Теория горения и взрыва: практикум

ТЕОРИЯ ГОРЕНИЯ И ВЗРЫВА
ПРАКТИКУМ
В.А. ДЕВИСИЛОВ
Т.И. ДРОЗДОВА
С.С. ТИМОФЕЕВА
Под общей редакцией кандидата технических наук, доцента 
B.A. Девисилова
3-е издание, переработанное и дополненное
Рекомендовано федеральным учебно- методическим объединением 
по укрупненной группе специальностей и направлений 20.00.00 —  «Техносферная 
безопасность и природообустройство» в качестве учебного пособия для студентов 
высших учебных заведений, обучающихся по направлению
«Техносферная безопасность» и специальности «Пожарная безопасность»
Москва
ИНФРА-М
2025
УЧЕБНОЕ ПОСОБИЕ

УДК 544.45(075.8)
ББК 24.543я73
 
Д25
Р е ц е н з е н т ы:
Акинин Н.И., доктор технических наук, профессор, заведующий кафедрой 
Российского химико-технологического университета имени Д.И. Менделеева;
Муравьева Е.В., доктор педагогических наук, профессор, заведующий кафедрой Казанского национального исследовательского технического университета имени А.Н. Туполева — КАИ
ISBN 978-5-16-019651-0 (print)
ISBN 978-5-16-112210-5 (online)
© Девисилов В.А., Дроздова Т.И., 
Тимофеева С.С., 2025
Девисилов В.А.
Д25  
Теория горения и взрыва: практикум : учебное пособие / В.А. Девисилов, Т.И. Дроздова, С.С. Тимофеева ; под общ. ред. канд. техн. наук, 
доц. В.А. Девисилова. —  3-е изд., перераб. и доп. —  Москва : ИНФРА-М, 
2025. —  403 с. —  (Высшее образование). —  DOI 10.12737/2132241.
ISBN 978-5-16-019651-0 (print)
ISBN 978-5-16-112210-5 (online)
В учебном пособии рассмотрены явления, возникающие при горении 
и взрыве. Представлены практические работы по расчету материального 
и теплового баланса, температурных параметров и критических условий 
при горении горючих смесей, а также расчеты основных параметров взрыва. Практикум иллюстрирован графиками, схемами и дополнен справочными данными.
Соответствует требованиям федеральных государственных образовательных стандартов высшего образования последнего поколения.
Предназначено для студентов технических вузов, изучающих дисциплину «Теория горения и взрыва» и обучающихся по направлению «Техносферная безопасность», рекомендовано для студентов иных технических 
специальностей, а также для аспирантов технических вузов. Может быть 
полезно для работников служб охраны труда, промышленной безопасности и отделов гражданской обороны предприятий и служб МЧС России.
УДК 544.45(075.8)
ББК 24.543я73

Предисловие
В настоящее время проблемы нацио нальной безопасности и промышленной безопасности, защиты населения от чрезвычайных ситуаций становятся все более актуальными. Реальную угрозу представляют крупные промышленные предприятия, нефтепроводы, газовые магистрали, на которых наблюдается устойчивая тенденция 
роста числа аварийных ситуаций, связанных с пожарами и взрывами. В последние годы участились аварии на шахтах, приводящие 
к человеческим жертвам и значительным материальным потерям. 
В результате неисправностей оборудования, транспортных средств, 
а также из-за действий человека растет число аварий на авиационном, железнодорожном, автомобильном транспорте. Наибольшую опасность представляют аварии с выбросом химически 
опасных и радиоактивных веществ, розливом нефтепродуктов, разрушением оборудования с опасными веществами и работающего 
под высоким давлением.
В Российской Федерации разработано множество нормативных 
докумен тов для обеспечения безаварийной эксплуатации технологического оборудования, соблюдения правил пожарной безопасности. Однако для предотвращения чрезвычайных ситуаций, 
борьбы с пожарами и взрывами требуется совершенствование 
профилактической работы, организация которой требует теоретических знаний основных физико- химических аспектов горения 
и взрыва.
Современному специалисту, обучающемуся по направлению 
«Техносферная безопасность», необходимо знать потенциальные 
пожаро- и взрывоопасные ситуации на предприятиях, владеть методами их предотвращения.
Предлагаемое учебное пособие призвано сформировать у студентов представление о характере процессов горения и взрыва, 
умение предвидеть и предотвращать опасные явления, приводящие 
к пожарам, взрывам.
В пособии представлены практические работы, предназначенные 
для формирования у студентов практических навыков по расчету основных параметров горения и взрыва. Пособие дополнено 
большим количеством справочных данных по физико- химическим 
параметрам горючих веществ и материалов.
Дисциплина «Теория горения и взрыва» —  федеральный компонент государственных образовательных стандартов по направ

лению «Техносферная безопасность». Целью освоения дисциплины 
является формирование компетенций в области знаний закономерностей процесса горения и взрыва с использованием законов 
и методов естественных наук, приобретения практических умений 
и навыков для решения профессио нальных задач по снижению пожарных рисков. В пособии представлены основы теории и методы 
расчетов основных параметров горения и взрыва.
В соответствии с ФГОС-3 при изучении дисциплины «Теория 
горения и взрыва» обучающиеся должны:
знать
 
• физико- химические основы горения, теории горения и взрыва;
 
• механизмы возникновения и распространения этих процессов;
 
• иметь представление об основных опасностях и поражающих 
факторах при дефлаграционном и детонационном горении;
уметь
 
• использовать физические законы и современную методологию 
при анализе и решении проблем минимизации пожарных рисков;
владеть
 
• понятийно- терминологическим аппаратом дисциплины; методами поиска информации.
Надеемся, что данная книга будет способствовать формированию профессио нальных компетенций, а именно способности 
использовать законы и методы математики, естественных, гуманитарных и экономических наук при решении профессио нальных 
задач; ориентироваться в основных проблемах техносферной 
безопасности, анализировать состояние пожарной безопасности 
объекта экономики в соответствии с действующей нормативно- 
правовой базой и др.
В данном (третьем) издании практикума переработаны и дополнены:
 
• раздел, характеризующий горение твердых веществ и материалов;
 
• материал, связанный с кинетикой химических реакций, передачей вещества и теплоты в газовом потоке, механизмами процесса горения;
 
• процессы явления взрыва и механизмы образования и распространения ударной волны;
 
• практические работы;
 
• нормативно- правовая база;
 
• приложение 3.
Будем признательны всем читателям за замечания и предложения, которые следует направлять в издательство на имя авторов.

Раздел 1. 
ГОРЕНИЕ
Горением называется физико- химический процесс, при котором 
горючие вещества под воздействием высоких температур вступают 
в химическое взаимодействие с окислителем, превращаясь в продукты горения.
Горение сопровождается интенсивным выделением теплоты 
и световым излучением.
По этим признакам горение можно отличить от других явлений. 
Например, горение электрической лампочки нельзя назвать горением, хотя при этом выделяется теплота и излучается свет. В этом 
явлении нет одного из главных признаков горения —  химической 
реакции, приводящей к выделению огромного количества теплоты 
с последующим образованием пламени.
Горение в большинстве случаев сложный химический процесс, состоящий из реакций окислительно- восстановительного 
типа. Для возникновения горения необходимы определенные 
условия.
1.1. УСЛОВИЯ ДЛЯ ВОЗНИКНОВЕНИЯ ГОРЕНИЯ
Для возникновения, развития и распространения процесса горения и его длительного существования необходимо выполнение 
определенных условий, без которых этот процесс невозможен.
Для возникновения горения необходимы:
 
• наличие горючей смеси, т.е. определенное сочетание горючего 
вещества с окислителем (обычно кислородом воздуха);
 
• инициация реакции между горючим веществом и окислителем.
Основными факторами, определяющими возникновение реакции между горючим веществом и окислителем, являются:
 
• нагревание горючей смеси до температуры самовоспламенения 
или самовозгорания;
 
• воздействие внешнего источника зажигания (ИЗ).
При возникновении горения в случае нагревания горючей смеси 
до температуры самовоспламенения или самовозгорания процесс 
горения осуществляется в режиме самовоспламенения (самовозгорания). При возникновении горения от источника зажигания происходит вынужденное воспламенение или вынужденное зажигание 
горючей смеси.

Основными условиями вынужденного зажигания являются:
 
• наличие горючего вещества или горючей смеси веществ;
 
• наличие окислителя;
 
