Тепловое воспламенение

Тепловое воспламенение — протекание экзотермической реакции в условиях прогрессивного самоускорения, обусловленного накоплением выделяющегося в ходе реакции тепла, приводящее к резкому повышению температуры системы. В результате в системе может произойти так называемый тепловой взрыв.

Механизм явления

Экзотермическая реакция в зависимости от условий может протекать по-разному. При относительно низких температурах она идёт с малой скоростью и с небольшим разогревом. В этом режиме возможно тепловое равновесие между реагирующей системой и окружающей средой. Такой режим называется стационарным, так как теплоприток от реакции компенсируется теплоотводом в окружающую среду. Однако при изменении условий возможен переход к другому режиму — нестационарному, когда теплоприток от реакции превышает теплоотвод в окружающую среду. Скорость реакции в этом случае возрастает по экспоненциальному закону, температура системы также возрастает, и при определенных условиях происходит тепловое воспламенение (тепловой взрыв). Резкий переход от одного режима к другому может происходить при малом изменении внешних условий. Условия, при которых происходит переход к режиму воспламенения при незначительном изменении внешних воздействий, называются критическими.

При исследовании процессов теплового воспламенения различают реакции нулевого, первого и второго порядка. Для реакций нулевого порядка считают, что их скорость не зависит от степени превращения вещества (от числа прореагировавших молекул), а зависит только от температуры. Математическая постановка задачи в этом случае включает уравнение теплопроводности с нелинейным источником теплоты. В случае реакций первого и второго порядка, когда учитывается изменение скорости реакции от степени превращения вещества, к уравнению теплопроводности добавляется еще уравнение химической кинетики. Математическая постановка задачи в этом случае значительно усложняется, так как интегрированию подлежит система нелинейных дифференциальных уравнений в частных производных.

Безопасность

Знание процессов теплового воспламенения твёрдых топлив, порохов и взрывчатых веществ имеет важное значение для безопасного изготовления, хранения и применения изделий, содержащих указанные вещества. В процессе снаряжения изделий могут возникать неоднородности сплошной структуры, приводящие в некоторых случаях к преждевременному тепловому воспламенению (тепловому взрыву).

Литература

• Зельдович Я. Б., Баренблатт Г. И., Либрович В. Б., Махвиладзе Г. М. Математическая теория горения и взрыва. — М.: Наука, 1980. — 479 с.
• Франк-Каменецкий Д. А. Диффузия и теплопередача в химической кинетике. — 3-е изд.. — М.: Наука, 1987. — 502 с.

Отрывок, характеризующий Тепловое воспламенение

Ночью он позвал камердинера и велел укладываться, чтоб ехать в Петербург. Он не мог оставаться с ней под одной кровлей. Он не мог представить себе, как бы он стал теперь говорить с ней. Он решил, что завтра он уедет и оставит ей письмо, в котором объявит ей свое намерение навсегда разлучиться с нею.
Утром, когда камердинер, внося кофе, вошел в кабинет, Пьер лежал на отоманке и с раскрытой книгой в руке спал.
Он очнулся и долго испуганно оглядывался не в силах понять, где он находится.
– Графиня приказала спросить, дома ли ваше сиятельство? – спросил камердинер.
Но не успел еще Пьер решиться на ответ, который он сделает, как сама графиня в белом, атласном халате, шитом серебром, и в простых волосах (две огромные косы en diademe [в виде диадемы] огибали два раза ее прелестную голову) вошла в комнату спокойно и величественно; только на мраморном несколько выпуклом лбе ее была морщинка гнева. Она с своим всёвыдерживающим спокойствием не стала говорить при камердинере. Она знала о дуэли и пришла говорить о ней. Она дождалась, пока камердинер уставил кофей и вышел. Пьер робко чрез очки посмотрел на нее, и, как заяц, окруженный собаками, прижимая уши, продолжает лежать в виду своих врагов, так и он попробовал продолжать читать: но чувствовал, что это бессмысленно и невозможно и опять робко взглянул на нее. Она не села, и с презрительной улыбкой смотрела на него, ожидая пока выйдет камердинер.
– Это еще что? Что вы наделали, я вас спрашиваю, – сказала она строго.
– Я? что я? – сказал Пьер.
– Вот храбрец отыскался! Ну, отвечайте, что это за дуэль? Что вы хотели этим доказать! Что? Я вас спрашиваю. – Пьер тяжело повернулся на диване, открыл рот, но не мог ответить.
– Коли вы не отвечаете, то я вам скажу… – продолжала Элен. – Вы верите всему, что вам скажут, вам сказали… – Элен засмеялась, – что Долохов мой любовник, – сказала она по французски, с своей грубой точностью речи, выговаривая слово «любовник», как и всякое другое слово, – и вы поверили! Но что же вы этим доказали? Что вы доказали этой дуэлью! То, что вы дурак, que vous etes un sot, [что вы дурак,] так это все знали! К чему это поведет? К тому, чтобы я сделалась посмешищем всей Москвы; к тому, чтобы всякий сказал, что вы в пьяном виде, не помня себя, вызвали на дуэль человека, которого вы без основания ревнуете, – Элен всё более и более возвышала голос и одушевлялась, – который лучше вас во всех отношениях…
– Гм… гм… – мычал Пьер, морщась, не глядя на нее и не шевелясь ни одним членом.
– И почему вы могли поверить, что он мой любовник?… Почему? Потому что я люблю его общество? Ежели бы вы были умнее и приятнее, то я бы предпочитала ваше.
– Не говорите со мной… умоляю, – хрипло прошептал Пьер.
– Отчего мне не говорить! Я могу говорить и смело скажу, что редкая та жена, которая с таким мужем, как вы, не взяла бы себе любовников (des аmants), а я этого не сделала, – сказала она. Пьер хотел что то сказать, взглянул на нее странными глазами, которых выражения она не поняла, и опять лег. Он физически страдал в эту минуту: грудь его стесняло, и он не мог дышать. Он знал, что ему надо что то сделать, чтобы прекратить это страдание, но то, что он хотел сделать, было слишком страшно.