و- التعرف على الخصائص الكييميائية والفيزيائية للمادة
وتُعرف سرعة الاحتراق بأنها السرعة النسبية للغاز الغير محترق والمتجه بشكل عمودي لسطح اللهب المعاكس الاتجاه ولها وحدة قياس (متر/الثانية (م / ث). وتتأثر سرعة الاحتراق بالخصائص الكيميائية للمادة المشتعلة وكذلك بتكون سلسلة من التفاعلات النشطة كيميائياً والتي تبدأ بمجرد بدء عملية الأكسدة، ومن تلك الخصائص قدرة النقل أو التوصيل الحراري لتلك المادة أو الوقود وُمعامل انتشار مكونات (جزيئات) تلك المادة الذي هو مرتبط بتفكك الروابط الكيميائية بين ذرات تلك المادة أو الوقود المحترق. وتتأثر سرعة الاحتراق ايضآ بالضغط ودرجة الحرارة. وتجدر الاشارة الى ان هذه الخاصية تم بحثها ودراستها لأكثر من قرن الا انه لازال هنالك تباين في نتائج تلك الابحاث. ومن اوائل تلك الدراسات مارلد ولي تشتلر (Mallard and Le Chatelier), 1883)(9) ثم تلى ذلك عدة بحوث هامة جدا منها دراسة لويس وفانلبي(Lewis and von Elbe, 1987). (10) – آندرو وبرادلي – راليس وقارفورث - (Andrews and Bradley, 1972), (Rallis and Garforth 1980). (11,12). ومن الدراسات الحديثة التي تم انجازها مؤخرا في قياس سرعة الاحتراق للباحث, كاتب هذه الورقة, (علي الشهراني, بحث دكتوراه 1425هـ) باشراف البرفسور درك برادلي-جامعة لييدز, بريطانيا (13). وقد تم استخدام المشبه الكروي الموضح بالشكل (2) في القياس, لذا فإن سرعة الاحتراق يمكن أن يعبر عنها رياضياً للهب قرصيّ الشكل (كروي)، شريطة ان يكون الحريق محصورآ والضغط في الوسط المحبط شبه ثابت:
سرعة الاحتراق = نسبة كثافة الغاز المحترق الى الغير محترق X (سرعة اللهب+سرعة الغاز)
4 3 2 1
(13) (ا)
1: سرعة الاحتراق 2: نسبة كثافة الغاز المحترق الى كثافة الغاز الغير محترق
3: سرعة اللهب 4: سرعة الغاز
(13) (ب)
اما في حالة عدم القدرة غلى قياس قطر اللهب بواسطة النظام البصري الموضح في المشبه الكروي وتغير الضغط، فتستخدم الصيغة الرياضية (13 ب) والتي تم تطويرها من قبل الباحث ليو ومجموعته (14)
سرعة الاحتراق = سرعة اللهب – سرعة الغاز الغير محترق. (1)
وهنالك تعبيررياضي آخر لتلك القيمة يربط سرعة اللهب بنسبة الكثافة للغازالمحترق(burned gas ) الى الغير محترق ( (unburned gasكما هوموضح ادناه:
سرعة الاحتراق = سرعة اللهب x } كثافة الغازالمحترق/ كثافة الغاز الغيرالمحترق{ (2)
ام كيفية قياس سرعة الاحتراق, فيمكن ذلك باستخدام احد الطرق التالية:-
أ- المشبه الكروي ب- الحراق (بنسن) ج- النماذج الرياضية
الشكل (2): منظر توضيحي للمشبه الكروي (13)
ومن خصائص الحرائق الصناعية هوان اللهب الصادرمن الحريق يكون من النوع العشوائي (العاصفي) ومتذذب الحركة مما يزيد في خطورتها واضرارها حيث يتصف هذا النوع من اللهب بدرجة حرارة عالية جدا وسرعة احتراق اكبر(اضعاف) اللهب الطبقي المنتظم الشكل, وبالتالي تسارع اللهب وانتشاره بصورة سريعة. الشكل (3) يوضح منظر لكلا النوعين.
(أ) (ب)
الشكل (3): منظر توضيحي للهب العشوائي (أ), واللهب الطبقي المنتظم (ب)
الجدول (2) يوضح المقارنة بينهما بشكل موجز
م الاحتراق ذو اللهب العشوائي الاحتراق ذو اللهب المنتظم
1 الشائع سواءً في المجالات الصناعية، التجارية، الطاقة او النقل استخدامات منزلية محدودة ( التدفئة –التسخين)
2 اكثر خطورة بسبب سرعة انتشاره وتسارع نمو اللهب اقل خطورة - سرعة لهب بطيئة ونمو بطيئ
3 حركة ديناميكية ترددية متذبذبة حركة انسيابية منتظمة بشكل طبقي
4 اكبر كمية حرارة بسبب تزايد مساحات اسطح اللهب اقل كمية حرارة
5 فى الغالب لهب متحرك لهب ثابت
6 سرعة احتراق كبيرة (اضعاف سرعة اللهب المنتظم) سرعة احتراق بطيئة مقارنة بالعشوائي
5- ظاهرة اللاستقرارية والشدّ في الحرائق الصناعية
تم اكتشاف ظاهرة اللاستقرارية منذ عام 1938- 1946م بواسطة الباحثين (15) دورس Darrieus (1938) ، لاندو Landau (1944) وقينكو Guénoche (1946) في الاحتراق حيث عُرف على اثرهما اللهب المستقر والغير مستقر ، موضح في الشكل ( 4) . فما سبب ظاهرة اللاستقرارية في الاحتراق وما تأثيرها على معدل سرعة احتراق المادة أو الوقود ومتى تنشأ هذه الظاهرة في اللهب؟
هنالك سببين لحدوث اللاستقرارية في الاحتراق :-
أ) التأثير الهيدروديناميكي ب) الانتشار الحراري والكتلة في هيكل اللهب
وبإبجاز, التأثير الهيدروديناميكي ينشأ بسبب تقارب وتباعد مسارات الحركة الانسيابية للغاز المتجه للهب بفعل التمدد الحراري للغاز أمام اللهب، واضطرابات حركة اللهب نفسه ويكون هذا النوع من اللاستقرارية مسؤلاً عن تعرّج اللهب، وكذلك تخلخله ( أي نمو خلايا منفصلة في هيكله) ، أما التأثير بفعل الانتشار الحراري وكتلة المادة المحترقة فينشأ بسبب التنافس بين تأثير الانتقال الحراري من اللهب وانتشار جزيئات المادة القابلة للاحتراق ( الوقود) على سطح اللهب. وقد أثبتت الدراسات المخبرية (13) أن هذه الظاهرة (اللاستقرارية) تزيد من سرعة الاحتراق للمادة وبصفة تدريجية.
الشكل (4): صورة فتوغرافية للهب غير مستقرالبيوتين+هواء(أ),
ولهب مستقرالهيدروجين+ هواء (ب) (16)
وقد لوحظ من قبل الباحثين ان هذة الظاهرة تعمل على زيادة سرعة الاحتراق بسبب تكون خلايا جديدة وانقسامها مما يزيد في مساحات اسطح اللهب وبالتالي زيادة الحمل الحراري للهب.
اما ظاهرة الشد (الامتداد) فتنشأ بسببين, الاول بفعل تقوّس سطح اللهب (flame curvature) اثناء ظهوره, والثاني بفعل عامل الاجهاد (strain)الذي يتعرض له هيكل اللهب بسبب تدفق الغازات تجاه مقدمته والدومات الحركية المحيطه باللهب فيترتب على ذلك تغّير في مساحة سطحه. وتكون قيمة الشدّ عالية في بدابة نشأة اللهب وتقل كلما زادت مساحته. ويمكن معرفة مقدار الشدّ لكلا النوعين (بفعل تقوس اللهب والاجهاد) باستخدام الصيغ الرياضية التالبة :
الشدّ بفعل تقوس سطح اللهب الشدّ بفعل الاجهاد (17,16)
وبذلك تكون المحصلة الاجمالية لقيمة الشدّ (الامتداد) في اللهب:
مقدار الشدّ = (2 x سرعة اللهب) / قطر اللهب
ولاهمية ظاهرة الشدّ وتأثيرها على سرعة احتراق المادة تم ايجاد مقياس يوضح مدى حساسية اللهب للشدّ (الامتداد) بوحدة تسمى الطول المركستيني للغاز المحترق(Markstein length Lb ) (18),
وتجدر الاشارة الى ان نتائج قياس سرعة الاحتراق لمختلف مشتقات المواد البترولية (انواع الوقود الهيدروكربوني) التي توصل لها العديد من الباحثين سابقآ (1915 – 1990م), لوحظ يها وجود اختلافات وتباين في قيمة سرعة الاحتراق بسبب اهمال تأثير الشدّ إلا إن هذا التباين تلاشي نسبياً بشكل ملحوظ في النتائج التي ظهرت بعد عام 1990م ويرجع سبب ذلك إلى أن الباحثين أولو اهتمام بتلك الظاهرة.
6- مخاطر الانفجارات في الحرائق الصناعية وكيفية نشأتها
تعتبر الانفجارات الناجمة من الحرائق الصناعية اكبر مصادر التهديد سواءا للجانب البشري او الجانب المادي. ويعود ذلك لما لها من قوة تدميرية هائلة وضغط كبير يصاحبه تنامي سريع جدا في درجات الحرارة وسرعة انتشار اللهب. ولكن كيف تنشأ مثل هذه الانفجارات وما مسبباتها؟ هذا ماساتحدث عنه في السطور القادمة بإيجاز.
15/12/2008, 06:16