• наличие источника зажигания, под воздействием которого начинается протекание химических реакций горения между компонентами горючей смеси.
1.1.1. Горючее вещество
Горючее вещество —  вещество, способное к горению. Горючие 
вещества характеризуются горючестью.
Горючесть —  способность вещества или материала к распространению пламенного горения или тления.
Горючесть веществ характеризуется физико- химическими свойствами, агрегатным состоянием, особенностями загорания и горения.
Способность к горению определяется основными показателями, 
приведенными в табл. 1.1 (выдержка из Федерального закона РФ 
от 22.07.08 № 123-ФЗ «Технический регламент о требованиях пожарной безопасности» —  далее 123-ФЗ), набор которых зависит 
от агрегатного состояния и условий процесса горения.
Таблица 1.1
Основные показатели пожаро-, взрывоопасности
Показатель
Агрегатное состояние веществ
твердое
жидкое
газы
пыли
Группа горючести
+
+
+
+
Температура:
тления
+
–
–
–
вспышки
–
+
–
–
воспламенения
+
+
–
+
самовоспламенения
+
+
+
+
самовозгорания
+
–
–
+
Концентрационные пределы распространения пламени (нижний 
и верхний)
–
+
+
+
Температурные пределы распространения пламени
–
+
+
–
Скорость выгорания
–
+
–
–
Коэффициент дымообразования
+
–
–
–

Показатель
Агрегатное состояние веществ
твердое
жидкое
газы
пыли
Способность взрываться и гореть 
при взаимодействии с водой, 
кислородом воздуха и другими 
веществами
+
+
+
+
Примечание. Знак «+» означает применяемость показателя, знак «–» —  
неприменяемость.
По горючести вещества или материалы подразделяются на три 
группы:
 
• негорючие (несгораемые);
 
• трудногорючие (трудносгораемые);
 
• горючие (сгораемые).
Негорючие вещества не могут гореть на воздухе (металлы, 
их сплавы, керамические материалы и др.).
Трудногорючие вещества и материалы могут загораться на воздухе от источника зажигания, но не способны самостоятельно 
гореть после его удаления. К таким веществам относятся полихлорвиниловая плитка, фенолформальдегидный стеклопластик, 
древесина, подвергнутая поверхностной огнезащитной обработке, 
и др.
Горючие вещества и материалы способны самовозгораться 
или возгораться от источника зажигания и самостоятельно гореть 
после его удаления (древесина, торф, уголь, нефтепродукты, органические химические вещества и пр.).
В соответствии с законом № 123-ФЗ горючие материалы подразделяются на группы:
 
• слабогорючие (Г1) —  имеющие температуру дымовых газов 
не более 135°C, степень повреждения по длине образца не более 
65%, степень повреждения по массе не более 20%, продолжительность самостоятельного горения 0 с;
 
• умеренногорючие (Г2) —  имеющие температуру дымовых газов 
не более 235°C, степень повреждения по длине образца не более 
85%, степень повреждения по массе не более 50%, продолжительность самостоятельного горения не более 30 с;
 
• нормальногорючие (Г3) —  имеющие температуру дымовых 
газов не более 450°C, степень повреждения по длине образца 
не более 85%, степень повреждения по массе не более 50%, продолжительность самостоятельного горения не более 300 с;
Окончание табл. 1.1

• сильногорючие (Г4) —  имеющие температуру дымовых газов 
не более 450°C, степень повреждения по длине образца не более 
85%, степень повреждения по массе —  не более 50%, продолжительность самостоятельного горения более 300 с.
Воспламеняемость —  способность веществ и материалов загораться под воздействием источника зажигания или вследствие протекания в них экзотермических физико- химических процессов.
По воспламеняемости материалы подразделяются на группы:
 
• трудновоспламеняемые (В1), имеющие величину критической 
поверхностной плотности теплового потока более 35 кВт/м2;
 
• умеренно воспламеняемые (В2), имеющие величину критической поверхностной плотности теплового потока не менее 20, 
но не более 35 кВт/м2;
 
• легковоспламеняемые (В3), имеющие величину критической 
поверхностной плотности теплового потока менее 20 кВт/м2.
Горючее вещество и окислитель образуют горючую смесь —  горючую систему.
Горючие вещества или системы могут быть химически однородными и химически неоднородными.
Химически однородные горючие системы —  смеси горючих газов, 
паров или пылей с воздухом, в которых равномерно перемешаны 
горючее вещество и воздух. Горение таких горючих смесей называется гомогенным.
Химически неоднородные горючие системы —  системы, в которых 
горючее вещество и воздух не перемешаны и имеют границу раздела фаз. Чаще всего химически неоднородные системы —  твердые 
вещества. Однако такими системами могут быть и жидкости, находящиеся в воздухе, струи горючих газов и паров, поступающие 
в воздух. Горение таких веществ называется гетерогенным.
Свой ства некоторых горючих веществ приведены в табл. 1–4 
прил. 3.
Горючие вещества представляют собой сложные химические 
соединения. Элементный химический состав горючего вещества 
включает углерод (С), водород (Н), серу (S), а также кислород (О), 
азот (N). Кроме того, в смеси горючих веществ (например, в нефти, 
мазуте и др.) могут присутствовать минеральные примеси, превращающиеся при сжигании в золу (А) и влагу (W).
Горючая смесь сложного состава, используемая для сжигания 
с целью получения теплоты, называется топливом. В общем виде 
элементный химический состав топлив может быть представлен 
следующим образом:

Cp + Hp + Op + Np + Sp + Ap + Wp = 100%,
где индекс р означает рабочую массу топлива, %, поступающего 
к потребителю. Например, рабочая масса древесины имеет состав: 
49%С, 6%Н, 43%О и 2% других примесей, включая влагу.
Важное значение имеет содержание в составе топлив золы (А) 
и влаги (W), так как эти составляющие определяют качество 
и теплотехнические характеристики топлив. Для сравнительной 
теплотехнической оценки топлив ввели условные понятия сухой, 
горючей и органической масс топлив. Содержание сухой, горючей, 
органической масс выражается в процентах (%) и обозначается 
соответственно индексами «с», «г», «о» вместо рабочей массы 
«р».
Сухое горючее вещество не содержит влаги, и такое топливо 
называется обезвоженным. Элементный состав сухого горючего 
топлива записывается с индексом «с» следующим выражением:
 
Сс + Нс + Ос + Nc + Sс + Ас = 100%.
Топливо, которое содержит влагу либо приобретает влагу 
при хранении, транспортировке, называется воздушно- сухим, и состав такого топлива записывается с индексом «а»:
 
Cа + Hа + Oа + Nа + Sа + Aа + Wа = 100%.
Безводная и беззольная масса топлив называется горючей, и состав ее отмечается индексом «г»:
 
Сг + Нг + Oг + Nг + Sг = 100%.
Топлива с органической массой —  особый вид топлив, в которых 
присутствует сера в виде органических соединений и отсутствует 
сера в неорганической форме (например, нет примесей серного 
колчедана). Уравнение таких топлив записывается с индексом «о», 
указывающим на органическую массу:
 
Co + Нo + Оo + No + So = 100%.
Расчет содержания в топливе сухой, горючей, органической 
или воздушно- сухой массы определяет качество топлива и его 
горючесть. Такие характеристики топлива представляют значительный интерес для теплоэнергетиков.

1.1.2. Окислители
Горение —  сложный химический процесс, состоящий 
из окислительно- восстановительных химических реакций. В качестве окислителей могут выступать не только кислород или воздух, 
но и множество других соединений: хлор, бром, сера, марганцевокислый калий, различные перекиси и другие кислородосодержащие 
вещества. Однако на практике чаще всего горение протекает в атмосфере воздуха.
Воздух представляет собой смесь газов, основными компонентами которого являются: азот —  78,084%; кислород —  20,948%, 
аргон —  0,934%. В незначительных количествах присутствуют неон, 
гелий, криптон, аммиак, диоксиды углерода и серы и др. Аргон, содержащийся в воздухе, является инертным газом и в процессе горения участия не принимает. Азот также не участвует в химическом 
взаимодействии с горючим веществом. Однако азот оказывает существенное влияние на скорость протекания процесса горения. Присутствие азота следует учитывать, так как он участвует во многих 
физических процессах, сопровождающих горение: участвует в диффузии воздуха в горючее вещество; выступает в качестве инертного 
разбавителя горючего и окислителя (кислорода); влияет на скорость нагревания и скорость горения горючей смеси.
При составлении уравнения реакции горения вещества в воздухе необходимо учитывать присутствие азота следующим образом: 
горючее вещество и участвующий в горении воздух пишутся 
в левой части уравнения, а после знака равенства —  образующиеся 
продукты реакции. На примере горения метана (природного газа) 
составим уравнение горения. Для простоты расчетов принимаем, 
что воздух состоит из 21% кислорода и 79% азота с другими ине ртными газами, т.е. на один объем кислорода приходится 79 : 21 = 
= 3,76 объема азота, или на каждую молекулу кислорода приходится 3,76 молекулы азота.
Таким образом, состав воздуха может быть представлен следующим выражением: O2 + 3,76N2.
Исходя из этого выражения, уравнение горения природного газа 
с учетом коэффициентов перед формулами будет иметь следующий 
вид:
 
CH4 + 2O2 + 2 ⋅ 3,76N2 = CO2 + 2H2O + 2 ⋅ 3,76N2.
Кроме продуктов сгорания: углекислого газа и воды, остается 
3,76 молекулы азота. Азот воздуха в процессе горения участия 
не принимает, он целиком переходит в продукты сгорания.