Порядок выполнения работы

ОПРЕДЕЛЕНИЕ СКОРОСТИ РАСПРОСТРАНЕНИЯ ПЛАМЕНИ

ПО ПОВЕРХНОСТИ ТВЕРДЫХ ГОРЮЧИХ МАТЕРИАЛОВ

МЕТОДИЧЕСКИЕ РЕКОМЕНДАЦИИ

к лабораторной работе № 5

Ростов-на-Дону

УДК 614.841

Исследование скорости распространения пламени по поверхности твердого горючего материала в зависимости от его ориентации (угла наклона): Методические рекомендации к лабораторной работе № 5. - Ростов ^Н/Д: Рост. гос.строит. ун-т, 2008. - 8 с.

Содержатся общие вопросы по изучению закономерностей распространения пламени по поверхности твердых горючих материалов

Предназначены для студентов специальностей "Пожарная безопасность", "Безопасность технологических процессов и производств" и "Защита в чрезвычайных ситуациях".

Составитель: доцент кафедры ПБ и ЗЧС Е.А.Чикалова

Редактор Н.Е. Гладких

Темплан 2008 г. поз.240

-----------------------------------------------------------------------------------------------

Подписано в печать 6.06.08. Формат 60х84/16.

Бумага писчая. Ризограф. Уч.-изд. л. 0,5. Тираж 100 экз. Заказ

───────────────────────────────────────────────

Редакционно-издательский центр

Ростовского государственного строительного университета

344022, Ростов-на-Дону, ул. Социалистическая, 162

строительный университет, 2008

Цель работы. Исследовать скорость распространения пламени по поверхности твердого горючего материала в зависимости от его ориентации (угла наклона).

Теоретическая часть.

Знание закономерностей распространения пламени по поверхности твердых горючих материалов является необходимым условием прогнозирования обстановки на пожаре и, как следствие, залогом успешной борьбы с пожаром.

Учитывая, что наиболее характерным представителем твердых горючих материалов является древесина, в данной лабораторной работе рассмотрен механизм горения и распространения пламени на ее примере.

Распространение пламени можно представить как процесс последовательного непрерывного поджигания все новых и новых участков поверхности горючего материала теплом, выделяющимся в зоне горения.

Выделяют следующие стадии подготовки и горения древесины: подогрев и подсушка древесины, термолиз органической массы древесины, выход и горение летучих (газообразных продуктов термолиза), догорание углистого остатка.

Рассмотрим эти стадии на примере воспламенения и горения небольшого образца древесины.

При попадании образца в зону воздействия источника зажигания (например, в раскаленный воздух) происходит интенсивный нагрев поверхностных слоев материала и их подсушивание.

В процессе подсушивания материала происходит удаление влаги, содержащейся в его парах. Этот процесс происходит в интервале температур до 120 - 130⁰С.

При достижении верхними слоями материала образца температуры 120 - 130⁰С начинается медленное разложение и выделение летучих, в составе которых преобладают негорючие вещества: углекислый газ и пары воды. Заметный выход летучих из древесины наблюдается при достижении ее температуры 180 – 200⁰С, однако в составе их по-прежнему преобладают негорючие пары и газы.

Кол-во и состав неконденсирующихся газов, содержащихся в составе летучих, при различных температурах приведены в табл.1.

Таблица 1

Состав и количество неконденсирующихся газов

в продуктах термолиза древесины.

Конечная температура ⁰С	Объем газов в м³ на 100 кг древесины	Состав газов, в объемных процентах
СО₂	СО	СН₄	С₂Н₅	Н₂
	0,4	75,00	25,00
	5,6	56,07	40,17	3,76
	9,5	49,36	34,00	14,31	0,86	1,47
	12,8	43,20	29,37	21,72	3,68	2,34
	14,3	40,98	27,20	23,42	5,74	2,66
	16,0	38,56	25,19	24,94	8,50	2,81

Процесс термического разложения (термолиз) отдельных составляющих органической части древесины, по-видимому, представляет собой разрыв межмолекулярных и внутримолекулярных связей с образованием многочисленных нестойких активных промежуточных комплексов, которые в результате быстрого реагирования между собой образуют более устойчивые продукты термолиза – смолы, кислоты, спирты, неконденсируемые газы.

При температуре древесины 260 – 300⁰С выход летучих обеспечивает образование такой газовоздушной смеси, которая под воздействием источников зажигания воспламеняется и горит.

