Просмотр кода страницы Горение

{{значения}}[[Файл:Streichholz.jpg|thumb|150px|right|Горение [[спички]]]]
{{аудиостатья введение|Ru Горение (intro).ogg|{{date|19|9|2019|1}}|101257876}}

'''Горе́ние''' — сложный физико-химический процесс<ref>{{Книга|автор=И.Н. Зверев, Н. Н. Смирнов|заглавие=Газодинамика горения|ответственный=|издание=|место=М.|издательство=Изд-во Моск. ун-та.|год=1987|страницы=165|страниц=307|isbn=|isbn2=}}</ref> превращения исходных веществ<ref>Иногда горение определяется как реакция между окислителем и горючим. Однако к процессам горения относят, например, и горение мономолекулярных топлив, и разложение озона, когда химическая энергия запасена в химических связях в одном веществе.</ref> в продукты сгорания в ходе [[Экзотермические реакции|экзотермических реакций]], сопровождающийся интенсивным выделением [[Теплота|тепла]]<!-- см. обсуждение на странице рецензирования --><ref name="bse-gor">{{БСЭ3|статья=Горение}}</ref><ref name="himenc-gor">{{cite web|url=www.xumuk.ru/encyklopedia/1128.html|title=Горение|work=[[Химическая энциклопедия]]|accessdate=2013-09-16}}</ref>. Химическая энергия, запасённая в компонентах исходной смеси, может выделяться также в виде [[Тепловое излучение|теплового излучения]] и света. Светящаяся зона называется фронтом пламени или просто [[Пламя|пламенем]].

[[Освоение огня древними людьми|Освоение огня]] сыграло ключевую роль в развитии человеческой цивилизации. [[Огонь]] открыл людям возможность термической обработки пищи и обогрева жилищ, а впоследствии — развития производства [[Керамика|керамики]], [[металлургия|металлургии]], [[Энергетика|энергетики]] и создания новых, более совершенных инструментов и технологий. Управление процессами горения лежит в основе создания [[Двигатель|двигателей]] для автомобилей, самолётов, судов и ракет.

Горение до сих пор остаётся основным источником энергии в мире и останется таковым в ближайшей обозримой перспективе. В 2010 году примерно 90 % всей энергии, производимой человечеством на Земле, добывалось сжиганием [[Ископаемое топливо|ископаемого топлива]] или [[Биотопливо|биотоплива]]<ref>{{Книга |заглавие = Key World Energy Statistics |ссылка = https://www.iea.org/publications/freepublications/publication/kwes.pdf |год = 2012 |издательство = International Energy Agency (IEA) |allpages = 80 |pages = 6 |archive-date = 2014-09-08 |archive-url = https://web.archive.org/web/20140908064118/https://www.iea.org/publications/freepublications/publication/kwes.pdf }}</ref>, и, по прогнозам [[Управление энергетической информации (США)|Управления энергетических исследований и разработок (США)]], эта доля не упадёт ниже 80 % до 2040 года при одновременном росте энергопотребления на 56 % в период с 2010 по 2040 год<ref>{{cite web|url=http://www.eia.gov/forecasts/ieo/pdf/0484%282013%29.pdf|title=International Energy Outlook 2013 with Projections to 2040|publisher=U.S. Energy Information Administration (EIA)|pages=1|lang=en|accessdate=2014-02-04|archive-date=2013-11-04|archive-url=https://web.archive.org/web/20131104115308/http://www.eia.gov/forecasts/ieo/pdf/0484(2013).pdf|deadlink=no}}</ref>. С этим связаны такие [[глобальные проблемы]] современной цивилизации, как истощение [[Невозобновляемые ресурсы|невозобновляемых энергоресурсов]], [[загрязнение]] окружающей среды и [[глобальное потепление]].

Химические реакции горения, как правило, идут по разветвлённо-цепному механизму с прогрессивным самоускорением за счёт выделяющегося в реакции тепла. Особенности горения, отличающие его от других физико-химических процессов с участием [[Окислительно-восстановительные реакции|окислительно-восстановительных реакций]], — это большой [[Тепловой эффект химической реакции|тепловой эффект реакции]] и большая [[энергия активации]], приводящая к сильной зависимости скорости реакции от температуры. Вследствие этого горючая смесь, способная храниться при комнатной температуре неограниченно долго, может воспламениться или [[Взрыв|взорваться]] при достижении критической температуры воспламенения ([[самовоспламенение]]) или при инициировании внешним источником энергии (вынужденное воспламенение, или зажигание).

Если продукты, образующиеся при сгорании исходной смеси в небольшом объёме за короткий промежуток времени, совершают значительную механическую работу и приводят к ударным и тепловым воздействиям на окружающие объекты, то это явление называют взрывом. Процессы горения и взрыва составляют основу для создания [[Огнестрельное оружие|огнестрельного оружия]], [[Взрывчатые вещества|взрывчатых веществ]], [[Боевые припасы|боеприпасов]] и различных видов обычных вооружений. Особым видом горения является [[детонация]].

== Историческая справка ==
[[Файл:Flametest--Na.swn.jpg|thumb|180px|right|Жёлтый цвет пламени газовой горелки при внесении в него следов [[Натрий|натрия]] ([[поваренная соль]] на проволоке) вызван излучением дублетной D-линии натрия с длинами волн 589 и 589,6 [[нанометр|нм]]]]
До открытия кислорода в начале 1770-х годов [[Шееле, Карл Вильгельм|Карлом Шееле]] и [[Пристли, Джозеф|Джозефом Пристли]] считалось, что все тела, способные гореть, содержат особое начало, «[[флогистон]]», которое в процессе горения выделяется из тела, оставляя золу. В 1775 году [[Лавуазье]] показал, что напротив, к горючему веществу при горении присоединяется кислород воздуха, а в 1783 году Лавуазье и [[Лаплас]] обнаружили, что продукт горения водорода — чистая вода. Эти открытия заложили основу современных научных взглядов на природу горения.

Следующий шаг в развитии основ теории горения связан с работами [[Маллар, Франсуа Эрнест|Малляра]] и [[Ле Шателье, Анри Луи|Ле Шателье]]<ref>{{статья 
| автор= Mallard E., Le Chatelier H. L. 
| заглавие= Thermal model for flame propagation |издание= Annals of Mines 
| год= 1883 |volume= 4 |номер= | pages= 379 }}
</ref>
и [[Михельсон, Владимир Александрович|В. А. Михельсона]], выполненными в 1880-е годы{{sfn|Хитрин, Физика горения и взрыва|1957|с=8}}. В 1890 году Михельсон опубликовал работу<ref>''Михельсон В. А.'' О нормальной скорости воспламенения гремучих газовых смесей. — Собр. соч. М.: Новый агроном, 1930, т. 1</ref> о распространении пламени в трубах и предложил теорию [[Горелка Бунзена|горелки Бунзена]].

В 1928 году Бурке и Шуманн рассмотрели задачу о диффузионном пламени и показали, что когда скорость сгорания реагентов в химической реакции много больше скорости подвода реагентов посредством диффузии, зону реакции можно считать бесконечно тонкой, при этом в ней автоматически устанавливается [[Стехиометрия|стехиометрическое]] соотношение между окислителем и горючим, а максимальная температура в зоне реакции близка к [[Адиабатический процесс|адиабатической]] температуре горения<ref>{{статья 
| автор=Burke S. P., Schumann T. E. W. | заглавие=Diffusion flames |издание=Industrial & Engineering Chemistry
| год=1928 |volume=20 |номер=10 | pages=998-1004 }}
</ref>.

