Теория горения и взрыва

УДК 614.841
ББК 24.543
          Г68
Рецензенты:
доктор технических наук В.Ф. Мартынюк,  
профессор кафедры промышленной безопасности и охраны окружающей среды  
РГУ нефти и газа (НИУ) им. И.М. Губкина;
кандидат технических наук В.В. Смирнов,  
доцент кафедры комплексной безопасности в строительстве НИУ МГСУ
Горев, Вячеслав Александрович.
Г68	 	
Теория горения и взрыва [Электронный ресурс] : учебно-методическое пособие / 
В.А. Горев, Е.Ю. Челекова ; Министерство науки и высшего образования Российской 
-Федерации, Национальный исследовательский Московский государственный строительный университет, кафедра комплексной безопасности в строительстве. — Электрон. дан. и прогр. (2,8 Мб). — Москва : Издательство МИСИ – МГСУ, 2024. — URL: 
http://lib.mgsu.ru/ — Загл. с титул. экрана.ISBN 978-5-7264-3374-5 (сетевое) 
ISBN 978-5-7264-3375-2 (локальное)
Учебно-методическое пособие содержит основные рекомендации по выполнению практических работ и самостоятельной работы по дисциплине «Теория горения и взрыва». 
Для обучающихся по направлению подготовки 20.03.01 Техносферная безопасность. 
Учебное электронное издание
	
© ФГБОУ ВО «НИУ МГСУ», 2024

Учебное электронное издание
Горев Вячеслав Александрович, Челекова Евгения Юрьевна
ТЕОРИЯ ГОРЕНИЯ И ВЗРЫВА
Учебно-методическое пособие
Редактор А.С. Орлова
Корректор Я.А. Травкина
Компьютерная правка и верстка О.Г. Горюновой
Дизайн первого титульного экрана Д.Л. Разумного
Для создания электронного издания использовано:
Microsoft Word 2010, Adobe InDesign CS5.5, ПО Adobe Acrobat
Подписано к использованию 01.03.2024. Объем данных 2,8 Мб.
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение
высшего образования 
«Национальный исследовательский 
Московский государственный строительный университет».
129337, Москва, Ярославское ш., 26.
Издательство МИСИ – МГСУ. 
Тел.: (495) 287-49-14, вн. 14-23, (499) 183-91-90, (499) 183-97-95.
E-mail: ric@mgsu.ru, rio@mgsu.ru

ОГЛАВЛЕНИЕ
1. ЭКЗОТЕРМИЧЕСКИЕ РЕАКЦИИ И ТЕПЛОВОЙ ЭФФЕКТ.
СОСТАВ И ТЕМПЕРАТУРА ЗАМОРОЖЕННЫХ ПРОДУКТОВ СГОРАНИЯ............ 5
2. РЕАКЦИИ В ПРОДУКТАХ СГОРАНИЯ.
УСТАНОВЛЕНИЕ РАВНОВЕСИЯ................................................................................ 22
3. РЕШЕНИЕ ЗАДАЧ.......................................................................................................... 33
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК............................................................................... 41
ПРИЛОЖЕНИЯ.................................................................................................................. 42

1. ЭКЗОТЕРМИЧЕСКИЕ РЕАКЦИИ И ТЕПЛОВОЙ ЭФФЕКТ.
СОСТАВ И ТЕМПЕРАТУРА ЗАМОРОЖЕННЫХ ПРОДУКТОВ
СГОРАНИЯ
Химические реакции, сопровождающие горение и взрыв, характеризуются тем, что 
суммарная энергия образовавшихся в результате реакции новых химических связей в молекулах продуктов реакции больше суммарной энергии связей молекул реагентов, то есть 
образуются более устойчивые молекулы. Такие реакции являются экзотермическими (тепло выделяется), и тепловой эффект реакции можно оценить так:
	
