Механизм распространения пламени по поверхности твёрдых веществ и факторы, на него влияющие




Знание закономерностей распространения пламени по поверхности твердых горючих материалов является необходимым условием прогнозирования обстановки на пожаре и, как следствие, залогом успешной борьбы с пожаром.

Распространение пламени можно представить как процесс непрерывного последовательного поджигания все новых и новых участков поверхности материала теплом, выделяющимся в зоне горения.

 

Рис. 7.1. Схема распространения пламени по поверхности твердого материала.

1 — исходный образец; 2 — зона диффузионного горения; 3 — зона кинетического пламени (носик); 4 — зона газификации твердого материала; 5 — зона газообразных продуктов разложения; 6 — зона разложения твердого материала перед фронтом пламени; 7 — продукты горения.

 

После воспламенения твёрдого материала в месте воздействия источника зажигания происходит перемещение фронта пламени по его поверхности. Процесс распространения пламени протекает за счёт передачи части тепла, выделяющегося в зоне пламени, к поверхности горящего материала. Передача тепла от факела пламени осуществляется за счет лучеиспускания, конвекции и теплопроводности. В зависимости от условий горения соотношение количеств тепла, поступающих этими видами теплопередачи, может быть различным. Это обстоятельство и является одной из главных причин зависимости скорости распространения пламени по поверхности твердых горючих материалов от условий горения.

Прогрев участков поверхности, расположенных перед фронтом пламени, за счет теплоподвода излучением, конвекцией и теплопроводностью приводит к разложению слоев твердого вещества с образованием летучих продуктов (рис. 7.1). Выделяющиеся продукты пиролиза смешиваются с воздухом, образуя гомогенную кинетиче­скую систему. При превышении концентрации горючих компонен­тов нижнего предела их воспламенения смесь воспламеняется от пламени и сгорает в кинетическом режиме. Таким образом, процесс распространения пламени по твердым материалам (как и по жидкостям) характеризуется двумя существенными признаками:

— скорость перемещения пламени равна скорости образования горючей (выше нижнего концентрационного предела воспламенения) смеси над поверхностью материала;

— горение на передней кромке пламени (носике) всегда протекает в кинетическом режиме, т. е. горит предварительно перемешанная смесь горючего и окислителя.

Скорость распространения пламени по поверхности твердых горючих материалов зависит от многих факторов.

1. Вид материала. На скорость распространения пламени оказывают влияние физико-химические свойства материала (теплопроводность, теплоемкость, критическая температура терморазложения, тепловой эффект пиролиза и др.).

2. Влажность материала. С увеличением влажности горючего материала скорость распространения пламени снижается, и при достижении влажности 14% горение прекращается. По мере приближения к этому пределу влажности фронт пламени теряет сплошность, разбиваясь на ряд отдельных очагов.

3. Ориентация образца в пространстве. При отрицательных углах наклона (направление движения пламени сверху вниз) скорость распространения пламени не изменяется или же слабо уменьшается. При увеличении положительного угла наклона (направление движения пламени снизу вверх) свыше 10 — 15° скорость распространения пламени резко возрастает, так как направление скорости распространения пламени совпадает с конвективными потоками и, следовательно, горючий материал прогревается более интенсивно. При этом имеет место эффект дополнительного наклона факела пламени к поверхности горючего вещества.

4. Скорость и направление воздушных потоков (ветра). При увеличении скорости ветра в направлении распространения пламени скорость возрастает линейно. Механизм влияния ветра аналогичен меха­низму влияния угла наклона образца.

5. Состав атмосферы. С увеличением в атмосфере концентрации кислорода горючие материалы легче зажигаются, пламя распространяется быстрее, процесс горения протекает энергичнее. Это происходит потому, что пламя в обогащенной кислородом атмосфере будет иметь более высокую температуру, будет располагаться ближе к поверхности горючего, увеличивая интенсивность теплопередачи.

6. Температура горючего. Увеличение температуры горючего приводит к увеличению скорости распространения пламени. Чем выше первоначальная температура горючего, тем меньше тепла потребуется для подъема температуры свежего горючего до температуры воспламенения.

7. Геометрические размеры горючего образца. Основное влияние на скорость распространения пламени оказывает толщина образца. Различают термически толстые и термически тонкие образцы. Такое деление основано на сравнении геометрической или физической толщины с термической толщиной. Под этой величиной по­нимают толщину слоя твердого материала, прогретого перед фронтом пламени выше начальной температуры к моменту распространения пламени на данный участок поверхности. Если физическая толщина превышает термическую, такой образец называют термически толстым, если наоборот — термически тонким. При увеличении толщины в пределах термически тонких образцов снижение скорости распространения пламени происходит за счёт увеличения теплопотерь от поверхности горения, связанных с прогревом материала вглубь. Для термически толстых образцов скорость распространения пламени не зависит от их толщины.

8. Роль материала подложки. При анализе влияния толщины на скорость распространения пламени предполагалось, что с обратной распространению пламени поверхности образца находится воздух или другой газ. Однако в практике, например, при наклейке различных защитных декоративных покрытий на стены, металл, при изоляции электрических проводов и т. п. горючий образец (пленка) соприкасается с материалом (подложкой), теплофизические характеристики которого существенно отличаются от таковых для газов. Если негорючая подложка обладает коэффициентом теплопроводности большим, чем у горючего материала, то она интенсифицирует сток тепла, поступающего от зоны пламени к поверхности горючего, вглубь твердой фазы. Чем меньше толщина горючего слоя, тем выше скорость оттока тепла от поверхности.

 

 



Поделиться:




Поиск по сайту

©2015-2024 poisk-ru.ru
Все права принадлежать их авторам. Данный сайт не претендует на авторства, а предоставляет бесплатное использование.
Дата создания страницы: 2020-07-11 Нарушение авторских прав и Нарушение персональных данных


Поиск по сайту: