Повышение поверхностного слоя жидкости до температуры кипения вызывает поток тепла вглубь жидко­сти. Теплопередача от поверхностного к нижележащим слоям реализуется в основном по механизму теплопроводности и ламинарной конвекцией. Прогрев жидкости за счет теплопроводности осуществляется на глубину в несколько сантиметров.

Ламинарная конвекция возникает при горении жидкостей в резер­вуарах с металлическими стенками. Стенки при горении нагреваются бы­стрее жидкости. Поэтому и жидкость у стенок резервуара имеет более вы­сокую температуру, чем в центре. В случае горения легкокипящих жидко­стей возможно даже закипание жидкости вблизи стенки резервуара. Обра­зующиеся при этом пузырьки пара способствуют интенсивному переме­шиванию жидкости и быстрому ее прогреву на большую глубину. В по­добных случаях возможно образование гомотермического слоя, то есть слоя жидкости с постоянной температурой. С течением времени толщина гомотермического слоя увеличивается.

Образование гомотермического слоя возможно также при горении смесей жидкостей с разными температурами кипения, например, нефте-

131

Корольченко А. Я. Процессы горения и взрыва______________________

Продуктов. При нагреве поверхностного слоя до температур, близких к температуре кипения, из него преимущественно испаряются легкокипя-щие компоненты, а оставшаяся жидкость обогащается более высококипя-щими, которые имеют соответственно, и большую плотность. Перемеще­ние более плотных слоев вниз интенсифицирует процесс прогрева.

Установлено, что чем выше температура кипения горящей жидко­сти, тем труднее образуется гомотермический слой.

Знание условий образования гомотермического слоя особенно важно для обеспечения безопасности при тушении пожаров резервуаров с нефтью и нефтепродуктами. В процессе длительной эксплуатации резервуаров в придонном пространстве скапливается вода, содержащаяся в нефти. При возникновении горения образующийся гомотермический слой с температу­рой выше 100 °С достигает воды и вызывает ее вскипание. Возникающие при этом пузырьки пара устремляются вверх. Массовое вскипание воды сопровождается выбросом горящей жидкости из резервуара.

Влияние диаметра резервуара на скорость выгорания. Зависи­мость скорости выгорания от диаметра резервуара для всех горючих жид­костей одинакова. В качестве примера на Рис. 4.28 Показано влияние диа­метра резервуара на скорость выгорания керосина. При увеличении диа­метра скорость выгорания вначале быстро снижается, затем скорость снижения уменьшается. Далее наблюдается возрастание скорости выгора­ния с увеличением диаметра резервуара и последующее приближение скорости выгорания к предельному значению. Этот предел достигается при диаметрах порядка 1,2-1,3 м.

Таким образом, вся область рассматриваемой зависимости делится на три части, в каждой из которых наблюдаемая зависимость определяет­ся особенностями процесса выгорания. Уменьшение скорости выгорания с ростом диаметра на первом участке кривой объясняется условиями под­вода тепла от факела пламени к поверхности жидкости. Количество тепла, поступающего излучением, пропорционально площади поверхности жид­кости, а количество тепла, поступающего теплопроводностью за счет на­грева стенок сосуда, пропорционально периметру сосуда. При этом доля тепла, передаваемого жидкости стенками, к теплу, поставляемому лучи­стым потоком, будет пропорциональна отношению периметра сосуда к площади поверхности жидкости, т. е. к площади поперечного сечения со­суда. Таким образом, с ростом диаметра теплоподвод от стенок сосуда

132

Глава 4. Развитие горения

Снижается, и скорость выгорания становится меньше. Сказанное справед­ливо для ламинарного процесса выгорания.

Рис. 4.28 Зависимость скорости выгорания от диаметра Резервуара для керосина

При увеличении диаметра сосуда свыше 0,1 м происходит переход от ламинарного горения к турбулентному. Рост скорости выгорания в этой области обусловлен повышением количества тепла, поступающего к по­верхности жидкости от зоны горения. Турбулентность увеличивает объем факела и, соответственно, количество тепла, поглощаемое жидкостью.

Дальнейшее увеличение диаметра резервуара свыше 1,3 м приводит к формированию развитого турбулентного режима, при котором величина теплового потока от факела пламени к поверхности жидкости стабилизи­руется и скорость выгорания практически не изменяется.

Влияние концентрации кислорода на скорость Выгорания. Уве­личение концентрации кислорода в атмосфере, окружающей горящую жид­кость, сопровождается увеличением скорости сгорания паров и температуры

133

Корольченко А. Я. Процессы горения и взрыва

Пламени. С ростом температуры пламени увеличивается его излучательная способность и, соответственно, тепловой поток от факела пламени к поверх­ности жидкости. Поэтому можно ожидать, что повышение концентрации ки­слорода должно приводить к увеличению скорости выгорания. Действительно, как это видно Из рис. 4.29, Повышение содержания кислорода в воздухе сопро­вождается непрерывным увеличением скорости выгорания.

Рис. 4.29. Зависимость скорости

Выгорания дизельного топлива (1)

И бензина (2) от концентрации

Кислорода в газовой среде

Рис 4.30. Зависимость температуры

На поверхности горящей жидкости от

Концентрации кислорода в газовой среде

1 — дизельное топливо; 2 — бензин

Одновременно можно отметить, что снижение концентрации кисло­рода по сравнению с воздухом нормального состава приводит к резкому снижению скорости выгорания, при содержании кислорода 15% диффу­зионное горение прекращается.

Критическое содержание кислорода ( 15%об.) примерно одинаково для многих горючих жидкостей. Это наблюдение используется при созда­нии систем газового пожаротушения.