Распространение горения по твердым горючим материалам

После возникновения процесса горения, образо­вавшееся пламя выступает источником зажигания. Оно воз­действует на рядом расположенные участки ТГМ излучени­ем, теплопроводностью, при особом расположении образца (например, вертикальном) – конвекцией. В нагреваемом участке материала протекают те 5 стадий, которые рассмотрены ранее. Когда концентрация летучих продуктов реакции достигнет НКПРП, происходит воспламенение смеси, при­чем в этот момент горение является кинетическим,в самом пламени горение является диффузионным (газопаровоз­душная смесь готовится в процессе горения).

Образуется переугленный остаток, который вначале не горит, так как весь кислород сгорает в зоне пламенных реак­ций и не достигает поверхности угля. После выхода лету­чих соединений кислород получает доступ к слою угля и начинается гетерогенное горение.

Таким образом, в распространениигорения по ТГМ участвуют следующие способы теплопередачи: излучение; теплопроводность; конвекция (при определенном, в частности, вертикальном, расположении образца).

В различных условиях роль каждого вида теплообме­на может меняться, но чаще всего доминирующим является излучение и конвекция.

Различают массовую и линейную скорость горения ТМ, значения которых для некоторых материалов приве­дены в табл. 5.3.

Таблица 5.3.

Виды и значения скоростей горения ТГМ

Напомним, что массовой скоростью го­рения называют потерю массы образца с единицы площади за единицу времени. Линейной скоростью горения называют расстояние, пройденное огнём 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 ТГМ. Более низкие значения скорости горения ТГМ по сравнению с га­зами и жидкостями объясняются большими затратами тепла для фазовых превращений (газификации).

Скорость горения ТГМ зависит от их 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 (например, влажная древесина горит медленнее, чем сухая, так как увеличивается время суш­ки); 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 (см. рис. 5.5). Термически тонким считают образец, глубина прогреваемого слоя которого
соизмерима с толщиной самого образца. Термически
толстым считают образец, глубина прогреваемого
слоя которого значительно меньше толщины самого образца. Понятно, что скорость горения по термически тонким образцам намного больше, чем по термически толстым.

Нетрудно убедиться, что перечисленные факторы ак­тивно используются в быту. Так, чтобы спичка интенсивнее горела, её располагают вертикально, при разжигании костров или печей используются сухие, нетолстые образцы, для интенсификации горения активно применяют подачу воздуха и т. д.

Таким образом, большинство ТГМ при нагревании газифицируются в процессе разложения или плавления. Выделившиеся летучие соединения горят аналогично газопаровоздушным смесям, большую часть времени воспламенения и горения занимает подготовка вещества к горению (сушка и газификация). Воспламенение древесины возможно при наличии ИЗ после того, как концентрация горючих продуктов разложения достигнет НКПРП, причем значение температуры воспламенения ТГМ выше, чем у жидкостей. Самовоспламенение древесины происходит при более высоких температурах, чем воспламенение.