Современная теория горения ведёт начало от работ [[Семёнов, Николай Николаевич (учёный)|Н. Н. Семёнова]] по [[Тепловой взрыв|тепловому взрыву]]<ref>{{статья
| автор= Семёнов Н. Н.
| заглавие= Тепловая теория горения и взрывов
| ссылка= http://ufn.ru/ru/articles/1940/3/c/
| автор издания= 
| издание= [[Успехи физических наук]]
| тип= 
| место= 
| издательство= [[Физический институт имени П. Н. Лебедева РАН|Российская академия наук]]
| год= 1940
| выпуск= 3
| том= XXIII
| номер= 
| страницы= 251—292
| язык= ru
| archivedate= 2013-09-19
| archiveurl= https://web.archive.org/web/20130919040103/http://ufn.ru/ru/articles/1940/3/c/
}}</ref><ref>{{статья
| автор= Семёнов Н. Н.
| заглавие= Тепловая теория горения и взрывов (окончание)
| ссылка= http://ufn.ru/ru/articles/1940/8/b/
| автор издания= 
| издание= [[Успехи физических наук]]
| год= 1940
| выпуск= 4
| том= XXIV
| номер= 8
| страницы= 433—486
| isbn= 
| язык= ru
| издательство= [[Физический институт имени П. Н. Лебедева РАН|Российская академия наук]]
| archivedate= 2013-09-18
| archiveurl= https://web.archive.org/web/20130918173807/http://ufn.ru/ru/articles/1940/8/b/
}}</ref>, выполненных в 1920-е годы. Основанный Н. Н. Семёновым в 1931 году [[Институт химической физики им. Н. Н. Семёнова РАН|Институт химической физики]] стал ведущим научным центром по химической физике и горению{{sfn|Хитрин, Физика горения и взрыва|1957|с=9}}. В 1938 году [[Франк-Каменецкий, Давид Альбертович|Д. А. Франк-Каменецкий]] развил теорию теплового взрыва<ref>{{статья 
| автор= Франк-Каменецкий Д. А. 
| заглавие= Распределение температур в реакционном сосуде и стационарная теория теплового взрыва | оригинал= | ссылка= | автор издания= 
| издание= Журнал физической химии | тип= | место= | издательство= 
| год= 1939 |выпуск= |том= 13 |номер= 6| страницы=738—755 | isbn= }}
</ref>, и, вместе с [[Зельдович, Яков Борисович|Я. Б. Зельдовичем]], — теорию распространения [[Ламинарное течение|ламинарного]] пламени в предварительно перемешанных смесях<ref>{{статья 
| автор= Зельдович Я. Б., Франк-Каменецкий Д. А. 
| заглавие= Теория теплового распространения пламени | оригинал= | ссылка= | автор издания= 
| издание= Журнал физической химии | тип= | место= | издательство= 
| год= 1938 |выпуск= |том= 12 |номер= 1| страницы=100—105 | isbn= }}
</ref>.

В том же 1938 году в опытах А. Ф. Беляева было показано, что горение летучих взрывчатых веществ происходит в газовой фазе<ref>{{статья 
| автор=Беляев А. Ф. | заглавие=О горении взрывчатых веществ| издание= Журнал физической химии
| год=1938 |том= 12 |номер=1| страницы=93—99}}</ref>. Таким образом, вопрос о скорости горения таких веществ был сведён к вопросу о скорости горения в газовой фазе, и в 1942 году [[Зельдович, Яков Борисович|Я. Б. Зельдович]] развил теорию горения конденсированных веществ, основанную на теории распространения пламени в газе<ref>{{статья 
| автор= Зельдович Я. Б.| заглавие= К теории горения порохов и взрывчатых веществ | издание= [[Журнал экспериментальной и теоретической физики]]| год= 1942 |выпуск= |том= 12 |номер= 1| страницы=498—524 | ref=zeldovich-1942 }}</ref>.

В 1940-е годы Я. Б. Зельдович развивает теорию детонации<ref>{{статья 
| автор= Зельдович Я. Б.| заглавие= К теории распространения детонации в газообразных системах | издание= [[Журнал экспериментальной и теоретической физики]]| год= 1940 |выпуск=5 |том= 10 |номер= | страницы=542—568 | ref=zeldovich-1940 }}</ref>, которая была названа {{iw|модель ZND|моделью ZND|en|ZND detonation model}} — по имени Зельдовича, Неймана и Дёринга, так как независимо от него к схожим результатам пришли [[Нейман, Джон фон|фон Нейман]]<ref>{{книга|автор=von Neumann J.|заглавие=Theory of detonation waves|часть=Theory of detonation waves. Progress Report to the National Defense Research Committee Div. B, OSRD-549 (April 1, 1942. PB 31090)|издание=John von Neumann: Collected Works, 1903–1957|место=Oxford|издательство=Pergamon Press|год=1963|volume=6|pages=178—218|isbn= 978-0-08-009566-0}}</ref> и Дёринг<ref>{{статья|автор=Döring W.|заглавие=Über Detonationsvorgang in Gasen|язык=de|издание=Annalen der Physik|год=1943|том=43|номер=6—7|страницы=421—436|issn=0003-4916|doi=10.1002/andp.19434350605}}</ref>. 

Все эти работы стали классическими в теории горения.

== Классификация видов горения ==
По скорости движения смеси горение подразделяется на ''медленное горение'' (или [[дефлаграция|дефлаграцию]]) и ''детонационное горение'' ([[детонация|детонацию]]). Волна дефлаграционного горения распространяется с [[Дозвуковая скорость|дозвуковой скоростью]], а нагрев исходной смеси осуществляется в основном теплопроводностью. Детонационная волна движется со [[Сверхзвуковая скорость|сверхзвуковой скоростью]], при этом химическая реакция поддерживается благодаря нагреву реагентов [[Ударная волна|ударной волной]] и, в свою очередь, поддерживает устойчивое распространение ударной волны{{sfn|Щёлкин, Трошин, Газодинамика горения|1963|c=26}}{{sfn|Law C. K., Combustion Physics|2006|c=659}}. Медленное горение подразделяется на [[Ламинарное течение|ламинарное]] и [[Турбулентность|турбулентное]] соответственно характеру течения смеси{{sfn|Law C. K., Combustion Physics|2006|c=9}}. В детонационном горении течение продуктов всегда турбулентное. В определённых условиях медленное горение может переходить в детонацию{{sfn|Щёлкин, Трошин, Газодинамика горения|1963|c=206}} ({{lang-en|DDT, deflagration-to-detonation transition}}{{sfn|Law C. K., Combustion Physics|2006|c=686}}).

Если исходные компоненты смеси — [[Газ|газы]], то горение называют газофазным (или гомогенным). В газофазном горении [[окислитель]] (как правило, [[кислород]]) взаимодействует с [[Горючее|горючим]] (например, [[Водород|водородом]] или [[Природный газ|природным газом]]). Если окислитель и горючее заранее перемешаны на молекулярном уровне, то такой режим называется горением предварительно перемешанной смеси ({{lang-en|premixed combustion}}). Если же окислитель и горючее отделены друг от друга в исходной смеси и поступают в зону горения посредством [[Диффузия|диффузии]], то горение называется диффузионным{{sfn|Law C. K., Combustion Physics|2006|c=8}}.

Если исходно окислитель и горючее находятся в разных фазах, то горение называется гетерогенным. Как правило, в этом случае реакция окисления также идёт в газовой фазе в диффузионном режиме, а тепло, выделяющееся в реакции, частично расходуется на термическое разложение и испарение горючего{{sfn|Law C. K., Combustion Physics|2006|c=10}}. Например, по этому механизму горят [[уголь]] или [[полимеры]] в воздухе. В некоторых смесях могут иметь место экзотермические реакции в конденсированной фазе с образованием твёрдых продуктов без существенного газовыделения. Такой механизм называется твердофазным горением.

Выделяют также такие особые виды горения, как [[#Тление|тление]], [[#Беспламенное горение|беспламенное]] и [[холоднопламенное горение]].

Горением, или ядерным горением, называют термоядерные реакции в звёздах, в которых в процессах [[Звёздный нуклеосинтез|звёздного нуклеосинтеза]] образуются ядра химических элементов<ref name="Ишханов">{{книга|автор=Ишханов Б. С.|заглавие=История атомного ядра|ссылка=http://nuclphys.sinp.msu.ru/histan/histan13.htm|место=М.|издательство=Университетская книга|год=2011|страниц=314|isbn=978-5-91304-229-3|archive-date=2013-11-13|archive-url=https://web.archive.org/web/20131113102732/http://nuclphys.sinp.msu.ru/histan/histan13.htm}}</ref>.

== Пламя ==
[[Файл:Bunsen burner flame types.jpg|thumb|right|250px|Пламя в [[Горелка Бунзена|горелке Бунзена]]. 1 — подача воздуха закрыта; 2 — подача воздуха снизу почти перекрыта; 3 — смесь близка к [[Стехиометрия|стехиометрической]]; 4 — максимальная подача воздуха]]
[[Пламя]] — это светящаяся зона, образующаяся в ходе горения. Температура пламени зависит от состава исходной смеси и условий, при которых осуществляется горение. При горении природного газа в воздухе температура в горячей зоне может превышать 2000 К, а при горении [[ацетилен]]а в кислороде ([[газовая сварка]]) — 3000 К{{sfn|Льюис, Эльбе, Горение, пламя и взрывы в газах|1968|c=578}}.

=== Цвет пламени ===
В зоне горения могут возникать свободные радикалы и молекулы в электронно-возбуждённых и колебательно-возбуждённых состояниях. Если интенсивность свечения достаточно высока, то его можно воспринимать невооружённым глазом. Цвет пламени определяется тем, на каких частотах идут квантовые переходы, вносящие основной вклад в излучение в видимой области спектра. Значительная часть излучения, особенно при наличии твёрдой фазы, пылинок или частиц сажи в пламени, приходится на инфракрасную область, которая субъективно воспринимается как жар от огня. В [[инфракрасное излучение]] вносят вклад колебательно-возбуждённые молекулы CO, CO<sub>2</sub> и H<sub>2</sub>O.

При горении водорода в чистом воздухе пламя почти бесцветное. Оно имеет едва заметный голубоватый оттенок из-за излучения радикалов OH в оптическом диапазоне на длинах волн 306—308 нм{{sfn|Гейдон, Спектроскопия и теория горения|1950|c=49}}. Однако обычно водородное пламя в воздухе светится сильнее из-за присутствия пылинок и органических микропримесей.

Пламя при горении углеводородных топлив в [[Горелка Бунзена|горелке Бунзена]], таких как пропан или бутан, может иметь разный цвет в зависимости от соотношения горючего и воздуха. При горении в диффузионном режиме без подачи воздуха в горелку пламя окрашено в жёлтый или красноватый цвет, обусловленный свечением раскалённых микрочастиц сажи. При подмешивании небольшого количества воздуха на выходе из горелки возникает неяркий синий конус пламени. Дальнейшее увеличение подачи воздуха приводит к возникновению двух конусов пламени, внутреннего яркого сине-зелёного и внешнего сине-фиолетового, гораздо менее интенсивного{{sfn|Гейдон, Спектроскопия и теория горения|1950|c=60}}.

Способность примесей окрашивать пламя в различные цвета используется в аналитической химии для [[Пирохимический анализ|пирохимического анализа]] и в [[пиротехника|пиротехнике]] для салютов, фейерверков и сигнальных ракет.

=== Электрические свойства пламени ===
Пламя углеводородных топлив может взаимодействовать с электромагнитным полем, то есть в нём присутствуют заряженные частицы. Экспериментально обнаружено, что концентрация ионов в пламени может на 4—6 порядков превышать концентрацию, которая наблюдалась бы при чисто термическом механизме ионизации, и фактически пламя может вести себя как слабоионизованная [[плазма]]. Однако температура пламени недостаточна для того, чтобы компоненты смеси могли ионизироваться в результате столкновений молекул между собой, и в 1950-е годы выяснилось, что основным механизмом генерации ионов является [[хемоионизация]]{{sfn|Лаутон и Вайнберг, Электрические аспекты горения|1976|c=183}}.

Считается, что хемоионизация идёт в основном через образование иона CHO<sup>+</sup><ref>{{статья|автор=Fialkov A. B.|заглавие=Investigations on ions in flames|ссылка=http://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0360128597000166|язык=en|издание=[[Progress in Energy and Combustion Science]]|издательство=Elsevier|год=1997|том=23|номер=5—6|страницы=399-528|doi=10.1016/S0360-1285(97)00016-6|archivedate=2015-09-24|archiveurl=https://web.archive.org/web/20150924172418/http://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0360128597000166}}</ref>, хотя в пламени отмечается присутствие и других ионов<ref>{{статья|автор=Drews, A. M., Cademartiri, L., Chemama, M. L., Brenner, M. P., Whitesides, G. M., Bishop, K. J.|заглавие=ac electric fields drive steady flows in flames|ссылка=http://link.aps.org/doi/10.1103/PhysRevE.86.036314|язык=en|издание=[[Physical Review E]]|издательство=American Physical Society|год=2012|том=86|номер=3|страницы=036314|doi=10.1103/PhysRevE.86.036314}}</ref>. В отсутствие углерода ион CHO<sup>+</sup> не образуется, поэтому концентрация ионов в пламени чистого водорода в чистом кислороде очень мала. Концентрация ионов существенно повышается, если в газе присутствуют даже следовые количества органических веществ, при этом проводимость пламени сильно увеличивается. Это явление используется в [[Пламенно-ионизационный детектор|пламенно-ионизационных детекторах]] [[Газовая хроматография|газовых хроматографов]].

Взаимодействие пламени с электромагнитным полем открывает новые возможности для управления процессами горения и создания перспективных технологий на их основе<ref>{{статья|автор=Starikovskiy A., Aleksandrov N.|заглавие=Plasma-assisted ignition and combustion|ссылка=http://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0360128512000354|язык=en|издание=Progress in Energy and Combustion Science|издательство=Elsevier|год=2013|том=39|номер=1|страницы=61-110|doi=10.1016/j.pecs.2012.05.003|archivedate=2013-01-21|archiveurl=https://web.archive.org/web/20130121224006/http://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0360128512000354}}</ref>.

== Теория горения ==
Несмотря на большой опыт использования на практике, процессы горения остаются одними из наиболее сложных для научного изучения. Наука о горении является в высшей степени междисциплинарной, лежащей на стыке таких научных дисциплин, как газодинамика, химическая термодинамика, химическая кинетика, молекулярная и химическая физика, [[тепломассообмен]], квантовая химия и физика, материаловедение и компьютерное моделирование{{sfn|Kuo, Acharya. Fundamentals of Turbulent and Multi-Phase Combustion|2012|с=9}}.

=== Полнота сгорания ===
Исходный состав горючей смеси характеризуется [[Молярная доля|молярными]] или [[Массовая доля|массовыми долями]] компонентов и начальными давлением и температурой. Если состав смеси подобран так, что при её сгорании и горючее, и окислитель способны полностью превратиться в продукты реакции, то такая смесь называется [[Стехиометрическая горючая смесь|стехиометрической]]. Смеси с избытком горючего, в которых горючее не способно сгореть полностью из-за нехватки окислителя, называются ''богатыми'', а смеси с недостатком горючего — ''бедными''. Степень отклонения состава смеси от стехиометрического характеризуется коэффициентом избытка горючего ({{lang-en|equivalence ratio}}){{sfn|Poinsot, Theoretical and Numerical Combustion |2012| c=12}}: {{EF|:|<math>\phi = \frac{Y_F / Y_O}{( Y_F / Y_O )_{st}}</math>|center=y}} где ''Y<sub>F</sub>'' и ''Y<sub>O</sub>'' — массовые доли горючего и окислителя соответственно, а ''(Y<sub>F</sub>''/''Y<sub>O</sub>)<sub>st</sub>'' — их отношение в стехиометрической смеси. В русскоязычной литературе используется также коэффициент избытка окислителя (или воздуха), обратный коэффициенту избытка горючего.

