Структура диффузионного факела пламени над поверхностью твердых горючих материалов, механизм и скорость его распространения.

Структура диффузионного факела пламени при горении твердых горючих материалов примерно такая же, как при горении газов и жидкостей. Есть лишь небольшая качественная и количественная разница. У твердых горючих материалов, как правило, выше начальная температура, при которой начинается выделение летучих фракций. Например, для древесины она составляет 150-200°С. Начальный температурный источник для воспламенения твердых горючих материалов зависит от геометрических размеров материала. Для компактных, крупноразмерных образцов при малой начальной температуре необходим более мощный и более продолжительный источник зажигания, чем для ЛВЖ, ГЖ. Для воспламенения тонкодисперсных, листовых, порошкообразных твердых горючих веществ и материалов требуется небольшой температурный источник, меньше, чем для некоторых ГЖ, находящихся при низких температурах (ниже температуры воспламенения). Максимальная температура диффузионного пламени большинства видов твердых горючих материалов органического происхождения достигает 1200- 1250°С.

После нагревания твердого горючего материала выше 250- 300°С над его поверхностью образуется смесь горючих газов с воздухом, лежащая внутри концентрационных пределов воспламенения. Она воспламеняется, и весь процесс повторяется, как при горении паров горючей жидкости (рис.7). Отличие состоит в том, что под слоем угля и в нем самом после протекания первых стадий горения возникают дополнительные экзотермические процессы догорание угольного остатка и различные пиролитические процессы (деструкция и неполное окисление продуктов пиролиза). Эти процессы еще больше разогревают твердое горючее и интенсифицируют выход газообразных летучих фракций в зону горения.

Скорость горизонтального распространения пламени по твердым веществам и материалам ниже, чем горючим жидкостям. Она измеряется несколькими сантиметрами в секунду и менее и зависит от температуры, геометрических размеров и пространственной ориентации горящей поверхности.

 

Рис.7. Структура диффузионного пламени над горизонтальной поверхностью твердого горючего материала: 1 - зона подготовки поверхности ТГМ к воспламенению; II — зона пламенного гомогенного горения; III — зона беспламенного гетерогенного горения (тление); 1 - переугленный остаток; 2 – углистый слой и частично пиролизованная древесина; 3 – «свежая», непиролизованная древесина.

 

На рис.8 показана зависимость скорости распространения пламени по поверхности древесины от ее начальной температуры в диапазоне температур 100-200°С. Скорость распространения пламени в этом интервале температур описывается эмпирической зависимостью вида (1):

,                            (1)

где А_др~7 (см*°С)/с;

t_в - температура максимальной скорости распространения пламени (выше температуры начала пиролиза ТГМ). Численное значение V_p сильно возрастает с ростом температуры ТГМ, выше определенных значений. Горение твердых горючих материалов в отличие от ЛВЖ, ГЖ они может происходить по-разному в зависимости от расположения в пространстве, так как горящая поверхность может занимать горизонтальное, наклонное и вертикальное положения. Когда горение распространяется вверх, по направлению конвективных газовых потоков, то теплопередача осуществляется не только лучистым теплообменом, но и конвекцией.

Пламя и продукты горения в этом случае непосредственно омывают поверхность горения. Скорость нагрева поверхности горения и скорость распространения пламени резко возрастают, увеличиваясь в 5-10 раз и более. На рис. 9 показана зависимость скорости распространения пламени по образцам из древесины от угла их наклона. Из графика видно, что если скорость распространения пламени по горизонтальной поверхности принять за единицу (а=90°), то по вертикальной поверхности вниз (а = 180°) она будет вдвое меньше, а вверх (а=0°) в 8-10 раз больше. Скорость распространения пламени по поверхности твердых горючих веществ и материалов зависит от толщины образца (рис.10) и описывается эмпирической зависимостью вида (2):

,                            (2)

где В - экспериментальная величина; δ - толщина материала.

Скорость распространения пламени зависит также и от направления и скорости внешних газовых потоков, (рис.11). Из рисунка видно, что встречный поток воздуха в 2-3 раза снижает скорость распространения пламени по поверхности твердого горючего материала, а попутный - соответственно в 2—3 раза увеличивает ее.

Рис.8. Зависимость скорости распространения пламени по поверхности древесины от ее начальной температуры.	Рис.9. Зависимость скорости распространения пламени по образцам из древесины от угла их наклона.

 

Рис.10. Зависимость скорости распространения пламени от толщины образца.

 

Рис.11. Зависимость скорости распространения пламени от скорости и направления газовых потоков.

 

При больших скоростях газовых потоков, при встречном направлении произойдет «останов» фронта распространения или срыв пламени, а при попутном - его ускорение или срыв. В реальных условиях горения на пожаре на скорость распространения пламени по поверхности твердых горючих материалов могут влиять сразу несколько факторов. Тогда скорость распространения пламени будет увеличиваться под действием каждого из них, возрастая в десятки и сотни раз [13].

⇐ Предыдущая12345678910Следующая ⇒

Поделиться: