6.1.4. Распространение горения по твердым горючим веществам и материалам
После возникновения горения, образовавшееся пламя выступает источником зажигания. Оно воздействует на рядом расположенные участки ТГВМ излучением, теплопроводностью, и при особом расположении образца (например, вертикальном) – конвекцией. В нагреваемом участке материала протекают те пять стадий, которые мы изучили выше. Когда концентрация летучих достигнет нижнего КПРП, происходит воспламенение смеси, причем в этот момент горение является кинетическим1 (в «носике» пламени, рис. 6.4). В самом пламени горение является диффузионным (газопаровоздушная смесь готовится в процессе горения).
Образуется переугленный остаток, который вначале не горит, т.к. весь кислород сгорает в зоне пламенных реакций и не достигает поверхности угля. После выхода летучих кислород получает доступ к слою угля и начинается гетерогенное горение.
Таким образом, в распространении горения по ТГВМ участвуют следующие способы теплопередачи:
излучение;
теплопроводность;
конвекция (при определенном, в частности, вертикальном, расположении образца).
Р
ис.
6.4. Схема
распространения горения
по поверхности твердого
материала:
1 – исходный образец; 2 – зона диффузионного горения; зона кинетического пламени (носик); 4 – зона газификации (пиролиза) твердого материала; 5 – зона газообразных продуктов разложения (пиролиза);
6 – зона разложения твердого материала перед фронтом пламени;
7 – продукты горения
В различных условиях роль каждого вида теплообмена может меняться, но чаще всего доминирующим является излучение и конвекция.
Различают массовую и линейную скорость горения ТГВМ, значения которых для некоторых материалов приведены в табл. 6.3. Напомним, что массовой скоростью горения называют потерю массы образца с единицы площади за единицу времени. Линейной скоростью горения называют расстояние, пройденной огнем за единицу времени.
Для сравнения отметим, что значения линейной скорости для горючих жидкостей лежат в пределах 1 - 3 кг/м2мин, что выше характерных значений для ТГВМ. Более низкие значения скорости горения ТГВМ по сравнению с газами и жидкостями объясняется большими затратами тепла для фазовых превращений (газификации).
Таблица 6.3
Виды и значения скоростей горения твердых горючих веществ и материалов
Вещество |
Виды скоростей горения ТГВМ |
|
Массовая, кг/м2мин |
Линейная, м/мин |
|
Древесина |
0,8 - 1 (до 7 в штабеле) |
0,3 – 4, чаще 1-1,5 |
Полимеры |
0,6 (резина) - 1,2 (каучук) |
0,4 – 1,5 |
Скорость горения ТГВМ зависит от его природы. Так, скорость горения сосновой древесины выше, чем, к примеру, осиновой. Кроме этого, для одного и того же вещества скорость горения может меняться в зависимости от ряда факторов:
влажность (влажная древесина горит медленнее, чем сухая, так как увеличивается время сушки, см. стадии горения древесины);
ориентация в пространстве (при вертикальной ориентации образца к теплообмену подключается конвекция и скорость горения увеличивается);
скорость и направление ветра;
геометрические размеры образца. В зависимости от соотношения толщины зоны прогрева и толщины образца различают термически тонкие и термически толстые образцы (Де - Рис). Термически тонким считают образец, глубина прогреваемого слоя которого соизмерима с толщиной самого образца. Термически толстым считают образец, глубина прогреваемого слоя которого значительно превышает толщину самого образца. Понятно, что скорость горения термически тонких образцов намного больше, чем термически толстых.
Нетрудно заметить, что перечисленные факторы активно используются в быту. Так, чтобы спичка интенсивнее горела, ее располагают вертикально, при разжигании костров или печей используются сухие, нетолстые образцы, для интенсификации горения активно применяют подачу воздуха и т.д.
Таким образом, в распространении горения по ТГВМ участвуют три способа теплопередачи. Затраты теплоты горения на газификацию ТГВМ снижает температуру, теплоту и скорость горения по сравнению с газами и жидкостями.
Вопросы для самоконтроля
Какие способы передачи тепла участвуют в распространении горения по ТГВМ?
Какие различают скорости горения ТГВМ?
Почему значения скорости горения газов и жидкостей больше, чем древесины?
Перечислите факторы, влияющие на скорость горения древесины.