Теоретически стехиометрическая смесь способна сгорать полностью. Однако на практике реагенты никогда не превращаются полностью в продукты реакции, как из-за несовершенства конструкции камеры сгорания, так и из-за того, что химические реакции горения не успевают пройти до конца. Поэтому в действительности горение всегда является ''неполным'', а увеличение полноты сгорания служит одним из направлений совершенствования энергетических установок. В технике часто используются смеси, отличные от стехиометрической. Например, при запуске холодного двигателя автомобиля топливовоздушная смесь обогащается для облегчения запуска, а для снижения вредных выбросов, таких как [[NOx (оксиды азота)|NO<sub>x</sub>]] и [[CO]], применяются обеднённые смеси.

=== Термодинамика горения ===
[[Файл:Adiabatic flame temperature for CH4-air mixtures.svg|thumb|Адиабатическая температура горения смесей CH<sub>4</sub> с воздухом в зависимости от коэффициента избытка топлива. P = 1 бар, T<sub>0</sub> = 298,15 K]]Если горение происходит [[Адиабатическое горение|адиабатически]] при постоянном объёме, то сохраняется полная [[внутренняя энергия]] системы, если же при постоянном давлении — то [[энтальпия]] системы. На практике условия адиабатического горения приближённо реализуются в свободно распространяющемся пламени (без учёта теплопотерь излучением) и в других случаях, когда потерями тепла из зоны реакции можно пренебречь, например, в [[Камера сгорания|камерах сгорания]] мощных [[Газотурбинная установка|газотурбинных установок]] или [[Ракетный двигатель|ракетных двигателей]].

[[Адиабатическая температура горения]] — это температура продуктов, достигаемая при полном протекании химических реакций и установлении термодинамического равновесия. Для термодинамических расчётов используются таблицы [[Термодинамические потенциалы|термодинамических функций]]<ref>{{cite web
 |url         = http://garfield.chem.elte.hu/Burcat/burcat.html
 |title       = Термодинамические таблицы для горения и атмосферной химии
 |publisher   = Prof. Burcat's  Thermodynamic Data
 |accessdate  = 2013-08-13
 |archiveurl  = https://www.webcitation.org/6Ir9kyO2v?url=http://garfield.chem.elte.hu/Burcat/burcat.html
 |archivedate = 2013-08-14
}}
</ref> всех компонентов исходной смеси и продуктов. Методы [[Химическая термодинамика|химической термодинамики]] позволяют рассчитать состав продуктов, конечное давление и температуру при заданных условиях сгорания. В настоящее время доступно много программ, способных выполнять эти расчёты<ref>{{cite web
 |url         = http://elearning.cerfacs.fr/combustion/tools/adiabaticflametemperature/index.php
 |title       = Расчет адиабатической температуры горения
 |publisher   = eLearning@CERFACS
 |accessdate  = 2013-08-13
 |archiveurl  = https://www.webcitation.org/6Ir9lhbUx?url=http://elearning.cerfacs.fr/combustion/tools/adiabaticflametemperature/index.php
 |archivedate = 2013-08-14
}}</ref>
<ref>{{cite web
 | url         = https://code.google.com/p/cantera/
 | title         = Cantera. An object-oriented software toolkit for chemical kinetics, thermodynamics, and transport processes.
 | publisher         = 
 | accessdate         = 2013-08-13
 | archiveurl         = https://web.archive.org/web/20160316095244/https://code.google.com/p/cantera/
 | archivedate         = 2016-03-16
 | deadlink         = no
 }}</ref>.

[[Теплота сгорания]] — это количество теплоты, выделившейся при полном сгорании исходных компонентов, то есть до CO<sub>2</sub> и H<sub>2</sub>O для углеводородных топлив. На практике часть выделившейся энергии расходуется на диссоциацию продуктов, поэтому адиабатическая температура горения без учёта диссоциации оказывается заметно выше той, что наблюдается в эксперименте{{sfn|Зельдович и др., Математическая теория горения и взрыва|1980| c=25}}.

Термодинамический расчёт позволяет определить равновесный состав и температуру продуктов, но не даёт никакой информации о том, с какой скоростью система приближается к равновесному состоянию. Полное описание горения требует знания механизма и кинетики реакций и условий тепло- и массообмена с окружающей средой.

=== Кинетика горения ===
Подробная кинетическая схема реакций при горении даже самых простых углеводородных топлив, таких как метан, включает десятки или даже сотни компонентов, участвующих в сотнях элементарных химических реакций{{sfn|Law C. K., Combustion Physics|2006| c=95}}. При моделировании таких больших механизмов возникают значительные вычислительные трудности. Они обусловлены тем, что характерное время протекания отдельных реакций может различаться на много порядков величины, и соответствующие системы дифференциальных уравнений оказываются [[Жёсткая система|жёсткими]] ({{lang-en|stiff}}), что существенно затрудняет численное решение. Поэтому в практических расчётах процессов горения используются три подхода
<ref>{{статья 
| автор= Lu T. F., Law C. K.
| заглавие= Toward accommodating realistic fuel chemistry in large-scale computations
| оригинал=
| ссылка=
| автор издания=
| издание= Progress in Energy and Combustion Science
| тип=
| место=
| издательство= Elsevier
| год= 2009
|volume= 35
|номер=2
| pages= 192-215
| doi=10.1016/j.pecs.2008.10.002
}}
</ref>:
* Глобальный механизм. В нём используется эмпирическая кинетическая схема с одной или несколькими стадиями, позволяющая выполнять расчёты двух- и трёхмерных течений, в том числе турбулентных. Например, для горения метана может использоваться следующая одностадийная схема:{{EF|:|<math>CH_4 + 2 O_2 \rightarrow CO_2 + 2 H_2O</math>|center=y}}
: с кинетическими параметрами, подбираемыми по экспериментально измеренной скорости пламени{{sfn|Poinsot, Theoretical and Numerical Combustion |2012| c=57}}.
* Полный механизм. В полной кинетической схеме учитываются по возможности все наиболее важные компоненты и элементарные реакции. Такие схемы используются для моделирования одномерных ламинарных пламен, так как мощности современных компьютеров все ещё недостаточны для многомерных расчётов с подробными схемами. Кроме того, данные о константах скоростей элементарных реакций пока не могут быть получены в эксперименте или рассчитаны теоретически с достаточной точностью.
* Сокращённый механизм. В схеме на основе анализа отдельных стадий устраняются малозначительные компоненты и реакции. В результате число компонентов и реакций в схеме уменьшается, и становится возможным выполнять многомерные расчёты, учитывающие важные кинетические эффекты.

=== Реактор идеального перемешивания ===
В заранее перемешанной смеси горючего и окислителя реакция горения может происходить во всём объёме, занятом горючей смесью (объёмное горение), или в узкой зоне (фронт пламени), разделяющей исходную смесь и продукты и распространяющейся в виде так называемой волны горения. Объёмное горение может быть организовано в гомогенном реакторе идеального перемешивания, в который поступает исходная смесь при температуре ''Т<sub>0</sub>''. На выходе из реактора смесь имеет температуру ''Т<sub>b</sub>'' ≥ ''Т<sub>0</sub>'', которая устанавливается в соответствии с текущим режимом работы реактора. В таком реакторе могут иметь место множественные стационарные режимы, явления [[гистерезис]]а, а также нестационарные режимы и [[автоколебания]]{{sfn|Зельдович и др., Математическая теория горения и взрыва|1980| c=66}}. Все эти явления характерны для теории горения в силу нелинейности её уравнений.

=== Ламинарное горение ===
[[Файл:Gas lighter flame.jpg|мини|справа|Ламинарное пламя газовой [[зажигалка|зажигалки]]]]При небольших скоростях течения смеси горение может осуществляться в [[ламинарное течение|ламинарном режиме]]. Так горят, например, [[свеча]] (диффузионное горение) или бытовая [[газовая плита]] (горение предварительно перемешанной смеси) при небольших расходах газа.

