ΔΙΑΔΟΣΗ ΤΗΣ ΦΛΟΓΑΣ

Εισαγωγή

Μετά την ανάφλεξη που δημιουργείται στο μίγμα αέρος και καύσιμης ύλης, το επόμενο βήμα στην ανάπτυξη της φωτιάς είναι η διάδοση (διασπορά) της επιφανειακής φλόγας. Φυσικά η ανάπτυξη (πολλαπλασιασμός) της φλόγας δια του αερίου μίγματος είναι μια μορφή διάδοσης της φλόγας, αλλά ενδιαφερόμαστε κυρίως με την επιφανειακή διάδοση. Μια τέτοια διάδοση, συμπεριλαμβάνει τη συμμετοχή της υγρής ή στερεάς καύσιμης ύλης. Η περιοχή αεροποίησής της πρέπει να εκτείνεται από το σημείο της ανάφλεξης. Αυτό το είδος όμως της διάδοσης δεν συμβαίνει πάντα. Έτσι έχουν δοθεί ονομασίες σε διάφορα υλικά ως "μη - αυτοαναπτυσσόμενα", μετά από συγκεκριμένες δοκιμές. Παρά ταύτα, απλά και μόνο επειδή είναι "μη - αυτοαναπτυσσόμενα", για κάποια συγκεκριμένη δοκιμή, δεν σημαίνει ότι δεν θα αναπτυχθούν υπό άλλες συνθήκες έναυσης (ανάφλεξης). Τέτοιες ονομασίες σε υλικά έχουν αποδειχθεί απατηλές και συχνά αποδεικνύονται επικίνδυνες σε θύματα ατυχημάτων πυρκαγιών.

Αυτό το κεφάλαιο εξηγεί πώς μια φλόγα μπορεί να διαδοθεί επί επιφανειών καύσιμων υλών ή δια μέσου ενός πορώδους καλουπιού καύσιμου υλικού. Επίσης, η φωτιά μπορεί να αναπτυχθεί δια μέσου στερεών ως μια διαδικασία βραδείας καύσης ή φλόγωσης. Καίτοι παρουσιάζονται τύποι και θεωρία, όμως υπάρχει δυσκολία στην χρήση των σε πρακτικές εφαρμογές. Παρά ταύτα θα προσπαθήσουμε να ανακοινώσουμε (αναφέρουμε) μια βαθμίδα της ταχύτητας της διάδοσης φωτιάς στα διάφορα είδη υλικών ώστε να πάρουμε μια ποσοτική άποψη του θέματος.

Ορισμοί

Διάδοση της φλόγας είναι η διαδικασία όπου αυξάνεται η περίμετρος της. Θα μπορούσε να περιλαμβάνει και την διαδικασία των απομακρυσμένων αναφλέξεων εάν αυτές ήσαν συνεχείς.

Παραδείγματα διάδοσης φλόγας σε στερεές ή υγρές καύσιμες ύλες μπορούν να ιδωθούν σε πολλές φωτιές. Συγκεκριμένα, εννοούμε την επέκταση της καιόμενης περιοχής. Δεν πρόκειται για επέκταση της φλόγας, αλλά εξάτμισης της περιοχής και τροφοδοσίας της καύσιμης ύλης. Γενικά, μπορούμε να επωφεληθούμε από την ιδέα της διάδοσης της φλόγας, γεγονός που είναι πιο γενικό. Η διάδοση της φωτιάς εφαρμόζεται κατά την διαδικασία της ανάπτυξης της καύσης συμπεριλαμβανομένης της επιφανειακής διάδοσης της φλόγας, της ανάπτυξης της βραδείας καύσης και της πύρινης φλόγας κατά την ανάπτυξη προαναμεμιγμένης φλόγας.