*
*
*
*
*
*.
n
m
j
j
j
j
i
i
i
i
j
i
j
i
Q
n E
n R
n E
n R
=
+
−
−
∑
∑
∑
∑
	
(1)
Здесь nj — число связей j-типа молекул продуктов реакции, претерпевающих изменения в химической реакции; Ej — энергия этой связи; Rj
* — резонансная энергия резонирующих связей; nj
* — число резонирующих связей. Индекс i означает, что соответствующие величины относятся к реагентам. Определение теплового эффекта реакции 
с помощью энергий связей обладает существенным недостатком, заключающимся в том, 
что энергия связей, например С–Н, зависит от ее местоположения в молекуле. Учесть это 
обстоятельство в каждой молекуле невозможно, поэтому таблицы содержат некоторое 
среднее значение энергии данной связи (1).
Указанный недостаток преодолевается с помощью термодинамического подхода. Для 
такого рассмотрения полезно ввести некоторые понятия.
Объектом изучения в термодинамике являются различные системы:
А. Изолированная система не обменивается с окружающей средой ни массой, 
ни энергией.
Б. Закрытая система обменивается с окружающей средой энергией, но не обменивается массой (веществом).
В. Открытая система обменивается и массой, и энергией с окружающей средой.
В дальнейшем рассматриваются системы с газовой средой.
Уравнение состояния идеального газа:
PV = m/µRT,
где P — давление, Па; V — объем, м3; m — масса газа, кг; µ — средний молекулярный вес, 
кг/кмоль; R = 8314,4 Дж/(кмоль·К°) — универсальная газовая постоянная; Т — абсолютная температура, К.
Для смеси, состоящей из нескольких газов:
µ = Σνiμi,
где νi — мольная или объемная доля i-го газа с молекулярным весом μi.
Пример. Определить молекулярный вес воздуха:
– ν(N2) = 0,79;
– μ(N2) = 28;
– ν(O2) = 0,21;
– μ(O2) = 32.
μвоз = 0,79 · 28 + 0,21 · 32 = 28,84 кг/кмоль.

Первый закон термодинамики
Существует физическая величина — полная энергия системы Е, которая состоит из: 
внутренней энергии Евн = Е1 + Е2 (химическая внутр. + тепловая внутр.); кинетической 
энергии — К; потенциальной энергии — П.
Таким образом, можно записать:
Е = Евн + К + П.
Для закрытых систем выполняется (закон сохранения энергии):
δQ = dE + δW,
где δQ — тепло, подведенное к системе; dE — изменение полной энергии системы; δW — 
работа, совершаемая системой.
Внутренняя энергия системы Евн состоит из энергии химических связей Е1 и тепловой энергии Е2, определяемой хаотическим тепловым движением частиц (молекул, атомов, радикалов).
Кинетическая энергия системы К определяется кинетической энергией движения 
среды в целом в виде потока. Эта энергия существенна при высоких скоростях движения 
среды. Например, при взрывном быстром выделении химической энергии. 
Потенциальная энергия возникает в поле тяжести при разности плотностей среды 
в различных точках системы.
В дальнейшем изложении рассматриваются задачи, в которых потенциальная и кинетическая энергия не учитываются, это предположение хорошо выполняется при изучении пожаров и горения без образования волн значительной интенсивности. В результате 
получается, что полная энергия состоит из внутренней энергии Е = Евн = Е1 + Е2.
При определении температуры продуктов сгорания различают два предельных случая:1. Горение в условиях P = const (давление не изменяется).
2. Горение при постоянном объеме V = const.
Случай V = const. Экзотермическая реакция протекает в условиях, когда объем системы в процессе реакции не изменяется.
Согласно первому закону термодинамики, при V = const, когда работа ни системой, 
ни над системой не совершается, имеет место:
dE = dQ,
то есть изменение энергии равно количеству тепла, подведенному к системе. 
При подводе тепла энергия системы увеличивается. В случае горения без подвода 
тепла к системе извне, т.е. при условии dQ = 0 и при условии, что потоки в системе отсутствуют или они такие, что кинетической энергией системы можно пренебречь, вывод 
о сохранении энергии в системе можно применить только к внутренней энергии, тогда 
внутренняя энергия системы сохраняется. 
Однако в данном случае при сохранении полной внутренней энергии происходит ее 
перераспределение между внутренней энергией химических связей и внутренней энергией теплового движения, то есть один вид внутренней энергии (химической) переходит 
в тепловую часть внутренней энергии. Можно записать: 
dE = dE1 + dE2 = 0; или dE1 = –dE2,
где dE1 — изменение химической части внутренней энергии; dE2 — изменение тепловой 
части внутренней энергии. Для тепловой части внутренней энергии справедливо 
соотношение: