Скорость сгорания углей в режиме тления ограничивается скоростью диффузии молекул кислорода в воздухе к поверхности обугленного слоя и внутрь него (навстречу диффундирующим от поверхности молекулам углекислого газа), то есть механизм окисления в режиме тления является диффузионным (по аналогии с процессами испарения, см. разел 4.2.2).

Если тлеющую поверхность обдуть потоком воздуха, то она начнёт разгораться. Тлеющая поверхность получает всё большее (может быть даже чрезмерное) количество кислорода. Скорость потребления кислорода теперь уже ограничивается скоростью самой реакции окисления (кинетикой реакции). Поэтому режим разгорания называется кинетическим. Скорость реакции окисления очень быстро (экспоненциально) растёт с температурой, так что по мере разогрева поверхности растёт темп нагрева, и реакция идёт в разгон. Скорость выхода газообразных продуктов пиролиза становится столь большой, что они уже не успевают сгореть ни внутри, ни на поверхности обугленного слоя, выходят наружу и сгорают в виде пламени (факела). Поверхность обугленного слоя целиком оказывается в атмосфере газов пиролиза, которые сплошным потоком продувают обугленную поверхность, оттесняя с поверхности углей воздух. Поскольку продукты пиролиза не содержат свободного кислорода, обугленный слой перестаёт окисляться. Тем не менее, поверхность обугленного слоя остаётся раскалённой, но теперь уже не за счёт горения углей, а за счёт нагрева от пламени.

Толщина обугленного слоя постепенно увеличивается вплоть до полного преобразования полена в куски древесного угля (в угли). При этом выход газообразных продуктов пиролиза прекращается. Раскалённая поверхность древесного угля оказывается в атмосфере воздуха и начинает гореть самостоятельно, без пламени. Этот режим интенсивного горения углей внешне похож на тление, но в древнем быту назывался «жаром» в отличие от тления, которое поддерживает огонь как бы подспудно, в скрытом виде («тлеют как под пеплом головешки»). Пламенное горение называли пылом. Горение полностью обугленного полена (крупного куска углей) происходит в диффузионном режиме, точно так же, как и в случае тления древесины. Поэтому, если подуть на горящие угли воздухом, то они начинают светиться ярче, но в отличие от тления древесины пламя, естественно, не возникает, поскольку газообразным горючим продуктам взяться уже не из чего.

Возвращаясь к углям (к обугленному слою) на повехности тлеющей древесины, поясним, что обдув тлеющей древесины может перевести тление в пламенное горение, а может и потушить тлеющую древесину. Дело в том, что поток воздуха не только увеличивает подачу кислорода к тлеющим углям, но захолаживает сами угли за счёт конвективной составляющей теплообмена. Поэтому для надёжного перевода режима тления в режим пламенного горения необходимо плавно повышать скорость воздушного потока («раздувать» тлеющую древесину) так, чтобы температура поверхности углей непрерывно повышалась. Собственно, абсолютно такая же ситуация возникает и при «раздуве» дров, горящих пламенным горением. В любом случае при достижении кинетического режима дальнейшее увеличение концентрации кислорода уже не способно ускорить реакцию окисления: необходимо повышение температуры углей. Отметим попутно, что все эти соображения объясняют и факт перехода пламенного горения в тлеющее при снижении парциального давления кислорода в топке.

Смены режимов горения дров, казалось бы, осуществляются легко. Например, в печи открыли воздухозаборные отверстия топливника -появилось пламя, прикрыли - пламя увяло, дрова стали тлеть. На самом деле ситуация более сложная. Изменение скорости подачи кислорода -это лишь одна сторона процесса, обуславливающая изменение скорости тепловыделения и, как следствие, изменение скорости пиролиза. Но скорость пиролиза (действительно являющуюся основным отличием между тлением и пламенным горением) можно регулировать не только изменением тепловыделения, но и изменением теплопотерь. Например, лежит полено и тлеет. Можно подуть в зону тления, количество кислорода у раскалённой обугленной поверхности увеличится, скорость окисления возрастёт, и бревно загорится пламенем. Но можно положить рядом с тлеющим поленом ещё одно тлеющее полено так, чтобы тепловое излучение тлеющей поверхности одного полена грело тлеющую поверхность другого полена. В таком случае теплопотери на излучение уменьшаются, температуры обугливающихся слоев обоих поленьев возрастают, и между тлеющими поленьями возникает пламя. Подобный приём используется повсеместно и называется костром (рис. 96). Выход летучих облегчается в крупных щелях поленьев и особенно брёвен при пожарах: языки пламени рвутся в первую очередь из щелей. Подогревать тлеющую поверхность можно и внешним инфраскасным источником («отражательные» панели в пламенных печах), и пламенем другого полена или другого участка полена, что в принципе и обуславливает распространение огня по дровам. Так, вертикально расположенная спичка (полено) схватывается огнём лучше, если первичное пламя расположено снизу. Вместе с тем, в режиме увядания тления (при прекращении подачи воздуха или при охлаждении) именно щели и промежутки между поленьями становятся источниками дымления, поскольку в них дольше всего сохраняется высокая температура и высокая скорость пиролиза, хотя кислорода для сгорания горючих газов именно в них в первую очередь уже не хватает. Поэтому дольше всего дымят при тлении глубоко «изъеденные» расщелины (трещины) в обугленном слое древесины (обычно расположенные поперёк полена), причём дымление происходит белым дымом и чёрным (чадом) одновременно. Особенно долго дымят так называемые «головешки» - витиеватые сучки древесины.

Страницы: 1 2 3 4