39. Схема распространения пламени по поверхности тгм
После воспламенения твердого материала начинается процесс перемещения фронта пламени по его поверхности. Количественной характеристикой этого процесса является линейная скорость распространения пламени - расстояние, пройденное фронтом пламени в единицу времени.
Перемещение фронта пламени осуществляется за счет передачи части тепла, выделяющегося в зоне горения. Передача тепла от факела пламени к поверхности твердого материала осуществляется радиацией, конвекцией и теплопроводностью. В зависимости от условий горения доля тепла, поступающего к поверхности материала по тому или иному механизму, может быть различной. Поэтому значение скорости горения для одного и того же материала в зависимости от условий горения может изменяться в значительных пределах.
Прогрев участков поверхности твердого материала перед фронтом пламени сопровождается термическим разложением с образованием летучих продуктов. Поэтому распространение пламени происходит, по существу, по газовой фазе.
В отличие от жидкостей, поверхность которых всегда горизонтальна, распространение пламени по твердым материалам может происходить при различной их ориентации в пространстве: горизонтальной, вертикальной или промежуточной. В зависимости от ориентации поверхности изменяется скорость распространения пламени: она максимальна для условий распространения пламени снизу вверх для вертикальной поверхности и минимальна для распространения пламени сверху вниз. В остальных случаях скорости имеют промежуточное значение.
Рис. 2. - Схема распространения фронта пламени по поверхности ТГМ
1 - твердый материал, 2 - зона диффузионного горения, 3 - передняя кромка пламени, 4 - зона пиролиза, 5 - зона газообразных продуктов разложения, 6 - зона начала разложения твердого материала перед фронтом пламени, 7 - газообразные продукты горения
Существенное влияние на скорость распространения пламени оказывает толщина материала. При оценке условий распространения пламени различают термически толстые и термически тонкие материалы. Такое разделение основано на сравнении реальной толщины материала с термической - толщиной слоя твердого материала прогретого перед фронтом пламени выше начальной температуры. Понятие термически толстого и термически тонкого материала иллюстрируется схемой, представленной на рис.3.
Рис. 3. - Поля температур при распространении пламени по ТГМ
а) - термически толстый материал б) - термический тонкий материал
δ реальн - фактическая толщина материала, δтерм - термическая толщина материала, То - начальная температура, Тпов – температура поверхности при горении.
На этой схеме показано распределение температуры в материале непосредственно перед фронтом пламени, при горении термически толстого (рис.3, а) и термически тонкого (рис.3, б) материала. Если реальная толщина превышает термическую толщину материал называют термически толстым, если наоборот - термически тонким. Из представленной схемы видно, что температура поверхности термически толстого материала, противоположной поверхности горения, равна начальной, а в случае термически тонкого - значительно выше.
Данное обстоятельство необходимо учитывать при оценке условий распространения пламени по отделочным материалам, покрывающим строительные конструкции. Если материал конструкции обладает большим коэффициентом теплопроводности, чем у отделочного материала, то при горении последнего интенсифицируется отток тепла, поступающего от зоны пламени к поверхности горючего, вглубь твердой фазы. При этом, чем меньше толщина горючего материала, тем выше скорость теплоотвода от поверхности. Такой процесс замедляет повышение температуры поверхностного слоя и, соответственно, уменьшает скорость распространения фронта пламени. При некоторой минимальной толщине горючие покрытия уже не распространяют горение. Из рассмотренной схемы следует вывод: чем выше теплопроводность подложки, тем интенсивнее теплоотвод от поверхности горючего материала, и тем при большей толщине горючего отделочного материала прекращается процесс распространения пламени.
Одновременно с распространением пламени по поверхности твердого материала происходит процесс распространения горения вглубь материала - процесс выгорания. Интенсивность выгорания существенно зависит от закономерностей превращения твердой фазы в газообразные продукты.