Κατά τη διάδοση της φλόγας και γενικά κατά την ανάπτυξη της φωτιάς, τα φαινόμενα βαρύτητας και ανέμων παίζουν μεγάλο ρόλο. Οι ροές που απορρέουν από την άντωση της φωτιάς ή του φυσικού αέρος της ατμόσφαιρας μπορεί να βοηθήσουν ή να καταπολεμήσουν τη διάδοση της φλόγας. Το σχήμα 5-1 απεικονίζει αυτές τις φάσεις. Η ταχύτητα διάδοσης της φλόγας ορίζεται ως ο ρυθμός κίνησης της περιμετρικής θέσης Χρ. Το Χρ υποδηλεί την έκταση της πυρόλησης ή της αεροποιημένης περιοχής.

Πίσω από την περίμετρο της διαδιδόμενης πυρόλυσης, υπάρχει μια άλλη περίμετρος πέραν της οποίας η καύση ή οποιαδήποτε φλόγα έχει σταματήσει. Η περιοχή μεταξύ αυτών των δύο μετώπων ορίζει την κυρίως καύση ή την περιοχή πυρόλυσης. Η καύση αυτής της επιφάνειας πυρόλυσης και ο ρυθμός της πυρόλυσης σχετίζεται με το βασικό μεταβλητό είδος κινδύνου της φωτιάς. Αυτή η μεταβλητή ποσότητα, την οποία ορίζουμε ως ρυθμό καύσης, είναι άμεσα συνδεδεμένη με τον καθορισμό της θερμοκρασίας, της ορατότητας, της τοξικότητας και διάβρωσης της φωτιάς. Για το λόγο αυτό, ο ρυθμός διάδοσης της φλόγας παίζει σημαντικό ρόλο στην εκτίμηση του κινδύνου της φωτιάς.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Θεωρία

Η γενική ιδέα μιας θερμοκρασίας έναυσης είναι το κλειδί στην επεξήγηση της διάδοσης της φλόγας με απλούς, αλλά συμφωνά με τη φυσική, όρους. Στη διάδοση της φλόγας εφαρμόζεται η θερμοκρασία του οδηγού έναυσης (φλογίστρου) διότι πάντα θα υπάρχει ένα φλόγιστρο (η ίδια η φλόγα). Εάν εξετάσουμε το όχημα 5-1 πάλι, έχουμε χαρακτηρίσει την θέση Χρ στην θερμοκρασία έναυσης (ανάφλεξης) ως Tjg. Η θερμοκρασία μπροστά απά τη φλόγα, χαρακτηρίζεται ως Ts. Η απόσταση κατά μήκος της επηρεασθείσης επιφανείας από τη μετάδοση θερμότητας της φλόγας χαρακτηρίζεται ως 5f. Γενικά, οι φλόγες μπορούν να θερμάνουν την περιοχή μπροστά με πολλούς τρόπους. Αυτοί οι τρόποι εξαρτώνται από τη φάση (τρόπο) διάδοσης -προσανατολισμό, άνεμο - και από την φύση της στερεάς ή υγρής καύσιμης ύλης. Συμβολικά, αυτή η διαδικασία δείχνεται στο σχήμα 5-2.

Ο τύπος (εξίσωση) της ταχύτητας διάδοσης της φλόγας αναφέρει ότι ο ρυθμός της παρεχόμενης ενέργειας προς την νεοθερμαινόμενη καύσιμη ύλη προκειμένου να φθάσει αυτή (καύσιμη ύλη) στη θερμοκρασία Tig, ισούται με τον ρυθμό μετάδοσης της ωφέλιμης θερμότητας από την καιόμενη περιοχή q. Για το λόγο αυτό, έχουμε μια ισορροπία της διάδοσης:

[Ρυθμός απαιτούμενης ενέργειας] = [ρυθμός παρεχόμενης θερμότητος]

pVAc (Tig - T_{s) = q                                                                (5-1)}

όπου ρ = η πυκνότητα της καύσιμης ύλης c = η ειδική θερμότητα της καύσιμης ύλης Α = το εμβαδόν της εγκάρσιας τμής, wl

