фернандес-Пелло, А.С., Урбан, Д. и Рафф, Г., «Поток массы при воспламенении в условиях пониженного давления», Горение и пламя, 158, 1301–1306 , 2011.
Перекрёстная ссылка Google Scholar
Томсон Х. Е., Драйсдейл Д. Д. и Бейлер С. Л., «Экспериментальная оценка критической температуры поверхности как критерия пилотируемого воспламенения твердого топлива», Журнал пожарной безопасности , 13 185–196, 1988.
5 перекрестная ссылка Google Scholar
Бейлер, К., «Унифицированная модель пожаротушения», Journal of Fire Protection Engineering , 4 (1), 5–16, 1992.
CrossRef Google Scholar
Quintiere, J.G. и Рангвала, А.С., «Теория угасания пламени на основе температуры пламени», Fire and Materials , том 28, выпуск 5, сентябрь/октябрь, страницы: 387–402, 2004 г.
Google Scholar
Кордова, Дж. Л., Вальтер, Д. К., Тореро, Дж. Л. и Фернандес-Пелло, А. С. «Влияние потока окислителя на воспламеняемость твердых горючих материалов», Наука и технология горения, 164, № 1–6, стр. 253– 278, 2001.
Google Scholar
Макаллистер, С., Фернандес-Пелло, А.С., Урбан, Д. и Рафф, Г., «Совместное влияние давления и концентрации кислорода на пилотное воспламенение твердого горючего», Горение и пламя, 157, 1753 –1759, 2010.
CrossRef Google Scholar
Робертс, А.Ф. и Куинс, Б.В., «Предельные условия для горения легковоспламеняющихся жидкостей», Горение и пламя , 20, 245–251, 1973.
CrossRef Google Scholar
Лаутенбергер, К.
и Фернандес-Пелло, А.С. «Обобщенная модель пиролиза горючих твердых веществ», 5-й Международный семинар по пожаро- и взрывоопасности, 23–27 апреля, Эдинбург, Великобритания.Google Scholar
Батлер, К. М. Модель смешанного слоя для пиролиза пузырьковых термопластичных материалов, Национальный институт стандартов и технологий, Гейтерсбург, Мэриленд, NISTIR 6242; 19 октября98.
Google Scholar
Кашиваги, Т., «Горение полимера и воспламеняемость — роль конденсированной фазы», Proceedings of the Combustion Institute , 25 , 1423–1437, 1994.
CrossRef Google Scholar
Di Blasi C., «Современные транспортные модели для разложения твердых частиц», Polymer International 49 1133–1146, 2000.
CrossRef Google Scholar
«>Могтадери, Б., «Современное состояние моделирования пиролиза лигноцеллюлозного твердого топлива», Fire and Materials 30 1–34, 2006.
CrossRef Google Scholar
Лаутенбергер, К. и Фернандес-Пелло, А.С., «Моделирование пиролиза, термического разложения и процессов переноса в горючих твердых телах», появится в Транспортные явления при пожарах , Под ред. М. Фагри и Б. Санден, WIT Press, 2008.
Google Scholar
Лаутенбергер, К., Ким, Э., Дембси, Н. и Фернандес-Пелло, А.С., «Роль кинетики разложения в моделировании пиролиза – Применение к огнестойкому полиэфирному композиту», Наука пожарной безопасности, 9, 1201–1212, 2009.
Google Scholar
Столяров С.И., Кроули С., Уолтерс Р.Н. и Лайон, Р.Э., «Прогнозирование скорости горения обугливающихся полимеров», «Горение и пламя», 157, 2024–2034, 2010 г.
Перекрёстная ссылка Google Scholar
Столяров С.И., Кроули С., Лайон Р.Е. и Линтерис, Г.Т., «Прогнозирование скорости горения необугливающихся полимеров», «Горение и пламя», 156, 1068–1083, 2009 г.
CrossRef Google Scholar
Бал, Н. и Рейн, Г., «Численное исследование времени задержки воспламенения полупрозрачного твердого тела при высоких лучистых тепловых потоках», Горение и пламя, 158, 1109–1116, 2011.
