1.Spalanie dyfuzyjne i kinetyczne gazów.
Spalanie dyfuzyjne-szybkość spalania zależy od dyfuzji powietrza do środowiska pożarowego, następuje rozdział powietrza od gazu(palnego) mieszanina powstaje dopiero w strefie spalania.
Spalanie kinetyczne-wybuch, szybkość spalania nie zależy od dyfuzji powietrza, lecz od czynników cieplnych i hydrodynamicznych i od szybkości reakcji chemicznej.
2.Wybuch, jego cechy i typy.
Wybuch-szybki przebieg reakcji chemicznej w płynie z utworzeniem gazowych produktów reakcji, podczas której powstaje fala ciśnieniowa i/lub uderzeniowa.
Cechy wybuchu:
•egzotermiczność reakcji;
•duża szybkość przebiegu reakcji chemicznej;
•tworzenie się gazowych produktów wybuchu.
Typy wybuchu:
-fizyczny- np. butli, kotła
-chemiczny-
•heterogeniczny-przebiega w poruszającej się strefie reakcji(detonacja, deflagracja);
•homogeniczny-wybuch całej masy w tym samym czasie:
♦eksplozja fotochemiczna-zapoczątkowana przez światło,
♦eksplozja termiczna-spowodowana przez samonagrzewanie się zimnej masy.
3.Mechanizm spalania łańcuchowo-rodnikowego w gazach.
•aby powstał rodnik cząstaczka paliwa musi się zderzyć z cząsteczką obojętną, np. powierzchnia naczynia;
•w momencie zderzenia rozpoczyna się proces inicjacji reakcji-paliwo zużywa się, kończy się gdy z jednego
rodnika powstają dwa;
•reakcja, w wyniku której otrzymujemy dwa rodniki z jednego nazywa się reakcją łańcuchową rozgałęzioną, w tej fazie powstaje produkt pośredni reakcji spalania-formaldehyd, łączy się on później z poszczególnymi rodnikami;
•z chwilą powstania tlenku węgla zaczyna się terminacja- zakończenie reakcji łańcuchowej;
°dezaktywacja wolnych rodników poprzez przekształcenie ich w cząsteczki.
4.Przebieg wybuchu.
•po zainicjowaniu zapłonu mieszanina nagrzewa się w bardzo krótkim czasie;
•od zapłonu do wzrostu ciśnienia to okres zwany czasem indukcji;
•mieszanina osiąga maksymalne ciśnienie tzw. pik ciśnienia;
•ciśnienie maleje aż do osiągnięcia ciśnienia normalnego.
5.Mechanizm cieplny rozprzestrzeniania się płomienia.
Przenoszenie ciepła odbywa się na drodze przewodnictwa. Ten typ charakteryzuje wybuch deflagracyjny.
6.Mechanizm przejściowy rozprzestrzeniania się płomienia.
Zachodzi na drodze cieplnej i w wyniku zjawisk hydrodynamicznych(sprężanie mieszaniny). Jest to typ niestabilny, przejściowy. Może przejść w wybuch deflagracyjny lub gdy będą spełnione określone warunki w spalanie detonacyjne.
7.Mechanizm powstawania fali uderzeniowej (wybuchowej).
Szybkość spalania uzależniona jest od procesów hydrodynamicznych. Procesy cieplne w tych warunkach nie odgrywają żadnej roli. Jest to detonacja, charakteryzuje się dużą szybkością rozprzestrzeniania się płomienia(ponad 1000 m/s).
8.Normalna a obserwowana szybkość rozprzestrzeniania się płomienia.
Normalna-liniowa prędkość rozprzestrzeniania się frontu płomienia przy załozeniu, że front płomienia jest prostopadły do kierunku rozprzestrzeniania. Jest to stała wielkość fizykochemiczna charakterystyczna dla danej mieszaniny.
Szybkość obserwowana jest zawsze większa od normalnej, ponieważ nie jest płaski lecz wypukły.