В предварительно перемешанной смеси фронт пламени движется относительно исходной смеси со строго определённой скоростью, называемой скоростью ламинарного пламени. Эта скорость зависит от исходного состава смеси, её давления и температуры, но не зависит от условий зажигания. Скорость ламинарного пламени для метана и большинства других углеводородных топлив в [[Нормальные условия|нормальных условиях]] в воздухе может варьироваться примерно от 10 до 70 сантиметров в секунду{{sfn|Glassman, Combustion|2008|с=187}}. Скорость горения смесей водорода с воздухом ([[гремучий газ]]) достигает нескольких метров в секунду и может восприниматься как взрыв.

Ламинарное пламя может распространяться только в смеси, состав которой не выходит за границы диапазона так называемых ''концентрационных пределов''. Нижний и верхний концентрационные пределы соответствуют минимальному и максимальному коэффициенту избытка топлива, при котором пламя ещё может распространяться по смеси. Для метана в воздухе они составляют примерно 5 и 15 объёмных процентов{{sfn|Glassman, Combustion|2008|с=193}}. Взрывы бытового газа возникают тогда, когда в плохо вентилируемом помещении превышается нижний концентрационный предел, и из-за искры или другого источника смесь воспламеняется. Этот же эффект приводит к взрывам метана в шахтах.

Помимо концентрационного предела существует также предел по диаметру распространения пламени в трубе. В трубе диаметром меньше критического пламя распространяться не может из-за больших теплопотерь в стенки и гибели активных радикалов на стенке{{sfn|Glassman, Combustion|2008|с=200}}. На этом принципе основана безопасная [[лампа Дэви]], в которой применяется открытый огонь, но пламя закрыто металлической сеткой и не вызывает взрыва метана в шахтах.

=== Турбулентное горение ===
[[Файл:Twin Linear Aerospike XRS-2200 Engine PLW edit.jpg|мини|справа|Турбулентное пламя мощного [[Клиновоздушный ракетный двигатель|клиновидного ракетного двигателя]] для многоразового одноступенчатого аэрокосмического корабля [[Lockheed Martin X-33]]]]Турбулентное горение, то есть горение смеси, течение которой является [[Турбулентность|турбулентным]] — это наиболее часто встречающийся в практических устройствах режим горения и одновременно наиболее сложный для изучения{{sfn|Lipatnikov, Fundamentals of Premixed Turbulent Combustion|2012}}. Турбулентность остаётся одной из немногих [[Нерешённые проблемы современной физики|нерешённых проблем]] классической физики{{sfn|Peters, Turbulent Combustion|2004|с=1}}. Законченной теории турбулентных течений, в том числе и в отсутствие в них химических реакций, до сих пор не существует.

Взаимодействие турбулентного потока с фронтом горения дополнительно усложняет анализ. Даже на качественном уровне влияние горения на турбулентность и обратное влияние турбулентности на горение может приводить к противоположным эффектам{{sfn|Poinsot, Theoretical and Numerical Combustion|2012|с=132}}. Горение может как интенсифицировать турбулентность, за счёт дополнительного тепловыделения, так и наоборот, уменьшать её из-за увеличения [[вязкость|вязкости]] с повышением температуры.

С другой стороны, турбулентность как бы сминает фронт пламени, увеличивая площадь фронта. Вследствие этого резко возрастает тепловыделение в потоке, то есть увеличивается мощность всей системы. Турбулентность также интенсифицирует процессы смешения компонентов, если исходно они не были перемешаны. По этой причине на практике в системах, от которых требуется высокая мощность — двигателях, топках, газотурбинных установках — используется именно турбулентный режим. Однако чрезмерно интенсивная турбулентность может погасить пламя. Управлять турбулентным потоком сложно. В нём постоянно возникают стохастические пульсации скорости и давления, которые могут вызывать неустойчивости горения и приводить к разрушению конструкции горелки и авариям. Пульсации температуры приводят к тому, что смесь сгорает неравномерно, в результате чего в выбросах увеличивается содержание вредных веществ.

Описание турбулентного горения требует применения компьютерного моделирования. При этом, как и для нереагирующих течений, могут применяться три подхода для численного решения [[Уравнения Навье — Стокса|уравнений Навье-Стокса]], развиваемые в [[Вычислительная гидродинамика|вычислительной гидродинамике]]: [[RANS|RANS — усреднённые по числу Рейнольдса уравнения Навье-Стокса]], [[Метод крупных вихрей|LES — метод крупных вихрей]] и [[Прямое численное моделирование|DNS — прямое численное моделирование]]{{sfn|Poinsot, Theoretical and Numerical Combustion|2012|с=138}}.

=== Компьютерное моделирование горения ===
Важность процесса горения в технических устройствах вместе с дороговизной натурных экспериментов способствует быстрому развитию компьютерного моделирования горения. Модели процессов горения основаны на законах сохранения массы, импульса и энергии в многокомпонентной реагирующей смеси. Уравнения теории горения — это [[Уравнение непрерывности|уравнения непрерывности]] для смеси в целом и всех отдельных компонентов, [[Уравнения Навье — Стокса|уравнение Навье-Стокса]] для сжимаемой среды и [[уравнение переноса тепла]] с химическими источниками{{sfn|Poinsot, Theoretical and Numerical Combustion |2012}}. С подробными кинетическими схемами эта система дифференциальных уравнений в частных производных чрезвычайно сложна, и до настоящего времени не существует универсальных численных схем, которые могли бы применяться во всех режимах горения и температурных диапазонах. Поэтому такие схемы строятся для частных случаев, позволяющих дополнительно упростить систему уравнений.

В одномерном случае для медленного горения (ламинарное пламя) разработаны эффективные методы решения системы уравнений, в том числе для подробных кинетических схем, и доступны пакеты программ, решающих эти задачи. В исследованиях чаще всего используются коммерческие пакеты [http://www.reactiondesign.com CHEMKIN] и [https://web.archive.org/web/20131113101939/http://www.rotexo.com/cms/index.php?option=com_content&view=article&id=67&Itemid=71&lang=en&3f8b643e251dc8c22a1c4d376c9093a5=f67e106c26353a3ae27c221da464ea95 Cosilab], а также свободное ПО [https://code.google.com/p/cantera/ Cantera].

В двух- и трёхмерном случаях до сих пор чаще всего применяется глобальная кинетическая схема. Такой подход реализован, например, в пакетах [[ANSYS]] [https://web.archive.org/web/20151209131258/http://www.ansys.com/Products/Simulation+Technology/Fluid+Dynamics/Fluid+Dynamics+Products/ANSYS+Fluent FLUENT] и [http://www.lanl.gov/orgs/t/t3/codes/kiva.shtml KIVA], однако вместе с увеличением мощности компьютеров появляются и расчёты с сокращёнными кинетическими схемами<ref>{{статья 
| автор= Khedia K. S., Ghoniem A. F.
| заглавие= Mechanisms of stabilization and blowoff of a premixed flame downstream of a heat-conducting perforated plate
| оригинал=
| ссылка=
| автор издания=
| издание=[[Combustion and Flame]]
| тип=
| место=
| издательство= Elsevier
| год= 2012
|volume= 159
|номер=3
| pages= 1055-1069
| doi=10.1016/j.combustflame.2011.10.014
}}
</ref> и подробными схемами. Для решения таких задач используются суперкомпьютеры<ref>{{статья
| автор= Chen J. H. et al.
| заглавие= Terascale direct numerical simulations of turbulent combustion using S3D
| оригинал= 
| ссылка= http://iopscience.iop.org/1749-4699/2/1/015001
| автор издания= 
| издание= Computational Science and Discovery
| тип= 
| место= 
| издательство= IOP Publishing
| год= 2009
| volume= 2
| номер= 
| pages= 1-31
| doi= 10.1088/1749-4699/2/1/015001
| archivedate= 2014-07-06
| archiveurl= https://web.archive.org/web/20140706200144/http://iopscience.iop.org/1749-4699/2/1/015001
}}</ref>.