T_{s = η θερμοκρασία της καύσιμης ύλης πέραν της διακύμανσης της θερμοκρασίας της φλόγας}

Η ταχύτητα διάδοσης της φλόγας θα είναι:
V = -q/  pcA(Tjg-Ts)                                             (5-2)

Οι περισσότερες συγκεκριμένες περιπτώσεις διάδοσης φλόγας μπορεί να εξαχθούν απ' αυτόν τον τύπο, εφ' όσον προσδιορισθεί προσεκτικά το q και το Α. Θα υποθέσουμε ορισμένους κατά προσέγγιση τύπους. Αυτοί οι τύποι συμφωνούν με περισσότερο πολύπλοκες αναλύσεις πέραν του ρόλου αυτού του κειμένου. Αυτοί οι τύποι πρέπει να θεωρηθούν ως προσεγγιστικοί μέθοδοι, αλλά στερούνται μεγάλης ακρίβειας για όλες τις συνθήκες. Και εδώ, ο προσανατολισμός, ο άνεμος και η φύση της καύσιμης ύλης καθορίζουν τη διαφορά.

Διάδοση Επί Στέρεων Επιφανειών

Για τη διάδοση πάνω από στερεές επιφάνειες έχει παρατηρηθεί ότι ο πιο σημαντικός ρυθμός μετάδοσης θερμότητας παρατηρείται σε ένα μήκος δί όπως δείχνεται στο σχήμα 5-1. Έτσι:

q = q"6fw                                                           (5-3)
όπου q" είναι η θερμική ροή της μπροστινής φλόγας και W είναι το πλάτος της καύσιμης ύλης όπως δείχνεται στο σχήμα 5-2. Το εμβαδόν ροής Α είναι wl, όπου l είναι το πάχος της καύσιμης ύλης. Εάν αντικαταστήσουμε αυτούς τους τύπους στην εξίσωση (5-2), λαμβάνουμε:

V=q"δf/pcl(Tig - Ts)                                             (5-4)
Και εδώ, αναφερόμενοι στο σχήμα 5-1, το V είναι ο ρυθμός κίνησης της θέσης Χρ. Ο προσανατολισμός και η φυσική ροή ή οι συνθήκες αναγκαστικής ροής επηρεάζουν την απόσταση θέρμανσης δί και της ανάλογης θερμικής ροής της φλόγας q". Μετρήσεις έχουν δείξει ότι για την προς τα κάτω διάδοση επί τοίχου, η θερμική ροή είναι περίπου 70 KW/m για μια τιμή του δί περίπου 1 mm. Για την προς τα πάνω διάδοση επί τοίχου, η θερμική ροή είναι γενικά 25 KW/m καθ' όλη τη φωτεινή περιοχή της φλόγας για φλόγες που εκτείνονται από 0,20 έως 2 m. Τα τελευταία αυτά αποτελέσματα φαίνονται ότι είναι ανεξάρτητα από το είδος της καύσιμης ύλης του τοίχου. Έτσι, είτε έχουμε ένα τοίχο μουσκεμένο με βενζίνη ή μόνο τον ξύλινο τοίχο, η αρχόμενη θερμική ροή από τη φλόγα προς τον τοίχο είναι περίπου 25 KW/m .
Όπως και με την ανάφλεξη των στερεών υλικών, πρέπει να κάνουμε διαχωρισμό μεταξύ λεπτού και παχέως στερεού. Η επιφανειακή μεταφορά θερμότητας από τις φλόγες μπορεί μόνο να διεισδύσει μέχρι ενός συγκεκριμένου πάχους. Αυτή η, εις βάθος, θέρμανση γίνεται κατά τη διάρκεια θέρμανσης της επιφάνειας από την αρχική της θερμοκρασία Ts μέχρι την θερμοκρασία ανάφλεξης Tig. Αυτός ο χρόνος θέρμανσης είναι, πράγματι ο χρόνος ανάφλεξης που δημιουργείται από την θερμική ροή της διαδιδόμενης φλόγας.