Часть тепла, выделяющегося в зоне реакции (пламени), поступает к поверхности древесины и способствует более интенсивному разложению ее, в результате чего происходит непрерывное пополнение зоны горения горючими парами и газами. Диффузионное гомогенное пламя, находящееся над поверхностью образца, является своеобразным экраном, предотвращающим доступ кислорода воздуха к раскаленному углеродистому остатку, образующемуся на поверхности материала.

Лишь после полного выхода летучих и исчезновения гомогенного диффузионного пламени появляется возможность доступа воздуха к углеродистому остатку и горение его в гетерогенном режиме.

Как показали исследования, практически скорость распространения огня по поверхности твердого горючего материала определяется в основном лучистым и конвективным тепловыми потоками от факела пламени.

Скорость распространения пламени по поверхности твердых горючих материалов зависит от множества самых различных факторов. Такими факторами являются:

1. Вид материала (его физико-химические свойства: теплопроводность, теплоемкость, кол-во летучих, критическая температура терморазложения, тепловой эффект реакций термолиза и др.).

2. Влажность материала. С увеличением влажности скорость распространения пламени уменьшается.

3. Пространственная ориентация поверхности образца древесины, по которой распространяется пламя. В том случае, когда направление скорости распространение пламени совпадает с конвективными потоками и, следовательно, горючий материал прогревается более интенсивно, величина скорости возрастает по сравнению с горизонтальным расположением образца.

4. Начальная температура горючего материала. При повышенной начальной температуре скорость распространения пламени будет увеличиваться.

Содержание работы.

1. Измерить скорость распространения пламени по поверхности древесины при различных углах наклона образцов к горизонту.

2. Построить график зависимости скорости распространения пламени по поверхности древесины от угла наклона образца. Сделать выводы, объяснить полученную зависимость.

Схема лабораторной установки для определения скорости распространения пламени по твердым горючим материалам показана на рисунке.

На установке может быть определена скорость распространения пламени по поверхности образца в зависимости от вида материала, величины удельной поверхности образца, его ориентации в пространстве, влажности, температуры и др. факторов.

Установка для определения скорости распространения пламени

по поверхности твердого горючего материала

На штативе 1 с помощью зажима–держателя 2 закреплено угломерное устройство 3, показания которого считаются по отвесу 4, образец 5, предназначенный для испытаний, укрепляется на угломере с помощью иглы.

Порядок выполнения работы.

1. Углы наклона (ориентации) образцов задает преподаватель.

2. На полученные образцы наносят метки на расстоянии 2, 7, 12 и 17см от конца. Участок в 2см служит для розжигания образца. На трех последующих участках (одинаковой длины по 5см) замеряют время прохождения фронтом пламени контрольных точек.

3. Образец устанавливают в одно из заданных положений.

4. Горелкой поджигают образец.

5. После достижения фронтом пламени нулевой точки (на расстоянии 2см от свободного конца) включают секундомер и измеряють время прохождения пламенем отдельных участков.

6. Опыты повторяют 3 раза с каждым из заданных углов наклона. Результаты опытов записывают в табл 2.

Таблица 2.

Результаты опытов

Номер опыта	Размеры образца в поперечном а х в, см.	Угол наклона образца	Длина контрольных участков см.	Время прохождения пламенем контрольных точек (⁰С)	Скорость прохождения пламенем контрольных участков см/с	Средняя скорость распространения пламени, см/с.
0-1	1-2	2-3				0-1	1-2	2-3

7. Рассчитывают скорости прохождения пламенем отдельных контрольных участков и среднюю скорость распространения пламени по поверхности твердого горючего материала при заданном угле наклона образца. Рассчитывают абсолютные и относительные погрешности измерений.

8. По результатам опытов строят график зависимости скорости распространения пламени от пространственной ориентации образцов древесины, т.е. от угла наклона образца.

Контрольные вопросы

1. Где в пожарной охране используются величины скорости распространения пламени по поверхности горючих материалов?

2. Укажите примерные численные значения линейной скорости распространения пламени по поверхности твердых горючих материалов. Дайте на этом основании прогноз поведения материала при пожаре.

3. Укажите факторы, влияющие на скорость распространения пламени. Объясните причину этого влияния.

4. Какова роль явлений тепло- и массопереноса в распространении пламени по поверхности горючего материала?

5. Как меняются условия конвективного теплообмена в зависимости от ориентации горючего материала в пространстве?

6. Как будет изменяться скорость распространения пламени при увеличении содержания кислорода в окружающей среде? Почему?