Горение пенопластов — материа­лов ячеистой структуры может происходить не только в виде пламенного горения, но и в виде распространения фронта тления. Рассмотрим основ­ные закономерности этого процесса.

Распространение тления в пенопластах представляет многостадийный термохимический процесс, обусловленный химическими превращениями в зоне тления и условиями теплообмена этой зоны с внешней средой.

Одним из важных условий устойчивого распространения процесса тления в пенопластах является содержание кислорода в окружающей сре­де. На это указывает прямая зависимость скорости распространения фронта тления от концентрации кислорода (рис. 4.34)

Рис. 4.34. Зависимость скорости тления фенольных пенопластов от содержания кислорода в окислительной среде O2+N2

Параметром процесса, определяющим величину тепловых потерь из зоны термического превращения пенопласта в окружающую среду, явля­ется разность температур между зоной термоокислительной реакции и окружающей средой. Отсюда следует вывод: с возрастанием температуры

141

Корольченко А. Я. Процессы горения и взрыва

Окружающей среды скорость тления должна увеличиваться. Этот вывод находит экспериментальное подтверждение (рис. 4.35).

Рис. 4.35. Зависимость скорости тления фенольных Пенопластов от температуры окружающей среды

Объяснением выявленной зависимости является закон Ньютона-Рихмана, определяющий величину теплоотдачи от нагретого тела в окру­жающую среду:

(4.72)

Где Q — плотность теплового потока, Вт/м; , — коэффициент теплоотдачи, Вт/м2 с; — градиент температур.

Уменьшение Способствует аккумуляции тепла в зоне реакции,

Повышению ее температуры, что приводит к увеличению скорости хими­ческой реакции пиролиза и термоокисления пенопласта и, как следствие, к возрастанию скорости распространения фронта тления.

142

Глава 4. Развитие горения

Поскольку механизм теплопередачи является одним из опреде­ляющих процесса распространения тления, а теплоотвод из зоны реак­ции в окружающую среду описывается соотношением (4.72), то рас­смотренное выше влияние температуры окружающей среды может быть представлено как наложение на поверхность тлеющего пенопласта до­полнительной тепловой изоляции с целью аккумуляции тепла реакции. При этом стационарный процесс тления в пенопластах устанавливается при равенстве теплоприхода и теплоотвода в системе, исходя из чего на­рушение теплового баланса есть критическое условие устойчивости фронта тления. Параметром, определяющим величину теплоотвода из зоны тления в окружающую среду, находящуюся при температуре 293К, при постоянстве других теплофизических параметров, является размер пенопласта.

Для каждого материала характерен свой критический размер, даль­нейшее уменьшение которого приводит к преобладанию теплоотвода над теплоприходом и прекращение тления. НА рис. 4.36 Показаны зависимости скорости распространения тления от размеров материала для двух пено-пластов: Виларес-1 и Виларес РНП.

143

Корольченко А. Я. Процессы горения и взрыва

Приведенные графические зависимости свидетельствуют о том, что наблюдается тенденция возрастания скорости, распространения фронта тления с увеличением размеров материалов, что подтверждает влияние теплоизолирующего воздействия самого материала, способствующего ак­кумуляции тепла в зоне реакции.

Дополнительным подтверждением существенного влияния теплоот-вода в окружающую среду являются зависимости критических размеров образцов пенопластов, при которых наблюдается процесс тления, от тем­пературы окружающей среды (рис. 4.37).

Рис. 4.37. Зависимость критического размера материалов При тлении от температуры окружающей среды

Стационарный режим тления в пенопластах устанавливается при ра­венстве теплоприхода и теплоотвода в системе. Нарушение теплового ба­ланса есть критическое условие устойчивости фронта тления. Поэтому параметром, определяющим величину теплоотвода из зоны тления в ок­ружающую среду, находящуюся при температуре 293К, при постоянстве других теплофизических параметров, является размер материала.

Глава 4. Развитие горения

Для каждого материала характерен свой критический размер, дальнейшее уменьшение которого приводит к преобладанию теплоот-вода над теплоприходом, в результате чего происходит прекращение тления.