Czynniki wpływające na rozprzestrzenianie tlenia
W ostatnich latach nastąpił wzrost zainteresowania mechanizmem, który przyczynia się do
rozprzestrzeniania tlenia. Ważnym elementem tego procesu jest szybkość przenoszenia ciepła
do frontu strefy czynnego spalania. Podstawowym równaniem opisującym to zjawisko jest [P.
Furmański, T. Wiśniewski, Projekt elementów układu do badań termicznego rozkładu próbek
materiału]:
V = q / Á"h
Gdzie:
V- jest szybkością rozprzestrzeniania tlenia;
q - jest strumieniem energii padającym na próbkę;
Á- jest masowÄ… gÄ™stoÅ›ciÄ… paliwa;
"h- jest entalpiÄ… procesu
Równania tego można używać do oceny rzędu wielkości szybkości rozprzestrzeniania się
frontu spalania bezpłomieniowego. Przyjmując, że temperatura zapłonu nie różni się zbytnio
od maksymalnej temperatury w Strefie II Tmax wtedy:
"h = c ( Tmax  T0 )
gdzie:
c- jest pojemnością cieplną paliwa
T0- jest temperaturÄ… otoczenia
Jeżeli przyjmie się także, że przenoszenie ciepła ze Strefy II do Strefy I odbywa się na drodze
przewodnictwa a układ jest w stanie ustalonym to:
k(Tmax -T0) 1
V H" "
x Ác(Tmax -T0)
k 1 Ä…
V H" " =
Ác x x
gdzie: k- przewodność cieplna paliwa
ą- dyfuzyjność cieplna paliwa
x- odległość na którą ciepło jest przenoszone
x
Oryginalne Zwęglenie /
paliwo popiół
T0 Tmax.
Kierunek rozprzestrzeniania.
Rys. 1. Model przenoszenia ciepła dla rozprzestrzeniającego się
tlenia [D. Drysdale, An Introduction to Fire Dynamics, J. Wiley & Sons LTD].
Pomimo, że obliczenia dokonane przy użyciu tego modelu dają poprawny rząd wielkości
szybkości rozprzestrzeniania tlenia (V), to jest on niedokładny. Według tego modelu szybkość
rozprzestrzeniania będzie niezależna od maksymalnej temperatury w Strefie II, chociaż
wiadomo, że jest to nieprawda. W środowisku o zwiększonym stężeniu tlenu następuje
znaczny przyrost szybkości rozprzestrzeniania tlenia co jest związane ze wzrostem
temperatury w Strefie II. Na rozprzestrzenianie warstwy tlenia poza obszar zainicjowania
spalania zdecydowanie wpływają warunki dopływu tlenu. Jeśli zapalenie nastąpi głęboko
wewnątrz warstwy miałkiej (trociny, pyl węglowy) będzie wolno rozprzestrzeniało się do
najbliższej wolnej przestrzeni z szybkością określoną przez szybkość dyfuzji tlenu
przez warstwę. Kiedy strefa zwęglenia osiągnie wolną przestrzeń, tlenie będzie się
gwałtownie rozwijać w tym rejonie dzięki lokalnym dopływom tlenu powodowanym przez
dyfuzję i konwekcję. Przy badaniu zależności procesów samopodtrzymującego się tlenia od
dopływu tlenu, ważne jest rozpatrzenie kierunków. Konieczne jest odróżnienie układów
jednokierunkowych od wielokierunkowych, a następnie określenie czy zwęglanie następuje w
tym samym, czy w przeciwnym kierunku niż kierunek ruchu tlenu [D. Drysdale, An
Introduction to Fire Dynamics, J. Wiley & Sons LTD].