== Гетерогенное горение ==
[[Гетерогенность|Гетерогенными]] процессами, в противоположность [[Гомогенная система|гомогенным]], в химии и физике называют процессы, происходящие в гетерогенных системах, то есть системах, содержащих более одной [[Термодинамическая фаза|фазы]] (например, газ и жидкость), а также процессы, происходящие на границе раздела фаз. В исследованиях по горению термин ''гетерогенное горение'' используется для систем, в которых топливо и окислитель исходно находятся в разных фазах{{sfn|Law C. K., Combustion Physics|2006|с=10}}, даже если в процессе топливо испаряется, и сами химические реакции происходят в газовой фазе. Типичным примером является горение угля в воздухе, в котором углерод может реагировать с кислородом на поверхности частиц угля с образованием [[Угарный газ|угарного газа]]. В дальнейшем угарный газ может догорать в газовой фазе и образовывать [[углекислый газ]], а в некоторых режимах топливо может испаряться с поверхности частиц и окисляться как газообразный углерод в газовой фазе. Несмотря на различие механизмов, все эти режимы формально относятся к гетерогенному горению.

Гетерогенное горение чрезвычайно важно в практических приложениях горения. Большинство топлив удобнее хранить и транспортировать в жидком виде (в том числе [[сжиженный природный газ]]). Рабочие процессы в [[топка]]х, [[Двигатель внутреннего сгорания|двигателях внутреннего сгорания]], [[Дизельный двигатель|дизельных двигателях]], [[Воздушно-реактивный двигатель|воздушно-реактивных двигателях]], [[Жидкостный ракетный двигатель|жидкостных ракетных двигателях]] — это гетерогенное горение, а оптимизация процесса испарения и смешения топлива и окислителя для их подачи в камеру сгорания — важная составная часть оптимизации всего процесса горения в рабочих системах.

Практически все [[пожар]]ы — это также гетерогенное горение, однако взрывы бытового газа относятся к гомогенному горению, так как исходно и горючее, и окислитель — это газы.

Для повышения энергетических характеристик твёрдых топлив в них могут добавляться [[Металлы как горючее|металлы]]. Такие топлива могут использоваться, например, для скоростных подводных [[Торпеда|торпед]], так как чистый алюминий хорошо горит в воде<ref>{{cite web
 |url         = http://rnd.cnews.ru/news/top/index_science.shtml?2009%2F10%2F08%2F364901
 |title         = Алюминий и вода: новый тип ракетного топлива
 |publisher         = [[CNews]]
 |accessdate         = 2013-08-19
 |archiveurl         = https://web.archive.org/web/20131113102543/http://rnd.cnews.ru/news/top/index_science.shtml?2009%2F10%2F08%2F364901
 |archivedate         = 2013-11-13
 |deadlink         = no
 }}</ref>. Горение алюминия и других металлов происходит по гетерогенному механизму<ref>{{статья
| автор= Becksted M. W.
| заглавие= A Summary of Aluminum Combustion
| оригинал= 
| ссылка= http://www.dtic.mil/cgi-bin/GetTRDoc?AD=ADA425147
| автор издания= 
| издание= Paper presented at the RTO/VKI Special Course on Internal Aerodynamics in Solid Rocket Propulsion, 
held in Rhode-Saint-Genèse, Belgium, 27-31 May 2002, and published in RTO-EN-023.
| тип= 
| место= 
| издательство= 
| год= 2002
| выпуск= 
| том= 
| номер= 
| pages= 1—46
| isbn= 
| archivedate= 2012-01-22
| archiveurl= https://web.archive.org/web/20120122051222/http://www.dtic.mil/cgi-bin/GetTRDoc?AD=ADA425147
}}</ref>.

== Горение твёрдых топлив ==
Твёрдые топлива находят основное применение в огнестрельном оружии, артиллерийских и реактивных снарядах, а также в тактических ракетах и [[Межконтинентальная баллистическая ракета|межконтинентальных баллистических ракетах]]. [[Боковой ускоритель МТКК Спейс шаттл|Твердотопливные ускорители]] применялись для вывода на околоземную орбиту многоразовых [[шаттл]]ов.

Горение порохов в канале оружейного ствола или в камере пороховой ракеты изучает [[внутренняя баллистика]].

=== Состав твёрдых топлив ===
[[Твёрдое ракетное топливо|Твёрдые топлива]], используемые в твердотопливных ракетных двигателях, делятся на два типа: ''баллиститные'' и ''смесевые''. В баллиститных твёрдых топливах нет разделения на горючее и окислитель — это вещество или смесь химических веществ, которые сгорают послойно. Обычно их называют баллиститными или гомогенными [[порох]]ами. Основной компонент таких порохов — [[нитроцеллюлоза]]. При изготовлении твёрдого топлива нитроцеллюлоза желатинизируется в растворителе, обычно в [[нитроглицерин]]е. Для удобства изготовления и стабильности при хранении в смесь вводят технологические добавки, улучшающие механические и эксплуатационные свойства. Общее название таких порохов — [[Бездымный порох|бездымные]], а в зарубежной литературе — двухосновные ({{lang-en|double base}}){{sfn|Новожилов, Нестационарное горение твёрдых ракетных топлив|1973|с=10}}.

Смесевые топлива представляют собой смесь двух или более компонентов. Компоненты — это механически перемешанные частицы [[Окислитель|окислителя]] и горючего в виде порошков или гранул размером до десятых долей миллиметра. В качестве окислителя используются [[перхлораты]] (обычно [[перхлорат аммония]] или [[перхлорат калия]]) и [[нитраты]], например, [[нитрат аммония]] и нитраты щелочных металлов. В качестве горючего — органические вещества, например, предельные [[Олефины|олефиновые]] полимеры ([[полипропилен]]). Для повышения [[Удельный импульс|удельного импульса]] ракетного топлива в топливо вводят мелкодисперсные частицы металлов (порошки), такие как [[алюминий]], [[магний]], [[бериллий]].

Пороховые заряды ракетных двигателей должны иметь высокую механическую прочность, во избежание разрушения пороховой шашки в процессе горения при работе ракетного двигателя. Поэтому при изготовлении зарядов смесевых топлив в смесь добавляют полимерные связующие — [[эпоксидные смолы]], [[резины]] и иные полимеры.

Горение заряда твёрдого топлива в твердотопливном ракетном двигателе происходит по поверхности топлива и не распространяется внутрь заряда, если на поверхности нет трещин. Трещины или поры в заряде могут привести к нерасчётному увеличению поверхности горения и тяги двигателя, прогоранию корпуса и авариям.

=== Механизм горения твёрдых ракетных топлив ===
Физическая картина процессов, происходящих при горении твёрдых топлив, достаточно сложна и включает несколько стадий разложения пороха в последовательности экзотермических реакций в конденсированной и газовой фазе. По результатам исследований горения баллиститного [[порох Н|пороха Н]] в вакууме [[Похил, Павел Фёдорович|П. Ф. Похил]]<ref>''Похил П. Ф.'' Докторская диссертация. [[Институт химической физики]] АН СССР. 1953 г.</ref>{{sfn|Похил и др., Методы исследования процессов горения и детонации|1969|с=177}} установил, что при давлении ниже 2 мм рт. ст. экзотермическая химическая реакция идёт только в приповерхностном слое конденсированной фазы (беспламенное горение). В диапазоне давлений от 5 мм рт. ст. до примерно 15—20 атм реакция идёт в газовой фазе, и пламя заметно только в темноте (однопламенное или холоднопламенное горение). При дальнейшем повышении давления (свыше 15—20 атм) на некотором расстоянии от поверхности возникает вторая зона яркого пламени. Расстояние от этой зоны до поверхности вещества быстро уменьшается с ростом давления, и примерно при 60—70 атм эта зона сливается с первой зоной{{sfn|Новожилов, Нестационарное горение твёрдых ракетных топлив|1973|с=24}}.