_ Strona 1 _
9.Szybkość utleniania wodoru i metanu.
•wodór-3,2 m/s
•metan-0,37m/s
10.Czynniki wpływające na zmianę granic wybuchowości.
♦temperatura-wzrost powoduje wzrost szybkości reakcji chemicznej, a tym samym na rozszerzenie granic wybuchowości;
♦położenie bodźca energetycznego-zapłon górny(nie ma konwekcji), dolny, środkowy;
♦wprowadzenie gazu obojętnego- zawęża granice wybuchowości.
11.Charakterystyka wybuch deflagracyjnego.
•na szybkość wybuchu ma wpływ tylko mechanizm przekazywania ciepła;
•ciśnienie maksymalne, szybkość narastania ciśnienia, szybkość rozprzestrzeniania się płomienia, czas trwania wybuchu(wielkości odnoszone do wartości stechiometrycznych).
12.Warunki zaistnienia wybuchu deflagracyjnego.
•zdolność do tworzenia mieszanin wybuchowych określona współczynnikiem dyfuzji;
•zdolność do dyssypacji;
•możliwość wystąpienia przenośnych źródeł ciepła;
•ilość materiału wybuchowego- musi go być określona ilość by spalanie przeszło w wybuch.
13.Własności wybuchowe mieszaniny-wyznaczniki.
•górna i dolna granica wybuchowości;
•temperatura zapłonu;
•stężenie tlenu, przy którym spalanie zostaje przerwane;
•minimalna energia zapłonu;
•temperatura samozapłonu i samozapalenia;
•podatność do samonagrzewania się (tlenia);
•podatność do zapalenia w wyniku oddziaływania fali uderzeniowej lub tarcia;
•tendencja do detonacji.
14.Stężenia tlenu w powietrzu, przy których spalanie zostaje przerwane.
•gdy materiał nie zawiera go w swojej strukturze-18%;
•gdy materiał zawiera 30% tlenu- 14%;
•gdy materiał zawiera więcej niż 50% tlenu- 0%.
15.Różnice pomiędzy falą ciśnieniową w deflagracji i detonacji.
♦deflagracja- pojedyncza fala;
♦detonacja- nakładają się tworząc falę uderzeniową.
16.Warunki zaistnienia detonacji.
•układ jednostronnie zamknięty;
•trzeba dostarczyć tyle ciepła powyżej temperatury zapłonu, aby mogło ono ogrzewać biegnącą falę;
•na otwartej przestrzeni nie zachodzi ponieważ nie ma warunków do zagęszczania się mieszaniny, ciepło ulega dyssypacji.
17.Pożar a wybuch.
Pożar:
•względnie wolne spalanie dyfuzyjne;
•wydziela się ciepło, które jest transportowane przede wszystkim przez promieniowanie(około 50%) i część przez konwekcję(kilkanaście procent);
•głównym nośnikiem ciepła są gazy spalinowe;
•straty są spowodowane przez promieniowanie cieplne i bezpośrednie spalenie.
_ Strona 2 _
Wybuch:
•szybkie, nagłe wydzielenie energii, która powoduje:
♦wzrost ciśnienia;
♦falę uderzeniową;
•straty są spowodowane przez ciśnienie lub podmuch fali uderzeniowej.
Pożar-wybuch:
•pożary mogą powodować wybuchy;
•pożar może przekształcić się w wybuch;
•wybuchy mogą powodować pożary.
18.Rodzaje bodźców energetycznych.
•punktowe-ciepło + światło, temperatura powyżej 400oC, działają na ściśle określoną powierzchnię lub objętość, zaliczamy do nich:
♦płomień zapałki;
♦tlący się papier;
♦żarząca się powierzchnia;
♦tlące się cząstki sadzy;
•ciągłe-tylko ciepło, temperatura poniżej 400oC, inicjują samozapłon, zaliczamy do nich:
♦wszystkie nagrzane powierzchnie instalacji.
