Скорость выгорания – это количество горючего вещества (материала), сгорающей в единицу времени с единицы площади.
Скорость выгорания горючих веществ (материалов) определяет интенсивность тепловыделения на пожаре, температуру пожара, интенсивность его развития и другие параметры. Массовая скорость выгорания так же, как и скорость распространения пламени, зависит от физико-химических свойств веществ (материалов), их агрегатного состояния и других факторов.
Выгорание парафина (стеарина)
Скорость выгорания жидкостей зависит от:
- интенсивности внешнего теплового потока к поверхности жидкости;
- теплоемкости жидкости и ее теплоты парообразования;
- разности температуры кипения и начальной температуры.
Скорость выгорания твердых материалов зависит от их теплоемкости, плотности, а также разности поверхностной температуры и температуры окружающей среды. Иногда пользуются приведенной скорость выгорания твердых веществ (отношение потери массы не к фактической площади горения вещества, а ко всей площади пожара).
Скорость выгорания используется при моделировании процесса развития пожара, оценке скорости тепловыделения и величины интенсивности подачи огнетушащих веществ для установок пожаротушения.
Значение скорости выгорания следует применять при расчетных определениях продолжительности горения жидкости в резервуарах, интенсивности тепловыделения и температурного режима пожара, интенсивности подачи огнетушащих веществ.
Массовая
Массовой скоростью выгорания называется масса вещества или материала, выгоревшая в единицу времени VM (кг/с).
Массовая скорость выгорания также, как и скорость распространения горения зависит от:
- агрегатного состояния вещества;
- химического состава;
- начальной температуры;
- интенсивности и площади испарения (для жидкостей);
- геометрических размеров и способов укладки (для твердых горючих материалов);
- размеров поверхности, доступной для горения;
- наличия окислителя в окружающей среде.
Горючие газы хорошо перемешиваются с окружающим воздухом, поэтому полностью сгорают в факеле пламени. Массовая скорость выгорания жидкостей определяется скоростью их испарения, поступления паров в зону горения и условиями их смешения с кислородом воздуха. Скорость испарения при равновесном состоянии системы «жидкость-пар» зависит от физико-химических свойств жидкости, ее температуры, упругости паров. При неравновесном состоянии интенсивность испарения жидкости определяется температурой ее поверхностного слоя, которая в свою очередь зависит от интенсивности тепловых потоков от зоны горения, теплоты испарения и условий теплообмена с нижними слоями жидкости.
Для многокомпонентных горючих жидкостей состав их паровой фазы определяется концентрационным составом раствора и зависит от интенсивности испарения и степени равновесия. При интенсивном испарении в поверхностных слоях жидкости происходит процесс разгонки, и состав паровой фазы отличается от равновесного, а массовая скорость выгорания изменяется по мере выгорания более легколетучих фракций.
Процесс выгорания зависит от смешения паров жидкости с кислородом воздуха. Этот процесс зависит от размеров сосуда, от высоты борта над уровнем жидкости (длины пути смешения до зоны горения) и интенсивности внешних газовых потоков. Чем больше диаметр сосуда (до 2-2,5 м, дальнейшее увеличение диаметра никак не влияет на рассматриваемый параметр) и высота борта над уровнем жидкости, тем больше длина пути жидкости до зоны горения, соответственно, тем меньше скорость выгорания.Большая скорость ветра и температура горючей жидкости способствуют лучшему смешению паров жидкости с кислородом воздуха и росту скорости выгорания жидкости.
Масса жидкости, выгоревшей в единицу времени с единицы площади поверхности, называется удельной массовой скоростью выгорания VM, кг/(м2·с).
