38. Алгоритм процессов горения тгм
Начальный температурный порог и время 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, 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. Отличие состоит в том, что под слоем угля и в нем самом nocле 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. При горении твердых горючих материалов в отличие от ЛВЖ, ГЖ они могут быть по-разному расположены в пространстве и горящая поверхность может занимать горизонтальное, наклонное и вертикальное положения.
Механизм горения. Горение конденсированных систем, к которым относятся твердые материалы, в отличие от газов характеризуется наличием стадии разложения и газификации твердой фазы. Горение твердых материалов в среде воздуха происходит в результате воспламенения летучих продуктов пиролиза. Его можно рассматривать как диффузионное квазигетерогенное, поскольку оно протекает не на границе раздела фаз, а в основном в газовой фазе.
При распространении волны горения по твердым материалам выделяются следующие зоны (рис.1).
Рис. 1. - Модель горения твердых материалов
Зона без реакции - зона прогрева конденсированной фазы. У термопластичных материалов эта зона ограничивается слоем расплава. Толщина зоны прогрева зависит от соотношения коэффициента температуропроводности и скорости горения. Для многих материалов толщина этой зоны составляет около 3 мм.
Зона пиролиза - реакционная зона в конденсированной фазе, в которой происходит разложение твердого материала на газообразные продукты.
Предпламенная зона в газовой фазе, в которой низкомолекулярные продукты пиролиза дополнительно разлагаются. Здесь же начинается процесс воспламенения, который инициируется атомами водорода, диффундирующими в предпламенную зону из зоны пламени.
Зона пламени или реакционная зона в газовой фазе. В этой зоне протекают основные реакции окисления, выделяется основная часть тепла и наблюдается максимальная температура.
Зона продуктов сгорания.
Истинно гетерогенным является горение нелетучих металлов.
Таким образом, характерной особенностью горения твердых материалов является многостадийный процесс их превращения в конечные продукты сгорания.
Этот процесс включает в себя следующие стадии:
поглощение твердым материалом тепловой энергии от источника зажигания;
разложение конденсированной фазы с образованием летучих продуктов и карбонизированного остатка;
воспламенение газообразных продуктов пиролиза;
горение газообразных продуктов пиролиза.