Полного описания механизма реакций всех этих стадий не существует. Считается, что в конденсированной фазе происходит разрыв химических связей CO—NO<sub>2</sub> и выделяются окислы азота (NO<sub>2</sub> и NO) и альдегиды, в первой зоне пламени NO<sub>2</sub> реагирует с альдегидами, а во второй зоне идут реакции с участием NO и CO<ref name="rto23">''Lengellé G., Duterque J., Trubert J. F.'' [http://www.dtic.mil/cgi-bin/GetTRDoc?AD=ADA425264 Combustion of solid propellants] {{Wayback|url=http://www.dtic.mil/cgi-bin/GetTRDoc?AD=ADA425264 |date=20130903083639 }}. // Paper presented at the RTO/VKI Special Course on «Internal Aerodynamics in Solid Rocket Propulsion», held in Rhode-Saint-Genèse, Belgium, 27-31 May 2002. — OFFICE NATIONAL D’ETUDES ET DE RECHERCHES AEROSPATIALES CHATILLON (FRANCE) ENERGETICS DEPT, 2002. — №. RTO-EN-023. P. 1—62.</ref>.

Скорость горения твёрдых топлив обычно аппроксимируют эмпирической степенной зависимостью: <math>u = A + B \left ( \frac{P}{P_0} \right ) ^\nu</math> где <math>P_0</math> обычно принимается равным атмосферному давлению (101,325 кПа). Показатель <math>\nu</math> варьируется в пределах от 0,7 для низких давлений (<math>P</math> = 1—20 атм) до 1 для высоких (<math>P</math> > 60 атм) давлений, что объясняют сменой ведущей зоны тепловыделения в химических реакциях<ref name="rto23" />.

В камерах сгорания ракетных двигателей поверхность горящего пороха обдувается газовым потоком продуктов горения. Возрастание скорости горения топлива с ростом скорости обдувающего потока было обнаружено [[Лейпунский, Овсей Ильич|О. И. Лейпунским]] в 1940-е годы<ref>''Лейпунский О. И.'' Докторская диссертация. [[Институт химической физики]] АН СССР. 1945 г.</ref><ref>{{публикация|книга | автор = Лейпунский О. И. |часть=К вопросу о физических основах внутренней баллистики реактивных снарядов |заглавие=Теория горения порохов и взрывчатых веществ |ответственный=Отв. редакторы: О. И. Лейпунский, Ю. В. Фролов |место=М. |издательство=Наука |год=1982 |страницы=226—277 |}}</ref> и в отечественной литературе получило название ''раздувания''. В иностранных публикациях оно называется ''[[Эрозионное горение|эрозионным горением]]''{{sfn|Новожилов, Нестационарное горение твёрдых ракетных топлив|1973|с=26}}. Этот эффект необходимо учитывать при проектировании и расчёте ракет на твёрдом топливе.

При горении заряда твёрдого топлива в камере сгорания ракетного двигателя изменяется давление, форма и площадь поверхности заряда, а в полёте ракеты на топливо действуют большие перегрузки. Вследствие этого скорость горения не остаётся постоянной, и такие режимы называются нестационарными. Феноменологическая теория нестационарного горения пороха была создана [[Зельдович, Яков Борисович|Я. Б. Зельдовичем]]<ref>{{статья 
| автор= Зельдович Я. Б.
| заглавие= К теории горения порохов и взрывчатых веществ
| издание= [[Журнал экспериментальной и теоретической физики]]
| тип=
| место=
| издательство=
| год= 1942
|выпуск=
|том= 12
|номер= 1
| страницы=498—524
| isbn=
}}
</ref> в 1942 году и впоследствии развита [[Новожилов, Борис Васильевич|Б. В. Новожиловым]]{{sfn|Новожилов, Нестационарное горение твёрдых ракетных топлив|1973|с=40}} в 1960-е годы. Она получила международное признание как теория Зельдовича–Новожилова (ZN-теория)<ref>{{Статья|ссылка=http://combex.org/journal/gvz2017/IHF10-3-mini-19r.pdf|автор=|заглавие=ПАМЯТИ БОРИСА ВАСИЛЬЕВИЧА НОВОЖИЛОВА|год=2017|язык=|издание=Горение и взрыв|тип=журнал|месяц=|число=|том=10|номер=3|страницы=|issn=|archivedate=2021-04-11|archiveurl=https://web.archive.org/web/20210411074105/http://combex.org/journal/gvz2017/IHF10-3-mini-19r.pdf}}</ref>.

== Особые режимы горения ==

=== Тление ===
Тление — это особый вид медленного горения, которое поддерживается за счёт тепла, выделяющегося в реакции кислорода и горячего конденсированного вещества непосредственно на поверхности вещества и аккумулируемого в конденсированной фазе<ref>{{cite web
 |url         = http://fire.nist.gov/bfrlpubs/fire02/PDF/f02074.pdf
 |title       = Smoldering Combustion
 |author      = Ohlemiller T. J.
 |work        = SFPE Handbook of Fire Protection Engineering, 3rd Edition
 |date        = 2002
 |editors     = DiNenno P. J., Drysdale D., Beyler C. L., Walton W. D.
 |publisher   = [[NIST]]
 |accessdate  = 2013-08-15
 |lang        = en
 |archiveurl  = https://www.webcitation.org/6Iuh9pp7u?url=http://fire.nist.gov/bfrlpubs/fire02/PDF/f02074.pdf
 |archivedate = 2013-08-16
}}</ref>. Типичные примеры тления — зажжённые [[сигарета]], [[кальян]] или 
угли в [[Мангал|мангале]]. При тлении зона реакции распространяется по материалу медленно — или чуть быстрее при раскуривании или раздувании. Газофазное пламя не образуется из-за недостаточной температуры газообразных продуктов или потухает из-за больших теплопотерь из газовой фазы. Тление обычно наблюдается в пористых или волокнистых материалах. Тление может представлять большую опасность во время пожара, если при неполном сгорании материалов выделяются токсичные для человека вещества.

=== Твердофазное горение ===
[[Файл:Döner kebab slicing.jpg|мини|справа|Инфракрасная газовая печка с пористыми матрицами в качестве нагревательных элементов ]]В смесях неорганических и органических порошков могут протекать автоволновые экзотермические процессы, не сопровождающиеся заметным газовыделением и образующие только конденсированные продукты. На промежуточных стадиях могут образовываться газовые и жидкие фазы, не покидающие, однако, горящую систему. Известны примеры реагирующих порошков, в которых образование таких фаз не доказано (тантал-углерод). Такие режимы называются ''твердофазным горением'', используются также термины ''безгазовое горение'' и ''твердопламенное горение''<ref>{{книга|автор=Мержанов А. Г., Мукасьян А. С.|заглавие=Твердопламенное горение|место=М.|издательство=Торус Пресс|страниц=336|isbn=978-5-94588-053-5|тираж=300}}</ref>. Эти процессы получили практическое применение в разработанных под руководством [[Мержанов, Александр Григорьевич|А. Г. Мержанова]] технологиях [[самораспространяющийся высокотемпературный синтез|самораспространяющегося высокотемпературного синтеза (СВС)]]<ref>{{cite web| url        =http://www.ism.ac.ru/handbook/shsfr.htm| title        =О самораспространяющемся высокотемпературном синтезе| author        =[[Институт структурной макрокинетики и проблем материаловедения РАН]]| work        =| date        =| editors        =| publisher        =| accessdate        =2013-08-20| archiveurl        =https://web.archive.org/web/20131112150954/http://www.ism.ac.ru/handbook/shsfr.htm| archivedate        =2013-11-12| deadlink        =no}}</ref>.