CrossRef Google Scholar
Wasan, S.R., Rauwoens, P., Vierendeels, J. и Merci, B., «Модель пиролиза на основе энтальпии для обугливающихся и не обугливающихся материалов в случае пожара», Combustion and Flame, 157, 715 –734, 2010.
Google Scholar
Дакка С.
М., Джексон Г.С. и Тореро Дж.Л., «Механизмы, контролирующие деградацию полиметилметакрилата перед пилотным зажиганием» Труды Института горения , 29 , 281–287, 2002.CrossRef Google Scholar
Болье, П.А., и Дембси, Н.А., «Характеристики воспламеняемости при применяемых уровнях теплового потока до 200 кВт/м 2 », Fire and Materials , 2007.
Google Scholar
Холлман. J., «Характеристики воспламенения пластмасс и резины», докторская диссертация, Университет Оклахомы, Норман, Оклахома, США, 1971.
Google Scholar
Цзян Ф., де Рис Дж. Л. и Хан М. М. «Поглощение тепловой энергии ПММА за счет глубинного излучения», Журнал пожарной безопасности, 44, 106–112, 2009 г.
CrossRef Google Scholar
«>Гирод П., Бал Н., Бито Х., Рейн Г. и Тореро Дж. Л., «Сравнение результатов пиролиза между коническим калориметром и источниками тепла устройства распространения огня», Наука пожарной безопасности , 10, 889–901, 2011.
CrossRef Google Scholar
Бал, Н., Рейнард, Дж., Рейн, Г., Тореро, Дж.Л., Фёрст, М., Буле, П., Пэрент, Г., Асем, З. и Линтерис, Г., «Экспериментальные исследование радиационного теплообмена в полупрозрачном образце топлива, подвергнутом воздействию различных спектральных источников», International Journal of Heat and Mass Transfer, (в печати), 2013.
Google Scholar
Steinhaus, T. 1999 «Оценка теплофизических свойств поли(метилметакрилата): справочный материал для разработки теста на воспламеняемость в условиях микрогравитации», Магистерская диссертация , Университет штата Мэриленд.
Google Scholar
«>МакГраттан, К., Кляйн, Б., Хостикка, С., Флойд, Дж., «Симулятор динамики огня (версия 5), Руководство пользователя», Специальная публикация NIST 1019–5, 1 октября 2007 г.
Google Scholar
Моурер, Ф.В., «Анализ эффективных тепловых свойств термически толстых материалов», Журнал пожарной безопасности , том 40, выпуск 5, страницы 395–410, июль 2005 г.
Google Scholar
де Рис, Дж. Л. и Хан, М. М., «Держатель образца для определения свойств материалов», Fire and Materials , 24 , 219–226, 2000.
Google Scholar
Квинтьер, Дж. Г., «Упрощенная теория обобщения результатов измерения скорости распространения пламени излучающей панелью», Fire and Materials , Vol. 5, № 2, 1981.
Google Scholar
«>Викман, И. С., «Теория встречного распространения пламени», Progress in Energy and Burning Science , 18, 6, стр. 553–593, 1993.
Перекрёстная ссылка Google Scholar
Quintiere, J.G., «Principles of Fire Behavior», Delmar Publishers, 1997.
Google Scholar
Лаутенбергер, К. Тореро, Дж. Л. и Фернандес-Пелло, А. С., «Понимание воспламеняемости материалов», глава 1, Испытание материалов на воспламеняемость в строительстве, строительстве, транспорте и горнодобывающей промышленности , редактор V. B. Apte, стр. 1 -21, CRC Press, 2006.
Google Scholar
, Кашиваги, Т. и Браун, Дж. Э., «Термическая и окислительная деградация поли(метилметакрилата): потеря веса», Macromolecules, 18, 1410–1418, 1985.
Второе издание. Джон Уайли и сыновья, Нью-Йорк, 1999 г.
и Фернандес-Пелло, А.С. «Обобщенная модель пиролиза горючих твердых веществ», 5-й Международный семинар по пожаро- и взрывоопасности, 23–27 апреля, Эдинбург, Великобритания.
М., Джексон Г.С. и Тореро Дж.Л., «Механизмы, контролирующие деградацию полиметилметакрилата перед пилотным зажиганием» Труды Института горения , 29 , 281–287, 2002.Скачать ссылки
Химия горения — антипирены
Топливо. Топливо – это любое вещество, способное гореть. Большинство встречающихся видов топлива являются органическими и содержат углерод и комбинации водорода и кислорода в различных соотношениях. В некоторых случаях будет присутствовать азот; примеры включают дерево, пластмассы, бензин, спирт и природный газ. Неорганические виды топлива не содержат углерода и включают горючие металлы, такие как магний или натрий. Вся материя может существовать в одной из трех фаз: твердой, жидкой или газообразной. Фаза данного материала зависит от температуры и давления и может изменяться при изменении условий. Если достаточно холодно, углекислый газ, например, может существовать в твердом состоянии (сухой лед). Сгорание твердого или жидкого топлива происходит над поверхностью топлива в области паров, образующихся при нагревании поверхности топлива. Тепло может исходить от окружающих условий, от наличия источника воспламенения или от воздействия существующего огня. Применение тепла приводит к выбросу паров или продуктов пиролиза в атмосферу, где они могут гореть, если находятся в надлежащей смеси с воздухом и при наличии подходящего источника воспламенения. Некоторые твердые материалы могут подвергаться реакции обугливания, когда кислород вступает в реакцию непосредственно с твердым материалом. Обугливание может быть начальной или конечной стадией горения. Иногда обугленное горение переходит в пламя; в других случаях обугливание продолжается в течение всего хода событий. Газообразное топливо не требует испарения или пиролиза, прежде чем может произойти возгорание. Форма твердого или жидкого топлива является важным фактором его воспламенения и скорости горения. Например, мелкая древесная пыль легче воспламеняется и горит быстрее, чем кусок дерева. Некоторые легковоспламеняющиеся жидкости, такие как дизельное топливо, трудно воспламеняются в бассейне, но могут легко воспламеняться и быстро гореть в виде мелкодисперсных брызг или тумана. В целях дальнейшего обсуждения термин «топливо» используется для описания паров и газов, а не твердых веществ. * Окислитель. В большинстве случаев пожара окислителем является кислород земной атмосферы. Пожар может возникнуть в отсутствие кислорода воздуха, когда горючее смешивается с химическими окислителями. Многие химические окислители содержат легко выделяющийся кислород. Примерами являются удобрения из аммиачной селитры (Nh5NO3), нитрата калия (KNO3) и перекиси водорода (h3O2). Обычный воздух содержит 21 процент кислорода. Для того чтобы произошло горение, пары или газы топлива и окислитель должны быть смешаны в правильном соотношении. В случае твердых и жидких продуктов продукты пиролиза или пары рассеиваются с поверхности топлива и смешиваются с воздухом. По мере удаления от источника топлива концентрация паров и продуктов пиролиза уменьшается. Тот же процесс снижает концентрацию газа по мере увеличения расстояния от источника. Топливо сгорает только тогда, когда соотношение топливо/воздух находится в определенных пределах, известных как пределы воспламеняемости (взрывоопасности). В тех случаях, когда топливо может образовывать горючие смеси с воздухом, существует минимальная концентрация паров в воздухе, ниже которой распространение пламени не происходит. Сообщаемые пределы воспламеняемости обычно корректируются до температуры 32°F (0°C) и 1 атмосферы. Повышение температуры и давления приводит к снижению нижнего предела воспламеняемости, возможно, ниже 1 процента и увеличению верхнего предела воспламеняемости. Верхние пределы для некоторых видов топлива могут приближаться к 100 процентам при высоких температурах. Снижение температуры и давления будет иметь противоположный эффект. Следует соблюдать осторожность при использовании значений пределов воспламеняемости, приведенных в литературе. Сообщаемые значения часто основаны на одном экспериментальном устройстве, которое не обязательно учитывает условия, встречающиеся на практике. Диапазон смесей между нижним и верхним пределами называется легковоспламеняющимся (взрывоопасным) диапазоном. Каждая топливно-воздушная смесь имеет оптимальное соотношение, при котором сгорание будет наиболее эффективным. Это происходит при или близко