Удельная массовая скорость выгорания некоторых веществ и материалов
| Вещества и материалы | Удельная массовая скорость выгорания, кг/м2·с |
| Книги, журналы | 0,011 |
| Клееные стройматериалы, фанера | 0,0089 |
| Текстильные изделия | 0,0244 |
| Мебель + линолеум ПВХ (0,9 + 0,1) | 0,0137 |
| Электроматериалы | 0,0076 |
| Бумага в рулонах | 0,008 |
| Органическое стекло | 0,0041 |
| Тара | 0,018 |
| Упаковка | 0,0132 |
| Мебель + ткани (0,75 + 0,25) | 0,0162 |
Объемная
Объемной скоростью выгорания называется объем жидкости, выгоревшей в единицу времени с единицы площади поверхности горения, VО.
Для газов – это объем газа, сгоревший в единицу времени м /с, для жидкостей и твердых веществ и материалов – это удельная объемная скорость выгорания м /(м·с) либо м/с, т.е. это линейная скорость. Объемная скорость выражает скорость понижения уровня жидкости по мере ее выгорания или скорость выгорания толщины слоя твердого горючего материала.
Фактически объемная скорость выгорания – это скорость понижения уровня жидкости по мере ее выгорания или скорость выгорания толщины твердого горючего материала. Перевод объемной (линейной) скорости в массовую можно осуществить по формуле:
VМ = (VO · ρ) / 1000,
Скорость выгорания тонких (< 10 мм) слоев жидкости и пленок выше усредненной массовой или линейной скорости выгорания жидкости верхнего уровня резервуара при отсутствии ветра. Скорость выгорания твердых материалов зависит от вида горючего, его состояния (размеров, величины свободной поверхности, положения по отношению к зоне горения и т.д.), температуры пожара, интенсивности газообмена. Удельная массовая скорость выгорания твердых горючих материалов не превышает 0,02 кг/(м2·с) и редко бывает ниже 0,005 кг/(м2·с).
Массовая скорость выгорания твердых горючих материалов зависит от отношения площади проемов (Fnp), через которые осуществляется газообмен, к площади пожара Fnp / Fn. Например, для древесины при уменьшении площади проемов скорость выгорания снижается.
| Приведенная массовая скорость выгорания древесины, кг/(м2·с) | Относительная площадь проемов, Fпр / Fп |
| 0,0134 | 0,25 |
| 0,0125 | 0,20 |
| 0,0108 | 0,16 |
| 0,009 | 0,10 |
Скорость выгорания твердых горючих материалов принимают пропорциональной площади проемов, т.е.
Vм.д. = φ · Vм.т. = (Fnp · Vм.т.) / 0,16 Fn,
где:
Vм.д. – действительная приведенная массовая скорость выгорания;
Vм.т – табличная приведенная массовая скорость выгорания;
φ – коэффициент, учитывающий условия газообмена. Это выражение справедливо при φ = 0,25-0,085, а для открытых пожаров принимают φ = 1.
Определение
Сущность метода определения скорости выгорания заключается в зажигании образца жидкости в реакционном сосуде, фиксировании потери массы образца за определенный промежуток времени и математической обработке экспериментальных данных.
Методы расчета скорости выгорания жидкостей изложены в п. 4.17 ГОСТ 12.1.044-89 ССБТ. Пожаровзрывоопасность веществ и материалов. Номенклатура показателей и методы их определения.
Кроме этого ГОСТа рекомендуем к изучению: Методика испытаний по определению удельной массовой скорости выгорания твердых веществ и материалов. –М.: ВНИИПО, 2014.
Источники: ГОСТ 12.1.044-89. ССБТ. Пожаровзрывобезопасность веществ и материалов. Номенклатура показателей и методы их определения; ГОСТ 9817-95. Аппараты бытовые, работающие на твердом топливе. Общие технические условия; Процессы горения. Абдурагимов И.М., Андросов А.С., Исаева Л.А. и др. –М., 1984; Прогнозирование опасных факторов пожара в помещении: Учебное пособие. Кошмаров Ю.А., Пузач С.В., Андреев В.В. и др. –М.: Академия ГПС МЧС России, 2012; Прогнозирование опасных факторов пожара в помещении: Учебное пособие. Кошмаров Ю.А. –М.: Академия ГПС МВД России, 2000.