=== Горение в пористой среде ===
Если исходная горючая смесь проходит через пористую среду, например, керамическую матрицу, то при её горении часть тепла расходуется на подогрев матрицы. Горячая матрица, в свою очередь, подогревает исходную смесь. Тем самым часть тепла продуктов сгорания [[Рекуперация (обработка сырья)|рекуперируется]], что позволяет использовать бедные смеси (с малым коэффициентом избытка топлива), которые без рециркуляции тепла не горят. Технологии пористого горения (в отечественной литературе также — [[фильтрационное горение]]) позволяют уменьшить выбросы вредных веществ и используются в газовых инфракрасных печках, обогревателях и многих других устройствах<ref>{{статья 
| автор= Mujeebu M. A. et al.
| заглавие= Combustion in porous media and its applications – A comprehensive survey
| оригинал=
| ссылка=
| автор издания=
| издание= Journal of Environmental Management
| тип=
| место=
| издательство= Elsevier
| год= 2009
|volume=90
|номер=8
| pages=2287–2312
| doi=10.1016/j.jenvman.2008.10.009
}}
</ref>.

=== Беспламенное горение ===
В отличие от обычного горения, когда наблюдается светящаяся зона [[пламя|пламени]], возможно создание условий для беспламенного горения. Примером может служить [[Катализ|каталитическое]] [[окисление]] органических веществ на поверхности подходящего [[катализатор]]а, например, окисление [[этанол]]а на [[Платиновая чернь|платиновой черни]]. Однако термин «беспламенное горение» не сводится только к случаю поверхностно-каталитического окисления, а обозначает ситуации, в которых пламя не видимо невооружённым глазом<ref name="bse-gor" />. Поэтому беспламенными также называют режимы горения в [[радиационная горелка|радиационных горелках]]<ref>{{cite web|url=http://www.ngpedia.ru/id646531p1.html|title=Беспламенное горение|work=Большая энциклопедия нефти и газа|accessdate=2013-08-31|archive-date=2013-11-01|archive-url=https://web.archive.org/web/20131101165319/http://www.ngpedia.ru/id646531p1.html|deadlink=no}}</ref> или некоторые режимы экзотермического разложения баллиститных порохов при низком давлении{{sfn|Новожилов, Нестационарное горение твёрдых ракетных топлив|1973|с=23}}. [[FLOX|Беспламенное окисление]] — особый способ организации низкотемпературного горения — является одним из перспективных направлений в создании малоэмиссионных камер сгорания для энергетических установок.

== Примечания ==
{{Примечания|2}}

== Литература ==
{{Навигация|Тема=Горение|Викисловарь=горение}}
* {{Книга|автор = Гейдон А.|заглавие = Спектроскопия и теория горения|место = М.|издательство = Издательство иностранной литературы|год = 1950|страниц=308|ref=Гейдон, Спектроскопия и теория горения}}
* {{Книга |автор = Хитрин Л. Н. |заглавие = Физика горения и взрыва | ссылка |год = 1957 |место = М. |издательство = Издательство Московского университета |страниц = 452 | isbn |ref = ''Хитрин'', Физика горения и взрыва}}
* {{Книга |автор = [[Щёлкин, Кирилл Иванович|Щёлкин К. И.]], Трошин Я. К. |заглавие = Газодинамика горения | ссылка |год = 1963 |место = М. |издательство = Издательство Академии наук СССР |страниц = 254 | isbn |ref = Щёлкин, Трошин, Газодинамика горения}}
* {{Книга|автор = Льюис Б., Эльбе Г. |заглавие = Горение, пламя и взрывы в газах. 2-е изд. Пер. с англ. под ред. К. И. Щёлкина и А. А. Борисова |место = М. |издательство = Мир |год = 1968 |страниц=592 |ref=Льюис, Эльбе, Горение, пламя и взрывы в газах}}
* {{Книга |автор = Похил П. Ф., Мальцев В. М., Зайцев В. М. |заглавие = Методы исследования процессов горения и детонации |год = 1969 |место = М. |издательство = Наука |страниц = 301 |ref = Похил и др., Методы исследования процессов горения и детонации}}
* {{Книга|автор = Новожилов Б. В.|заглавие = Нестационарное горение твёрдых ракетных топлив|место = М.|издательство = Наука|год = 1973|страниц = 176|ref = ''Новожилов'', Нестационарное горение твёрдых ракетных топлив}}
* {{книга|автор=Лаутон Дж., Вайнберг Ф.|заглавие=Электрические аспекты горения|место=М.|издательство=Энергия|год=1976|страниц=296|ref=Лаутон и Вайнберг, Электрические аспекты горения}}
* {{Книга |автор = Зельдович Я. Б., Баренблатт Г. И., Либрович В. Б., Махвиладзе Г. М. |заглавие = Математическая теория горения и взрыва | ссылка |год = 1980 |место = М. |издательство = Наука |страниц = 479 | isbn |ref = ''Зельдович и др.'', Математическая теория горения и взрыва}}
* {{Книга |автор = Peters N. |заглавие = Turbulent Combustion | ссылка = http://ebooks.cambridge.org/ebook.jsf?bid=CBO9780511612701 |год = 2004 |издательство = Cambridge University Press |allpages = 304 | isbn = 978-0521660822 |doi=10.1017/CBO9780511612701 |ref = ''Peters'', Turbulent Combustion}} {{ref-en}}
* {{Книга |автор = Law C. K. |заглавие = Combustion Physics | ссылка = http://ebooks.cambridge.org/ebook.jsf?bid=CBO9780511754517 |год = 2006 |издательство = Cambridge University Press |allpages = 722 | isbn = 9780511754517 | doi=10.1017/CBO9780511754517 |ref = ''Law C. K.'', Combustion Physics}} {{ref-en}}
* {{Книга |автор = Warnatz J., Maas U., Dibble R. W. |заглавие = Combustion: Physical and Chemical Fundamentals, Modeling and Simulation, Experiments, Pollutant Formation | ссылка = https://www.springer.com/engineering/mechanical+engineering/book/978-3-540-25992-3 |год = 2006 |издательство = Springer |allpages = 378 | isbn = 978-3-540-45363-5 | doi= |ref = Warnatz, Combustion}} {{ref-en}}
* {{Книга |автор = Glassman I., Yetter R. A. |заглавие = Combustion (Fourth Edition) | ссылка = http://www.elsevier.com/books/combustion/yetter/978-0-12-088573-2 |год = 2008 |издательство = Elsevier Inc. |allpages = 800 | isbn = 978-0-12-088573-2 | doi= |ref = ''Glassman'', Combustion}} {{ref-en}}
* {{Книга |автор = Poinsot T., Veynante D. |заглавие = Theoretical and Numerical Combustion | ссылка = http://elearning.cerfacs.fr/combustion/onlinePoinsotBook/buythirdedition/index.php |год = 2012 |издательство = Third edition by the authors |allpages = 588 | isbn |ref = ''Poinsot'', Theoretical and Numerical Combustion}} {{ref-en}}
* {{Книга|автор=Kuo K. K., Acharya R.|часть=|ссылка часть=|заглавие=Fundamentals of Turbulent and Multi-Phase Combustion|оригинал=|ссылка=http://eu.wiley.com/WileyCDA/WileyTitle/productCd-111809929X.html|викитека=|ответственный=|издание=|место=|издательство=John Wiley & Sons.|год=2012|volume=|pages=|columns=|allpages=864|серия=|isbn=978-1-118-09929-2|тираж=|ref=Kuo, Acharya. Fundamentals of Turbulent and Multi-Phase Combustion|access-date=2013-10-13|archive-date=2012-08-25|archive-url=https://web.archive.org/web/20120825020644/http://eu.wiley.com/WileyCDA/WileyTitle/productCd-111809929X.html|url-status=dead}}  {{ref-en}}
* {{Книга |автор = Lipatnikov A. |заглавие = Fundamentals of Premixed Turbulent Combustion | ссылка = http://www.crcpress.com/product/isbn/9781466510241 |год = 2012 |издательство = CRC Press |allpages = 548 | isbn = 9781466510258 |ref = ''Lipatnikov'', Fundamentals of Premixed Turbulent Combustion}} {{ref-en}}

{{ВС}}
{{Хорошая статья|Физика|Химия}}

[[Категория:Горение|*]]
[[Категория:Химическая физика]]