к смеси, известной химикам как стехиометрическое соотношение. Когда количество воздуха находится в равновесии с количеством топлива (т. е. после сжигания нет ни неиспользованного топлива, ни неиспользованного воздуха), горение называется стехиометрическим. Пожары обычно имеют либо избыток воздуха, либо избыток топлива. Когда есть избыток воздуха, огонь считается контролируемым. Когда топлива больше, чем воздуха, что часто происходит при сильном пожаре в помещении или отсеке, считается, что пожар контролируется вентиляцией. При пожаре в отсеке, управляемом топливом, все горение будет происходить внутри отсека, и продукты горения будут почти такими же, как при горении того же материала на открытом воздухе. При пожаре в отсеке, контролируемом вентиляцией, горение внутри отсека будет неполным. Скорость горения будет ограничена количеством воздуха, поступающего в отсек. Это приведет к тому, что несгоревшее топливо и другие продукты неполного сгорания будут покидать отсек и распространяться в соседние помещения. Пожары, контролируемые вентиляцией, могут производить огромное количество угарного газа. Если газы немедленно выходят через окно или в помещение с достаточным содержанием кислорода, они воспламеняются и сгорают, когда газы превышают температуру воспламенения. Тепл. Тепловая составляющая тетраэдра представляет собой тепловую энергию выше минимального уровня, необходимого для выделения паров топлива и возникновения воспламенения. Тепло обычно определяется с точки зрения интенсивности или скорости нагрева (БТЕ/сек или киловатт) или как общая тепловая энергия, полученная с течением времени (БТЕ или килоджоули). При пожаре тепло приводит к образованию паров топлива, вызывает воспламенение и способствует росту огня и распространению пламени за счет поддержания непрерывного цикла образования и воспламенения топлива. Неингибированная химическая цепная реакция. Горение представляет собой сложный набор химических реакций, в результате которых происходит быстрое окисление топлива с выделением тепла, света и различных химических побочных продуктов. Горение твердых тел может происходить по двум механизмам: воспламенение и тление. Пламенное горение происходит в газовой или паровой фазе топлива. С твердым и жидким топливом это над поверхностью. Тление – это явление горения поверхности при использовании твердого топлива, при котором выделяется более низкая скорость тепловыделения и отсутствует видимое пламя. Тлеющие пожары часто переходят в пламя после того, как будет произведено достаточное количество энергии или когда присутствует поток воздуха, ускоряющий скорость горения. Теплопередача. Перенос тепла является основным фактором пожаров и влияет на воспламенение, рост, распространение, распад (снижение выхода энергии) и угасание. Важно различать тепло и температуру. Температура — это мера, выражающая степень молекулярной активности материала по сравнению с точкой отсчета, такой как точка замерзания воды. Тепло – это энергия, необходимая для поддержания или изменения температуры объекта. Когда тепловая энергия передается объекту, температура увеличивается. При отдаче тепла температура снижается. В случае пожара тепло всегда передается от высокотемпературной массы к низкотемпературной массе. Теплопередача измеряется потоком энергии в единицу времени (БТЕ/сек или киловатт). Чем больше разница температур между объектами, тем больше энергии передается в единицу времени и тем выше скорость теплопередачи. Температуру можно сравнить с давлением в пожарном рукаве и передачей тепла или энергии водному потоку в галлонах в минуту. Теплопередача осуществляется тремя механизмами: проводимостью, конвекцией и излучением. Проведение. Теплопроводность — это форма теплопередачи, происходящая внутри твердых тел при нагревании одной части объекта. Энергия передается от нагретой области к ненагретой со скоростью, зависящей от разницы температур и физических свойств материала. Свойствами являются теплопроводность ( k ), плотность ( p ) и теплоемкость ( c ). Теплоемкость (удельная теплоемкость) материала является мерой количества тепла, необходимого для повышения его температуры (БТЕ/фунт/градус повышения температуры). Если теплопроводность ( k ) высокая, скорость передачи тепла через материал высокая. Металлы имеют высокие значения теплопроводности ( k ), в то время как пластмассы или стекло имеют низкие значения теплопроводности ( k ). Прочие свойства ( k и c ) при равных условиях, материалы с высокой плотностью ( p ) проводят тепло быстрее, чем материалы с низкой плотностью. Как правило, кондуктивный теплообмен рассматривается между двумя точками с источником энергии при постоянной температуре. Другая точка будет повышаться до некоторой постоянной температуры ниже, чем у источника. Это состояние известно как стационарное состояние. После достижения устойчивого состояния теплопроводность ( k ) становится доминирующим свойством теплопередачи. На стадии нарастания пожара температуры постоянно меняются, что приводит к изменению скорости теплопередачи. В этот период все три свойства теплопроводности ( k ), плотность ( p ) и теплоемкость ( c ). В совокупности эти свойства обычно называют тепловой инерцией материала и выражаются через k , p , c . В Таблице 3-2.1 представлены данные для некоторых распространенных материалов. Влияние тепловой инерции на повышение температуры в помещении или на материал в нем не является постоянным в течение продолжительности пожара. В конце концов, когда материалы достигают постоянной температуры, влияние плотности ( p ) и теплоемкость ( c ) становятся незначительными по отношению к теплопроводности. Поэтому тепловая инерция материала наиболее важна на начальных и ранних стадиях пожара (до вспышки). Теплопроводность материала, влияющая на температуру его поверхности, является важным аспектом воспламенения. Тепловая инерция является важным фактором, влияющим на скорость повышения температуры поверхности. Чем ниже тепловая инерция материала, тем быстрее будет повышаться температура поверхности. Проводимость также является механизмом распространения огня. Тепло, проводимое через металлическую стену или вдоль трубы или металлической балки, может вызвать воспламенение горючих веществ при контакте с нагретыми металлами. Проведение через металлические крепежные детали, такие как гвозди, гвоздевые пластины или болты, может привести к распространению огня или разрушению конструкции. Конвекция. Конвекция — это передача тепловой энергии путем движения нагретых жидкостей или газов от источника тепла к более холодной части окружающей среды. Тепло передается твердым телам путем конвекции, когда горячие газы проходят над более холодными поверхностями. Скорость передачи тепла твердому телу зависит от разницы температур, площади поверхности, подвергающейся воздействию горячего газа, и скорости горячего газа. Чем выше скорость газа, тем больше скорость конвективного переноса. На начальном этапе возникновения пожара конвекция играет важную роль в перемещении горячих газов от огня в верхние части помещения, в котором возник пожар, и по всему зданию. По мере повышения комнатной температуры с приближением перекрытия конвекция продолжается, но роль излучения быстро возрастает и становится доминирующим механизмом теплопередачи. Даже после перекрытия конвекция может быть важным механизмом распространения дыма, горячих газов и несгоревшего топлива по всему зданию. Радиация. Излучение – это передача тепловой энергии от горячей поверхности к более холодной поверхности с помощью электромагнитных волн без промежуточной среды. Например, тепловая энергия солнца излучается на землю через космический вакуум. Энергия излучения может передаваться только в пределах прямой видимости и будет уменьшена или заблокирована промежуточными материалами. Промежуточные материалы не обязательно блокируют все лучистое тепло. Например, некоторые материалы для остекления снижают лучистое тепло примерно на 50%. Скорость лучистого теплообмена сильно связана с разницей в четвертой степени абсолютной температуры излучателя и мишени. При высоких температурах небольшое увеличение разности температур приводит к значительному увеличению переноса лучистой энергии. Удвоение абсолютной температуры более горячего объекта без изменения температуры более холодного объекта приводит к 16-кратному увеличению излучения между двумя объектами. На скорость теплопередачи также сильно влияет расстояние между радиатором и мишенью. По мере увеличения расстояния количество энергии, падающей на единицу площади, падает в зависимости как от размера источника излучения, так и от расстояния до цели. * Зажигание. Для воспламенения большинства материалов они должны находиться в газообразном или парообразном состоянии. Некоторые материалы могут гореть непосредственно в твердом состоянии