19.Rodzaje symulatorów pożaru.
Są to impulsy cieplne, które podczas spalania dają strumień ciepła zbliżony do mocy strumienia tworzacego się podczas pierwszej fazy pożaru.
Moc:
-od kilkudziesięciu do stu kJ.
Podział:
•jednorodne (z jednego materiału):
♦bezpośrednie zetknięcie się z materiałem;
♦działanie lokalne;
♦źródła o dużej intensywności;
•kombinowane (łączone)- oddziałują jednocześnie płomieniem i warstwą tlącą się lub żarzącą.
20.Zapłon mieszaniny palnej od iskry elektrycznej.
•mieszanina musi się nagrzać do temperatury samozapłonu(odpowiedni stan cieplny mieszniny),
♦stan cieplny mieszaniny zależy od :
∗objętości mieszaniny;
∗ilość ciepła przekazanego przez iskrę;
∗sposobu dystrybucji energii w przestrzeni międzyelektrodowej;
•iskra oddaje część ciepła- ochładza się, a mieszanina nagrzewa.
21.Warunek powstania zapłonu w mieszaninie od iskry elektrycznej.
•musi wystąpić zrównoważenie bilansu cieplnego w objętości mieszaniny;
•iskra osiąga temperaturę zapłonu tej mieszaniny;
•nie zauważa się strat ciepła, są równoważone ciepłem redukcji(spalania).
22.Rodzaje iskier mechanicznych.
•tarciowe- powstają w przypadku tarcia dwóch ciał metalicznych(dobrze przewodzących ciepło-mniej niebezpieczne);
•udarowe- zderzenie dwóch ciał metalicznych lub metalicznego z metalicznym.
23.Powstawanie iskier mechanicznych udarowych.
•uderzenie polega na dynamicznym, nagłym kontakcie ciał poruszających się ukośnie względem siebie;
•w chwili uderzenia energia kinetyczna zamienia się na energię odkształcenia sprężystego lub plastycznego;
•w miejscu uderzenia w warstwie powierzchniowej wytwarza się wysoka temperatura(rzędu 1200K);
•czas trwania zjawiska i ilość wydzielonej energii zależy przede wszystkim od masy oderwanej cząsteczki.
_ Strona 3 _
24.Zachowanie się iskry w czasie lotu.
•zależy od zawartości węgla w stali:
♦mała zawartość węgla:
redukcja utleniania Fe i C jest bardzo wolna więc czas ogrzewania się oderwanej cząstki też jest stosunkowo długi;
♦duża zawartość węgla:
węgiel jest bardziej podatny do utlenia niż żelazo, ogrzewa więc zewnętrzną otoczkę oderwanej cząstki, w otoczce znajduje się stały Fe2O3 i gazowy CO i CO2, najwyższą prężność z tych związków ma CO co powoduje pod koniec lotu iskry rozprysk całej cząstki na liczne fragmenty, co zwiększa jej zdolności zapłonowe.
25.Mechanizm zapłonu od rozrzutów spawalniczych.
•odprysk nie świeci, temperatura jest za niska;
•na skutek wzrostu temperatury cząsteczki i otoczenia wokół niej podczas lotu, staje się lżejsza , zmienia to charakter przepływu z laminarnego w turbulentny;
•przepływ turbulentny intensyfikuje szybkość utleniania, co powoduje że żużel z zewnątrz pokrywa się tlenkami;
•w wyniku wysokiej temperatury, w miarę oddalania się od miejsca powstania otoczka wokół iskry pęka dając zwiększoną ilość rozrzutów spawalniczych.
26.Powstawanie iskier biernych.
Temperatura takiej iskry jest największa na początku trwania zjawiska i obniża się dosyć szybko w miarę przemieszczania.