Τα σύνθετα υλικά, όπως η γυψοσανίδα με χάρτινη πρόσοψη, θα πρέπει να εκλαμβάνονται ως απλά λεπτά υλικά για τον προσδιορισμό της ανάφλεξης και διάδοσης. Καίτοι το χαρτί στην γυψοσανίδα μπορεί να είναι λεπτό (Ι < 2mm), ο συνδυασμός των δύο (γύψου και χαρτιού) ενεργούν ως ένα παχύ υλικό, διότι η θερμοκρασία μεταφοράς της φλόγας από το κινούμενο χαρτί θα οδηγηθεί στον γύψο. Όμως, εάν το χαρτί αποσυντεθεί, τότε θα αναφλέγει και διαδοθεί ως ένα λεπτό υλικό.

Προς τα κάτω ή εγκάρσια διάδοση τοίχου

Για την προς τα κάτω ή εγκάρσια διάδοση επί της επιφάνειας τοίχου, ο συνδυασμός των δf και q", π.χ, (q")2δf, για τα παχιά στερεά, εξαρτάται από τη ροή του αέρα και της καύσιμης ύλης. Πα μια τέτοια διάδοση σε ακίνητο αέρα, αυτός ο συνδυασμός έχει αποδειχθεί ότι εξαρτάται από την καύσιμη ύλη και μπορεί να θεωρηθεί ως μια ιδιότητα της διάδοσης φλόγας καύσιμης ύλης. Αυτή η ιδιότητα χαρακτηρίζεται από το φ στην ακόλουθο εξίσωση:
V = φ / Kpc(Tig-Ts)2

