Общие закономерности воспламенения и горения ТГМ

Процессы возникновения и развития горения для твердых горючих материалов имеют много общего с изучаемыми нами ранее процессами горения газов и жидкостей. Однако, кроме общих черт существует и целый ряд особенностей, обусловленных агрегатным состоянием и различиями в строении.

Рассмотрим механизм воспламенения ТГМ. При контакте ТГМ с нагретым до высокой температуры ИЗ возникает теплообмен, при этом с материалом происходят следующие процессы:

1. Нагрев поверхностного слоя до температуры фазового перехода (плавления или термического разложения). Если это материал растительного происхождения, то из него сначала начинает испаряться влага.
2. Дальнейший нагрев приводит к началу фазового перехода. Если это ТГМ 1-го рода, то происходит плавление и переход материала в жидкую фазу, затем нагрев расплава до температуры кипения или разложения. Если это материал 2-го рода — сразу начинается процесс сублимации или разложения с выделением летучих продуктов.
3. Образование горючей паровоздушной смеси и ее предварительный нагрев.
4. Самовоспламенение паровоздушной смеси с последующим горением.

Таким образом, если при горении жидкости тепловой поток, поступающий к поверхности, расходуется только на нагрев и испарение жидкой фазы, то для твердых веществ, кроме этого, необходимы затраты на плавление и разложение.

На каждой стадии протекают специфические физико-химические процессы, которые определяют состояние системы. Этим стадиям соответствуют следующие зоны:

где Т₀, Т_пир, Т_з, Т_гор — температура начальная, температура пиролиза, температура зажигания, температура горения соответственно.

1. зона исходного материала;
2. зона предварительного нагрева материала до температуры физико-химических превращений;
3. она фазового перехода, в которой происходит плавление или разложение материала;
4. зона образования горючей смеси и ее нагрев до температуры зажигания;
5. зона фронта пламени, где выделяется основная часть тепловой энергии и наблюдается максимальная температура;
6. зона продуктов горения, где продукты реакции смешиваются с холодным воздухом.

Таким образом, процесс горения большинства ТГМ начинается с гомогенного режима. Горение характеризуется высокой скоростью распространения, мощными конвективными потоками и излучением.

Время воспламенения ТГМ зависит от скорости образования над поверхностью материала летучих компонентов в концентрации, превышающей нижний КПРП. Процесс образования летучих компонентов идет с затратами энергии и для материалов разного состава начинается при различных температурах и протекает с разной интенсивностью. Способность материала сопротивляться нагреву без изменения химической структуры называется термической стойкостью материала.