Powstaje wtedy gdy oderwana cząstka nie może reagować z tlenem z powodu:
•natury chemicznej, np. sama jest tlenkiem lub ulega pasywacji przez pokrycie się warstwą tlenków;
•brak tlenu w środowisku(stężenie poniżej 18;14%);
•wymaga dużej energii aktywacji reakcji utleniania.
27.Tworzywa termoplastyczne a termoutwardzalne.
Tworzywa termoplastyczne-miękną, topią się i zachowują jak ciecz, przechodzą w stan lotny, na ogół spalają się całkowicie.
Tworzywa termoutwardzalne-najczęściej o budowie sieciowanej, środowisku pożarowym ulegają rozkładowi dając palną fazę lotną oraz dużą pozostałość zwęgloną.
!!! Większość tworzyw termoplastycznych rozkłada się w niższych temperaturach i zapala się szybciej w porównaniu z termoutwardzalnymi, które podczas ogrzewania zwęglają się.
28.Rozkład termiczny ciał stałych.
Rozkład ciała stałego pod wpływem strumienia ciepła odpowiedniej mocy na produkty lotne, bardzo rzadko ciekłe i pozostałość zwęgloną.
Analiza termograwimetryczna:
wyznacza się temperaturę rozkładu oraz ubytki masy w danej temperaturze.
29.Szybkość spalania paliwa.
•najistotniejszą rolę odgrywa tu strumień ciepła, który dochodzi z płomienia do powierzchni paliwa (QPŁ) oraz ciepło gazyfikacji (LV);
•im ułamek QPŁ/LV jest większy, ciało szybciej się zapala i spala.
30.Istota własności termofizycznych.
Decydują one o:
•szybkości rozprzestrzeniania się płomienia po powierzchni materiału;
•szybkości przemieszczania ciepła od źródła do materiału.
31.Palność materiału.
O palności materiału decyduje:
•czy jest to materiał jedno- czy wielowarstwowy;
•czy jest cienki czy gruby;
•sposób produkcji;
•wykończenie powierzchni.
_ Strona 4 _
32.Spalanie-podział.
♦ze względu na stan skupienia:
•homogeniczne-nie ma rozdziału faz palących się gazów;
•heterogeniczne-istnieje rozdział faz, np. spalanie cieczy;
♦ze względu na szybkość spalania:
•dyfuzyjne-(wolne) zależy od dyfuzji powietrza;
•(szybkie) zależy od szybkości przebiegu reakcji chemicznej;
♦ze względu na sposób przepływu fazy lotnej:
•turbulentny-zmienna szybkość spalania;
•laminarne-stała szybkość spalania;
•powietrzne;
♦cechy spalania:
•płomieniowe;
•bezpłomieniowe.
33.Tlenie a żarzenie.
Tlenie-tlą się paliwa organiczne;
Żarzenie-materiały nieorganiczne, np. metale.
34.Turbulentny a laminarny płomień dyfuzyjny.
•laminarny-laminarny przepływ fazy lotnej, tworzą się na małych powierzchniach, charakterystyczna stała szybkość spalania;
•turbulentny-szybkość przepływu fazy lotnej jest chaotyczna, przypadkowa.
35.Warunki zaistnienia spalania płomieniowego.
Płomień powstaje tylko wtedy gdy paliwo rozkładając się daje odpowiednie stężenie palnej fazy lotnej.
36.Ogień a płomień.
Ogień-ogół zjawisk towarzyszących spalaniu płomieniowemu (płomień + gazy spalinowe + inne zjawiska);
Płomień-ściśle określona objętość gazowa, w której następuje spalanie palnej fazy lotnej, jest jednym ze składników ognia.
37.Strefa palnej fazy lotnej a strefa spalania.
Strefa palnej fazy lotnej—następuje przygotowanie paliwa do spalania, duże cząstki paliwa ulegają dysocjacji termicznej na niskocząsteczkowe fragmenty.