Αυτό το είδος της διάδοσης φλόγας εμποδιζόμενης ροής θα συμβεί μόνο εάν η επιφανειακή θερμοκρασία είναι πάνω από μια κρίσιμη τιμή. Τέτοια στοιχεία μπορούν να ληφθούν από το πρότυπο A.S.T.M. Ε 1321. (Πρότυπη μέθοδος δοκιμής και προσδιορισμού ανάφλεξης και ιδιοτήτων διάδοσης φλόγας). Το σχήμα 5-3 δείχνει ένα χαρακτηριστικό παράδειγμα αυτού του είδους επιφανειακής διάδοσης φλόγας. Κάτω από την ελάχιστη θερμοκρασία διάδοσης, 120 "C, δεν πραγματοποιείται οποιαδήποτε διάδοση. Πάνω απ' αυτή τη θερμοκρασία, η διάδοση πραγματοποιείται με αυξημένη ταχύτητα καθώς αυξάνεται η επιφανειακή θερμότητα. Αυτό συμβαίνει, συμφωνά με το πρότυπο δοκιμών ASTM Ε 1321, δια θερμάνσεως από καυστήρα κεκλιμένου εξωτερικού πλαισίου.
Σε πραγματικές συνθήκες πυρκαγιάς, αυτό συμβαίνει δια μεταφοράς θερμότητας από τον ζεστό καπνό που περιέχεται στο δωμάτιο. Η φλόγα θερμαίνει μια πολύ μικρή περιοχή (~ 1 mm) μπροστά από το εγκάρσιο ή το προς τα κάτω διαδιδόμενο μέτωπο. Ο καπνός, αντίθετα, θερμαίνει τον τοίχο σε θερμοκρασίες (Ts) που εξαρτώνται από τον ρυθμό απελευθέρωσης ενέργειας της φωτιάς. Καθώς αυτή η επιφανειακή θερμοκρασία αυξάνει, η επιφανειακή φλόγα μπορεί να θερμαίνει τον τοίχο μέχρι την θερμοκρασία ανάφλεξης (390 °C) ταχύτερα. Υποθέστε ότι μια πυρκαγιά συμβαίνει σε ένα δωμάτιο με τοίχους από κόντρα - πλακέ, όπως δείχνεται στο σχήμα 5-3.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Μέχρι ενός σημείου η φωτιά έχει αρκετή θερμική ροή (πάνω από την κρίσιμη θερμική ροή για ανάφλεξη) για να ανάψει το κόντρα - πλακέ. Για να συμβεί εγκάρσια ή προς τα κάτω διάδοση της φλόγας, οι συνθήκες φωτιάς του δωματίου πρέπει να θερμαίνουν το κόντρα - πλακέ στους 120°C, που είναι η ελάχιστη θερμοκρασία διάδοσης. Εδώ, ο ρυθμός διάδοσης είναι μόνο 0,33 mm/s και φθάνει τα 3 mm/s ή περίπου 7 in/min (7 ίντσες/λεπτό) στους Ts = 300°C. Έτσι οι συνθήκες φωτιάς του δωματίου μπορούν να επιταχύνουν τη διάδοση της φωτιάς προς όλα τα δυνάμενα να καούν αντικείμενα. Η εξίσωση (5-6) προτείνει όπως όταν η επιφανειακή θερμότητα του κόντρα - πλακέ φθάνει τους 390°C, δηλ. την θερμοκρασία ανάφλεξης του, η ταχύτητα θα ήτο απεριόριστα γρήγορη. Αυτή η προϋπόθεση δεν είναι σωστή διότι καθώς το κόντρα - πλακέ φθάνει στην θερμοκρασία ανάφλεξης του, η αέρια πυρολυμένη καύσιμη ύλη στην επιφάνεια θα είναι μέσα στα όρια ευφλεκτικότητος της. Συνεπώς, η φλόγα θα διαδοθεί δια μέσου του αερίου μίγματος πλησίον της επιφάνειας, με την ανάλογο ταχύτητα προαναμεμιγμένης φλόγας (σχεδόν 30-100 mm/s).
Χαρακτηριστικά στοιχεία ληφθέντα από το πρότυπο ASTM Ε 1321 για εγκάρσια διασπορά φλόγας σε ακίνητο αέρα, δεικνύονται στον Πίνακα 5-1. Αυτά τα στοιχεία μπορούν να χρησιμοποιηθούν για την κατασκευή σχημάτων, όπως αυτό του σχήματος 5-3. Τα στοιχεία δεν πρέπει να γενικεύονται και για παρόμοια υλικά διότι οι συνθέσεις τους πιθανόν να μην είναι όμοιες ακριβώς ή μπορεί να περιέχουν επιβραδυντικά υλικά. Όμως, γενικά αντιπροσωπεύουν μια κατασκευή ή υλικά εσωτερικής χρήσεως. Οι τιμές των Tig και Kpc θα ίσχυαν και για άλλους υπολογισμούς, ανάφλεξης και διασποράς της φλόγας, τα φ και Tsmin, ισχύουν μόνο για συνθήκες εγκάρσιας διασποράς σε ακίνητο αέρα.
 

 

 

 

 

 

 

 

 

