13. Общие закономерности и отличительные особенности горения веществ различного агрегатного состояния.

 Принципиального различия между диффузионным горением газа и жидкости практически нет. Жидкая фаза может быть представлена как газовая горелка, обеспечивающая некоторый расход или скорость поступления горючего в зону пламени.

Главное отличие в горении газов и жидкостей заключается в механизме доставки горючего в зону химической реакции. При горении газов количество поставляемого горючего  определяется его расходом и не зависит от процессов, протекающих в зоне пламени. При горении жидкости количество поступающего горючего зависит от многих физических процессов, и основной из них - испарение, протекающее под воздействием теплового потока от зоны реакции.

Большинство твердых материалов также горят в диффузионном гомогенном режиме. Превращение горючего вещества в продукты горения в этом случае, как и для жидких и газообразных веществ, происходит вследствие химической реакции в газовой зоне: при этом скорость превращения лимитируется физическим процессом смешения газообразных продуктов термического разложения твердой фазы с воздухом.

Зажигание образца ТГМ происходит при образовании над его поверхностью газовоздушной смеси с концентрацией выше нижнего концентрационного предела воспламенения. Распространение пламени и выгорание, как и в случае горения жидкостей, протекает за счет воздействия потока тепла от высокотемпературной зоны пламени.

Но существуют и особенности, характерные для горения только твердых горючих материалов:

1 - жидкости горят, как и газы, по гомогенному режиму. ТГМ могут гореть по гомогенному, гомогенно-гетерогенному или только гетерогенному режиму;

2 - при нагревании жидкости испаряются, образуя с воздухом горючие смеси. В случае ТГМ происходят более сложные процессы:

а) переход из твердой фазы в газообразную через жидкую (плавление):

- без разложения (парафин, стеарин и др.);

- с разложением (каучуки натуральные, искусственные).

Схема процесса:                   Т Ж Г.

б) переход из твердой фазы в газообразную, минуя жидкое состояние:

- без разложения (возгонка: нафталин, уротропин и т. д.);

- с разложением и образованием твердого остатка (древесина, торф, сланцы и т.д.).

Схема процесса:       ТГ.

При горении жидкостей тепловой поток, поступающий к поверхности от зоны пламени, расходуется на нагрев и испарение, для твердых веществ, кроме того, часть тепла тратится на плавление и разложение.

Уравнение, описывающее связь тепло- и массообмена при этом, выглядит следующим образом:

 (джи) g₀ = (эм) m с(Т_пл - Т₀) + Q_пл + с^ (Т_к -Т_пл) + Q_исп + Q_разл + Q_т.о.,           

где g₀ - интенсивность теплового потока, поступающего от зоны пламени к поверхности ТГМ (кВт/м²);

m - массовая скорость выгорания ТГМ (кг/(м² · с));

с, с^ - теплоемкость твердой фазы вещества и расплава (кДж/(кг · К));

Q_пл, Q_исп, Q_разл - теплоты, пошедшие на испарение, плавление, разложение (кДж/кг);

Q_т.о.- теплота, необходимая для нагрева твердого остатка (кДж/кг);

Т_пл, Т_к - температуры плавления, кипения твердого вещества (К);

3 - различие в тепловых эффектах термического разложения.

Переход Ж  Г эндотермический. Для большинства ТГМ так оно и есть. Но встречаются случаи, когда разложение сопровождается выделением тепла (например, возгорание опилок при длительном хранении при t=100 ^o С).

Кроме того, следует отметить, что процессы горения ТГМ более сложные.