или в тлеющей форме горения, включая некоторые формы углерода и магния. Эти газы или пары должны затем присутствовать в атмосфере в количестве, достаточном для образования горючей смеси. Жидкости с температурой вспышки ниже температуры окружающей среды не требуют дополнительного нагрева для образования горючей смеси. Образующиеся пары топлива должны быть затем доведены до температуры воспламенения. Время и энергия, необходимые для воспламенения, зависят от энергии источника воспламенения, тепловой инерции ( k , p , c ) топлива, а также минимальную энергию воспламенения, необходимую для этого топлива, и геометрию топлива. Термин «тление» иногда неуместно используется для описания невоспламеняющейся реакции твердого топлива на внешний тепловой поток. Твердое топливо, такое как древесина, при достаточном тепловом потоке разлагается, газифицируется и выделяет пары. Воспламенение твердого топлива. Чтобы твердое топливо могло гореть пламенем, вещество должно либо расплавиться и испариться (например, термопласты), либо подвергнуться пиролизу с образованием газов или паров (например, древесина или термореактивный пластик). В обоих примерах к топливу необходимо подводить тепло для образования паров. Материалы с высокой плотностью одного и того же типа (дерево, пластмассы) отводят энергию от области источника воспламенения быстрее, чем материалы с низкой плотностью, которые действуют как изоляторы и позволяют энергии оставаться на поверхности. Например, при одном и том же источнике воспламенения дубу требуется больше времени, чем мягкой сосне. С другой стороны, пенопласт низкой плотности воспламеняется быстрее, чем пластик высокой плотности. Количество площади поверхности для данной массы (отношение площади поверхности к массе) также влияет на количество энергии, необходимой для воспламенения. Из-за более высокого отношения площади поверхности к массе углы горючих материалов легче обжигаются, чем плоские поверхности. Отсутствие запального пламени требует, чтобы пары топлива от первого воспламененного предмета были нагреты до температуры их самовоспламенения. В An Introduction to Fire Dynamics Дугал Драйсдейл сообщает о двух температурах самовоспламенения или самовозгорания древесины. Это нагрев излучением, 600°C (1112°F), и нагрев теплопроводностью, 490°C (914°F). Для самовоспламенения в результате радиационного теплообмена летучие вещества, высвобождаемые с поверхности, должны быть достаточно горячими, чтобы при смешивании с ненагретым воздухом образовывалась горючая смесь, температура которой выше температуры самовоспламенения. С другой стороны, при конвективном нагреве воздух уже имеет высокую температуру, и летучие вещества не должны быть такими горячими. Воспламенение жидкостей. Для того чтобы пары жидкости образовали горючую смесь, температура жидкости должна быть равна или выше ее температуры вспышки. Температура воспламенения жидкости — это самая низкая температура, при которой она выделяет достаточно паров, чтобы поддерживать мгновенное пламя на своей поверхности, согласно соответствующему методу испытаний ASTM. Значение температуры вспышки может варьироваться в зависимости от типа используемого теста. Несмотря на то, что температура воспламенения большей части жидкости может быть несколько ниже, источник воспламенения может создать локально нагретую область, достаточную для воспламенения. Распыленные жидкости или аэрозоли (имеющие большое отношение площади поверхности к массе) легче воспламеняются, чем та же жидкость в нерасфасованном виде. В случае аэрозолей воспламенение часто может происходить при температуре окружающей среды ниже опубликованной температуры вспышки жидкости в массе при условии, что жидкость нагрета выше своей температуры вспышки и температуры воспламенения в источнике тепла. Наверх
|
Реакцию горения можно охарактеризовать четырьмя компонентами: горючее, окислитель, тепло и неингибируемая цепная химическая реакция. Эти четыре компонента классически символизируются четырехгранной сплошной геометрической формой, называемой тетраэдром. Пожары можно предотвратить или подавить, контролируя или удаляя одну или несколько сторон тетраэдра.
Нормальная фаза материала — это та, которая существует при стандартных условиях температуры [21°C (70°F)] и давления [14,7 фунта на кв. дюйм (101,6 кПа) или 1 атмосфера на уровне моря].
Нужны только правильная смесь с воздухом и источник воспламенения.
