Что такое горение с научной точки зрения? 

Горение — это интенсивные химические окислительные реакции, которые сопровождаются выделением тепла и свечением. Горение возникает при наличии горючего вещества, окислителя и источника воспламенения. В качестве окислителей в процессе горения могут выступать кислород, азотная кислота, пероксид натрия, бертолетова соль, перхлораты, нитросоединения и др. В качестве горючего — многие органические соединения, сера, сероводород, колчедан, большинство металлов в свободном виде, оксид углерода, водород и т. д.  

В условиях реального пожара окислителем в процессе горения обычно является кислород воздуха. Внешнее проявление горения — пламя, которое характеризуется свечением и выделением тепла. При горении конденсированных систем, т. е. систем, не содержащих газообразных частей и состоящих только из твердых или жидких фаз или их смесей, пламя может и не возникать, т. е. происходит беспламенное горение или тление.  

В процессе горения образуются различные промежуточные продукты, а при достаточном содержании окислителя — продукты полного сгорания. Количество окислителя, рассчитанное на основании стехиометрического соотношения, называется теоретически необходимым. Температура, которая достигается в стехиометрической смеси при полном сгорании без теплопотерь и отсутствии диссоциации продуктов горения, называется теоретической температурой горения.  

В зависимости от агрегатного состояния исходного вещества и продуктов горения различают гомогенное горение, горение взрывчатых веществ, гетерогенное горение.  

Гомогенное горение. При гомогенном горении исходные вещества и продукты горения находятся в одинаковом агрегатном состоянии. К этому типу относится горение газовых смесей (природного газа, водорода и т. п. с окислителем — обычно, кислородом воздуха), горение негазифицирующихся конденсированных веществ (например, термитов — смесей алюминия с оксидами различных металлов), а также изотермическое горение — распространение цепной разветвленной реакции в газовой смеси без значительного разогрева.  

При горении негазифицирующихся конденсированных веществ диффузии обычно не происходит и процесс распространения горения идет только в результате теплопроводности. При экзотермическом горении, напротив, основным процессом переноса является диффузия.

Горение взрывчатых веществ связано с переходом вещества из конденсированного состояния в газ. При этом на поверхности раздела фаз происходит сложный физико-химический процесс, при котором в результате химической реакции выделяются теплота и горючие газы, догорающие в зоне горения на некотором расстоянии от поверхности. Процесс горения усложняется явлением диспергирования, переходом части конденсированного взрывчатого вещества в газовую фазу в виде небольших частичек или капель.  

Гетерогенное горение. При гетерогенном горении исходные вещества (например твердое или жидкое горючее и газообразный окислитель) находятся в разных агрегатных состояниях. Важнейшие технологические процессы гетерогенного горения— горение угля, металлов, сжигание жидких топлив в нефтяных топках, двигателях внутреннего сгорания, камерах сгорания ракетных двигателей. Процесс гетерогенного горения обычно очень сложен. Химическое превращение сопровождается дроблением горючего вещества и переходом его в газовую фазу в виде капель и частиц, образованием оксидных пленок на частицах металла, турбулизацией смеси и т. д.  

Движение пламени по газовой смеси называется распространением пламени. В зависимости от скорости распространения пламени горение может быть дефлаграционным со скоростью несколько м.с-1, взрывным — скорость порядка десятков и сотен м.с-1 и детонационным — тысячи м.с~1.  

Для дефлаграционного или нормального распространения горения характерна передача тепла от слоя к слою, а пламя, возникающее в нагретой и разбавленной активными радикалами и продуктами реакции смеси, перемещается в направлении исходной горючей смеси. Это объясняется тем, что пламя, как бы становится источником, который выделяет непрерывный поток тепла и химически активных частиц. В результате этого фронт пламени и перемещается в сторону горючей смеси.  

Дефлаграционное горение подразделяется на ламинарное и турбулентное.  Ламинарному горению присуща нормальная скорость распространения пламени.  

Нормальной скоростью распространения пламени называется скорость перемещения фронта пламени относительно несгоревшего газа, в направлении, перпендикулярном к его поверхности.  

Значение нормальной скорости распространения пламени, являясь одним из показателей пожаро- и взрывоопасности веществ, характеризует опасность производств, связанных с использованием жидкостей и газов, оно применяется в расчетах скорости нарастания взрывного давления газо-, паровоздушных смесей, критического (гасящего) диаметра и при разработке мероприятий, обеспечивающих пожаро- и взрывобезопаcность технологических процессов.  

Нормальная скорость распространения пламени — физико-химическая константа смеси — зависит от состава смеси, давления и температуры и определяется скоростью химической реакции и молекулярной теплопроводностью.  

Температура относительно слабо увеличивает нормальную скорость распространения пламени, инертные примеси уменьшают ее, а повышение давления ведет либо к повышению, либо к снижению скорости.  

В ламинарном газовом потоке скорости газов малы, а горючая смесь образуется в результате молекулярной диффузии. Скорость горения в этом случае зависит от скорости образования горючей смеси. Турбулентное пламя образуется при увеличении скорости распространения пламени, когда нарушается ламинарность его движения. В турбулентном пламени завихрение газовых струй улучшает перемешивание реагирующих газов, так как увеличивается поверхность, через которую происходит молекулярная диффузия.

В результате взаимодействия горючего вещества с окислителем образуются продукты сгорания, состав которых зависит от исходных соединений и условий реакции горения.  

При полном сгорании органических соединений образуются С02, S02, H20, N2, а при сгорании неорганических соединений— оксиды. В зависимости от температуры плавления продукты реакции могут либо находиться в виде расплава (Аl203, Тi2), либо подниматься в воздух в виде дыма (P205, Na2O, MgO). Расплавленные твердые частицы создают светимость пламени. При горении углеводородов сильная светимость пламени обеспечивается свечением частиц технического углерода, который образуется в больших количествах. Уменьшение содержания технического углерода в результате его окисления уменьшает светимость пламени, а снижение температуры затрудняет окисление технического углерода и приводит к образованию в пламени копоти.  

Состав продуктов неполного сгорания горючих веществ сложен и разнообразен. Это могут быть горючие вещества — Н2, СО, СН4 и т. д.; атомарный водород и кислород; различные радикалы — ОН, СН и др. Продуктами неполного сгорания могут быть также оксиды азота, спирты, альдегиды, кетоны и высокотоксичные соединения, например синильная кислота. Для того, чтобы прервать реакцию горения, необходимо нарушить условия ее возникновения и поддержания. Обычно для тушения используют нарушение двух основных условий устойчивого состояния — понижение температуры и режим движения газов.  

Понижение температуры может быть достигнуто путем введения веществ, которые поглощают много тепла в результате испарения и диссоциации (например, вода, порошки).  

Режим движения газов может быть изменен путем сокращения и ликвидации притока кислорода.  

Владимир Каланов: сайт Знания-сила специально для сайта СГПЧ-1 г.Луганска