Strefa spalania -niskocząsteczkowe produkty pirolizy unoszone są prądami konwekcyjnymi, łączą się z powietrzem w zewnętrznej strefie płomienia, spalanie ma zawsze miejsce w stężeniach stechiometrycznych.
38.Ogrzewanie strefy palnej fazy lotnej.
Następuje w wyniku przekazywania ciepła na drodze promieniowania ze strefy spalania do powierzchni paliwa, taki strumień ciepła nazywany jest strumieniem energii odwróconej lub zawróconej.
39.Ruch fazy lotnej w środowisku pożaru.
♦decyduje o sposobie spalania, o tym czy spalanie jest laminarne czy turbulentne;
♦powstaje na skutek zmian gęstości tej fazy w środowisku pożarowym w stosunku do jej gęstości w warunkach normalnych;
♦w średniej temperaturze pożaru faza ta jest czterokrotnie lżejsza od zimnego powietrza co powoduje przejście laminarnego jej przepływu w przepływ turbulentny;
♦wielkością kryterialną określającą charakter przepływu jest liczba Reynolds'a.
40.Temperatura płomienia-zależności.
♦wyższe ciepło spalania wyższa temperatura;
♦wyższe ciepło właściwe wyższa temperatura;
♦wyższa entalpia wyższa temperatura;
♦najwyższe temperatury płomienia mają paliwa gazowe (wodór, acetylen), najniższe włókna syntetyczne;
♦wysokość płomienia, w 1/3 wysokości płomienia temperatura najwyższa, ponieważ zależy ona od kaloryczności płomienia:
_ Strona 5 _
•im wyżej tym większa objętość płomienia zawiera gazy spalinowe i sadzę w miejsce powietrza obniża to ilość wydzielonego ciepła.
41.Przyczyny świecenia płomienia.
•im więcej jest węgla tym płomień jest silniej kopcący, świecący dymiący;
•związki, które mają ponad 60% węgla dają płomień świecący, poniżej-słabo świecący;
♦świecenie następuje poprzez:
•promieniowanie termiczne;
•promieniowanie typu chemiluminescencyjnego.
42.Świecenie jako wynik wzbudzenia chemicznego(chemiluminescencji).
Polega ono na tym, że pod wpływem ciepła wzbudzone atomy, w wyniku energii zewnętrznej emitują część ciepła, w zakresie 0,4 do 0,7 co oko ludzkie odbiera jako świecenie.
43.Zmiany stanu cieplnego substancji palnej w różnych warunkach wymiany ciepła.
•do pewnej temperatury T2 substancja nie nagrzewa się bo panuje za niska temperatura;
•w T2 ustala się równowaga pomiędzy akumulacją a stratami ciepła ( nie ma efektu samonagrzewania bo wydziela się małe ciepło reakcji utleniania);
•powyżej T2 straty ciepła są większe niż akumulacja;
•w T3 osiąga równowagę cieplną;
•powyżej T3 gromadzi się tyle ciepła, że przewyższa wartością straty (następuje samozapłon).
44.Zależność temperatury samozapłonu od parametrów.
•ciśnienie-im wyższe tym niższa temperatura samozapłonu;
•typ materiału zbiornika i atmosfera-niższa temperatura dla zbiorników kwarcowych niż dla stalowych, im więcej tlenu tym niższa temperatura samozapłonu;
•promotor/ inhibitor-w zetknięciu: rośnie/maleje;
•typ detonatora;
•objętość naczynia-im większe tym niższa temperatura.
45.Mechanizm działania detonatorów.
♦tlen z powietrza przyłącza się do łańcucha węglowodoru poprzez mostek nadtlenowy;
♦powstaje bardzo nietrwałe wiązanie, łatwo utleniające paliwo.
46.Temperatury samozapłonu poszczególnych materiałów.
♦gazy: 400-600 0C
♦ciecze:300-5000C
♦ciała stałe: 200-4000C.
_ Strona 6 _