В обогащенной кислородом атмосфере, например, в местах, где используется медицинский кислород, или в водолазных или медицинских камерах высокого давления, горение значительно ускоряется. Материалы, устойчивые к воспламенению или медленно горящие на воздухе, могут сильно гореть при наличии дополнительного кислорода. Горение может начаться в атмосфере, содержащей очень низкий процент кислорода, в зависимости от используемого топлива. По мере повышения температуры окружающей среды потребности в кислороде еще больше снижаются. В то время как пламенное горение может происходить при концентрации кислорода в воздухе от 14 до 16 процентов при комнатной температуре 70 ° F (21 ° C), пламенное горение может продолжаться при содержании кислорода, близком к 0 процентов, в температурных условиях после вспышки. Кроме того, однажды начавшееся тлеющее горение может продолжаться в среде с низким содержанием кислорода, даже если окружающая среда имеет относительно низкую температуру. Чем жарче среда, тем меньше требуется кислорода.
Это более позднее условие является причиной того, что древесина и другие материалы могут продолжать сжигаться, даже если огонь находится в закрытом помещении с низким содержанием кислорода. Топливо, покрытое слоем горячих обедненных кислородом продуктов сгорания в верхней части помещения, также может потребляться.
Это называется нижним пределом воспламенения. Существует также максимальная концентрация, выше которой пламя не будет распространяться, называемая верхним пределом воспламенения. Эти пределы обычно выражаются в процентах по объему пара или газа в воздухе.
Например, нижний предел воспламеняемости бензина при обычных температурах и давлениях составляет 1,4%, а верхний — 7,6%. Все концентрации по объему в диапазоне от 1,4 до 7,6 процента будут находиться в диапазоне легковоспламеняющихся (взрывоопасных) веществ. При прочих равных условиях, чем шире диапазон воспламенения, тем выше вероятность контакта смеси с источником воспламенения и, следовательно, выше опасность топлива. Ацетилен с диапазоном воспламеняемости от 2,5 до 100 процентов и водород с диапазоном от 4 до 75 процентов считаются очень опасными и с большой вероятностью могут воспламениться при выбросе.
Это состояние редко возникает при пожарах, за исключением некоторых типов газовых пожаров.
Если вентиляция осуществляется в зону, где пожар вызвал недостаток кислорода в атмосфере, например, толстый слой дыма в соседней комнате, вполне вероятно, что распространение пламени в этом направлении прекратится, хотя газы могут быть горячими. достаточно, чтобы вызвать обугливание и обширные тепловые повреждения.
Медленное окисление, такое как ржавчина или пожелтение газет, производит тепло так медленно, что возгорание не происходит. Самоподдерживающееся горение происходит, когда достаточное количество избыточного тепла от экзотермической реакции излучается обратно в топливо для образования паров и воспламенения в отсутствие первоначального источника воспламенения.
Теплопередача также является причиной многих вещественных доказательств, используемых следователями при попытке установить происхождение и причину пожара.
Все три играют роль в расследовании пожара, и необходимо понимание каждого из них.
Вот почему материалы с низкой плотностью являются хорошими изоляторами. Точно так же материалы с высокой теплоемкостью ( c ) требуют больше энергии для повышения температуры, чем материалы с низкими значениями теплоемкости.
Это может привести к распространению огня или токсичных или вредных продуктов горения в отдаленные районы.
Если топливо должно достичь температуры воспламенения, скорость передачи тепла к топливу должна быть больше, чем передача тепла в топливо или через него и потери из-за излучения и конвекции. Таблица 3-3 показывает температуру выбранных источников воспламенения. Некоторые материалы, такие как сигареты, мягкая мебель, опилки и целлюлозная изоляция, проницаемы и легко пропускают воздух. Эти материалы могут гореть как твердофазное горение, известное как тление. Это беспламенная форма горения, основным источником тепла которой является окисление полукокса. Тление опасно, поскольку оно производит больше токсичных соединений, чем пламенное горение на единицу сожженной массы, и оно дает возможность пламенного горения от источника тепла, слишком слабого для непосредственного образования пламени.
Обычно в этом процессе газификации не происходит никакого окисления, поэтому он является эндотермическим. Это правильнее называть принудительным пиролизом, а не тлением.
Относительно легко зажечь один фунт тонкой сосновой стружки спичкой, в то время как воспламенение цельного куска дерева весом в один фунт той же спичкой очень маловероятно.
