Влияние интенсивности теплового потока на зажигание лесных горючих материалов

Аннотация. В статье представлены результаты экспериментального исследования процессов зажигания лесных горючих материалов (ЛГМ) инфракрасным тепловым излучением.

Ключевые слова: лесной горючий материал, зажигание, тепловой поток.

Лесные пожары оказывают серьезное влияние на флору и фауну, вызывая повреждение органического слоя, нарушение гидрологического режима территорий и загрязнение атмосферы продуктами сгорания. Лесные пожары, в то же время, являются факторами сохранения естественной динамики многих типов лесных экосистем, их продуктивности и биологического разнообразия.

Не обходимо отметить, что на сегодняшний день вопросы моделирования горения ЛГМ не разработаны в достаточной степени. Физические модели горения ЛГМ требуют совершенствования, для чего необходимо проведение экспериментов, для получения сведений об основах указанного процесса.

Для исследования одного из параметров, описывающих данное явление, а именно зависимости воспламенения от интенсивности теплового излучения были подобраны наиболее встречающиеся ЛГМ: слои из мхов, лишайников и мелких растительных остатков (опада, травяной ветоши).

В эксперименте использовались сухие материалы, предварительно высушенные в печи при температуре 95˚C, в течение 1 часа.

В качестве источника инфракрасного излучения была применена газовая инфракрасная горелка «Сибирячка».

Исследование температуры воспламенения ЛГМ производилось термопарой типа K, хромель – алюмель.

Для определения воспламенения от интенсивности теплового потока ЛГМ было проведено 15 измерений для каждого значения интенсивности теплового излучения.

Таблица 1

Время загорания ЛГМ в зависимости от интенсивности теплового излучения

Результаты исследования приведены на рис. 1.

Рисунок 1. Экспериментальные данные в зависимости от времени воспламенения образцов ЛГМ от плотности теплового потока

По результатам видеосъемки процесса установлено, что первым коротким этапом является инертный нагрев слоя ЛГМ. Следующим этапом процесса является газификация эфирных соединений и газофазное воспламенение смеси топлива с воздухом. Затем ЛГМ нагревается и начинает термически разлагаться с выделением газообразных продуктов пиролиза и их последующим вдувом в область повышенной температуры и воспламенением ЛГМ в газовой фазе. Для условий зажигания ЛГМ характерным является возникновение второго факела пламени (первый формируется в результате горения летучих продуктов, выделяемых частицей). Затем происходит объединение факелов и последующее распространение пламени по слою ЛГМ.

На рисунке представлены (Рис. 2) кадры видеосъемки процесса зажигания на примере листьев при интенсивности теплового излучения 11700 Вт/ м².

Рисунок 2. Кадры видеосъемки процесса зажигания ЛГМ (слой листьев) сфокусированным инфракрасным излучением при интенсивности теплового излучения 11700 Вт/ : а) t=0 сек – начальный вид слоя; б) t=10 сек – термическое разложение; в) t=30 сек – образование очага тления; г) t=40 сек – зажигание в газовой фазе

В результате экспериментов установлены условия и определены времена задержки зажигания слоя ЛГМ тепловым потоком от инфракрасной газовой горелки.