Теория горения аэровзвесей

Аэровзвеси воспламеняются и горят аналогично газопаровоздушным смесям. Следовательно, их пожарная опасность характеризуется такими же показателями, как и газовоздушных смесей, т. е. КПРП, МЭЗ, МВСК и т. д.

Однако следует отметить, что от газовоздушных смесей аэровзвеси отличает одна существенная особенность, а именно: частички пыли склонны к слипанию и осаждению (коагуляции). Поэтому при равных условиях с газовоздушной смесьюаэровзвесь имеет меньшую вероятность взрыва. Для воспламенения аэровзвеси потребуется более высокая энергия зажигания (на 2 порядка выше). Под воздействием ИЗ происходит воспламенение пыли в элементарном объеме, из которого образуется фронт пламени. Он распространяется по аэровзвеси с определенной скоростью, которая зависит от ряда факторов:

(5.3)

где s – коэффициент Стефана-Больцмана, Вт/(м^2.К⁴);

Т_э – эквивалентная температура излучения, К;

С₀ – объемная теплоемкость аэрозоля, Дж/(м-К);

Т_в – температура воспламенения частиц, К;

Т₀ – начальная температура, К.

Из уравнения (5.3) следует, что скорость распространения фронта пламени:

1) возрастает с уменьшением С₀ и с повышением Т₀;

2) обратно пропорциональна диаметру частиц аэровзвеси;

3) давление при взрыве и скорость его нарастания уменьшаются с увеличением размера пылинок. А также при увеличении размера пылинок резко возрастает НКПРП и уменьшается скорость распространения фронта пламени.

Опытным путем установлено, что скорость распространения пламени зависит от концентрации пыли, минимальная скорость достигается при концентрации, намного большей стехиометрической. Это свидетельствует о несовершенстве процесса горения пыли. Сгорают наиболее мелкие частицы, а остальные не успевают размножиться и лишь
обугливаются на поверхности;

4) скорость распространении пламени при горении пы­ли зависит от концентрации кислорода в воздухе. Макси­мальная скорость распространения пламени будет в чистом кислороде.

Характерной особенностью горения аэровзвеси явля­ется приближение параметров горения пыли в трубах или штольнях к режиму детонации.

Установлено, что при горении каменно-угольной пы­ли скорость распространение пламени равна 7 м/с, а скорость ударной волны – 38 м/с, скорость движения воздуха за ударной волной – 30 м/с, скорость сгоревших газов позади пламени – 5 м/с.

В условиях производства подобный механизм наблю­дается при значительном отложении промышленной пыли, которая имеет высокую степень дисперсности. При неболь­шой локальной вспышке аэрогель быстро переходит во взвешенное состояние, что приводит к образованию вторичного, более сильного взрыва пыли. Взрывная ударная волна опережает фронт пламени, переводя во взвешенное состояние по пути движения все большее и большее количество пыли, подготавливая среду для распространения пла­мени. Взрывной эффект таким образом усиливается;

5) значительное изменение скорости распространения
пламени для таких пылей, как угольная, торфяная, древесная, зависит от содержания в них летучих веществ и золы
(негорючих компонентов). Увеличение летучих веществ
и снижение количества золы приводит к увеличению скорости пламени.