Προς τα πάνω ή βοηθούμενη από τον άνεμο διασπορά

Η διασπορά φλόγας προς την κατεύθυνση της ροής του αέρος γενικά αναφέρεται ως βοηθούμενη από τον άνεμο διασπορά. Η προς τα πάνω διάδοση φλόγας σε ένα τοίχο ή η διασπορά φλόγας κάτω από ένα ταβάνι σε ακίνητο αέρα, επίσης, καλείται "βοηθούμενη από τον άνεμο". Σ' αυτές τις περιπτώσεις ο άνεμος οφείλεται απλά στη ροή λόγω άντωσης που προκαλείται από την ίδια τη φωτιά. Η απαιτουμένη θέρμανση για την πρόκληση διασποράς της φλόγας, κυρίως, προκαλείται από τη μεταφορά θερμότητας από την επιμηκυμένη φωτεινή (καθαρή) φλόγα που είναι πλησίον της επιφανείας. Η φλόγα προεκτείνεται καθ' όλο το μήκος δf όπως δείχνεται στο σχήμα 5-1. Αυτή η απόσταση εξαρτάται από το εκπέτασμα (μήκος έκτασης) της καύσης. Θα δούμε στο Κεφάλαιο 7 ότι το μήκος της φλόγας κυρίως εξαρτάται από το ρυθμό απελευθέρωσης ενέργειας της φωτιάς που την προκαλεί (τη φλόγα).
Ας θεωρήσουμε ένα σενάριο μιας προς τα πάνω διασποράς φλόγας επί ενός κάθετου τοίχου. Μια πυροδοτούσα φωτιά, τοποθετημένη κοντά σε ένα τοίχο, την προσβάλει (παρεμποδίζει) με αρκετή θερμική ροή ώστε να αναφλέξει τον τοίχο κατά μήκος μιας θερμασμένης έκτασης (μήκους) Χρ. Σ' εκείνο το σημείο η συνδυασμένη καύσιμη ύλη από τη φωτιά που μόλις άναψε και το τμήμα του τοίχου που πυροδοτήθηκε παράγουν μια φλόγα ύψους Xf. Η επέκταση της φλόγας δ/ είναι Xf - Χρ. Η ταχύτητα διασποράς της φλόγας στο σημείο επίθεσης της (εκροής) δίδεται από την εξίσωση (5-5), όπου ο χρόνος ανάφλεξης (tig) εξαρτάται από την θερμική ροή της φλόγας σ' εκείνη τη χρονική στιγμή. Καθώς η φωτιά στον τοίχο συνεχίζει να διασκορπίζεται, θα εξαρτάται όλο και λιγότερο από την πυροδοτούσα φωτιά. Πράγματι, η πυροδοτούσα φωτιά μπορεί και να σβήσει. Επίσης, ο τοίχος μπορεί να καεί ολοσχερώς. Αμφότερες οι προηγούμενες εξαφανίσεις (σβησίματα) θα ελαττώσουν το ύψος της φλόγας Xf. Εναλλακτικά το υλικό του τοίχου μπορεί να περιέχει αρκετή καύσιμη ύλη (π.χ. κόντρα - πλακέ συγκρινόμενο με ταπετσαρία τοίχου επί γυψοσανίδας) ώστε να προκαλέσει στο Xf να συνεχίζει να αυξάνεται. Εάν το Xf εξαρτάται άμεσα από το Χρ η ταχύτητα της φλόγας θα επιταχυνθεί, διότι το Xf υπερβαίνει το Χρ.
Για το λόγο αυτό, η προς τα πάνω ή από τον άνεμο βοηθούμενη διασπορά φλόγας, γενικά, εξαρτάται από τη φύση της πυροδοτούσας φωτιάς και των ιδιοτήτων καύσης του τοίχου. Φυσικά, εάν αυτό το σενάριο της, προς τα πάνω, διασποράς της φλόγας συμβεί σε δωμάτιο, το στρώμα καπνού θα αυξήσει τηνΤ5 προκαλώντας την αύξηση της επιφανειακής ταχύτητας όπως, στην προς τα κάτω ή εγκάρσια διασπορά. Όμως, αντίθετα από την προς τα κάτω διασπορά, όπου το δf είναι μικρό και σχεδόν σταθερό (~ 1 mm), η προς τα πάνω διασπορά το δf μπορεί να αυξηθεί απότομα ή μειωθεί λόγω της καύσης και των ιδιοτήτων της ροής που επηρεάζουν το μήκος της φλόγας, Xf. To αποτέλεσμα είναι ότι, η διασπορά της φλόγας προς το πάνω μέρος (κατεύθυνση) του τοίχου, κάτω από ταβάνι, ή η καθοδηγούμενη φλόγα από τη ροή αέρος εντός αγωγού εξαέρωσης, είναι όλες διαφορετικές. Η ικανότητα μας να γράφουμε ακριβείς τύπους, για κάθε περίπτωση, περιορίζεται και για το λόγο αυτό περιοριζόμεθα στο γενικό πλαίσιο της εξίσωσης (5-5) προς το παρόν. Αντίθετα από την περίπτωση της διάδοσης φλόγας εμποδιζόμενης ροής όπου το δι είναι σταθερό, αυτές οι περιπτώσεις επιβοηθούμενες από τον άνεμο θα είναι ασταθείς, διότι το δί θα αλλάξει καθώς η φλόγα προχωράει (διευρύνεται). Η διάδοση (διασπορά) θα επιταχυνθεί ή θα σταματήσει. Το σχήμα 5-4 δίδει παραδείγματα της προς τα πάνω διάδοσης σε υλικά επί γωνιακών τοίχων τα οποία υπόκεινται σε 100 KW πηγής ανάφλεξης με πυροδοτούσα θερμική ροή των 40 KW/m. Χαρακτηριστικοί ρυθμοί της προς τα πάνω διάδοσης μπορεί να ποικίλουν από 1 έως 200 cm/s.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Διάδοση σε Υγρά

Η επιφανειακή διάδοση φλόγας στα υγρά έχει παρόμοιους μηχανισμούς με εκείνους που αναλύθηκαν για τα στερεά. Όμως, στα υγρά διαφέρει στο γεγονός ότι η κίνηση μπορεί να προκληθεί λόγω της διαδιδόμενης φλόγας. Το γεγονός ότι η επιφάνεια του υγρού είναι πιο ζεστή κάτω από τη φλόγα απ' ότι το ψυχρότερο υγρό που είναι αντίθετο προς το ρεύμα, οδηγεί σε μια ροή αντωτική που μπορεί να επηρεάσει την διαδικασία διάδοσης της φλόγας. Επίσης, η κίνηση μπορεί να προκληθεί μέσα στο υγρό από το ιξώδες ή από την επιφανειακή τάση. Η διακύμανση της επιφανειακής τάσης είναι ο πρωτεύον μηχανισμός που κάνει την επιφανειακή διάδοση της φλόγας στα υγρά να διαφέρει από τα στερεά επειδή η επιφανειακή τάση ελαττώνεται με τη θερμοκρασία, το ψυχρότερο υγρό, μπροστά από τη θέση ατμοποίησης Χρ στην θερμοκρασία ανάφλεξης Tig έχει μια υψηλότερη επιφανειακή τάση. Η αγώγιμη θερμότητα κατά μήκος της υγρής επιφάνειας μεταξύ της θερμοκρασίας Tig και Ts, για μια απόσταση δ/, καταλήγει σε μια επιφανειακή τάση που "έλκει" την φλόγα προς την ψυχρότερη περιοχή. Εδώ, μιλάμε για διάδοση φλόγας σε οριζόντια υγρή "λακούβα" χωρίς την βοήθεια του ανέμου. Αυτή η επίδραση της επιφανειακής τάσης δεν θα είναι σημαντικός παράγοντας σε επιβοηθούμενη από άνεμο διάδοση διότι η επιφανειακή θερμική ροή της φλόγας θα κυριαρχεί (επικρατεί). Για διάδοση φλόγας σε υγρή "λακούβα" στον ακίνητο αέρα, η επίδραση της επιφανειακής τάσης προκαλεί σημαντική μεταφορά θερμότητας δια μέσου του υγρού μπροστά από τη φλόγα. Αυτή η υγρή μεταφορά θερμότητας αυξάνει την επιφανειακή μεταφορά θερμότητας που δημιουργείται από το μέσο διάστημα του αέρος. Έτσι, από την εξίσωση (5-2), η ταχύτητα διασποράς της φλόγας στο υγρό επαυξάνεται πέραν απ' ότι θα αναμέναμε για ένα στερεό συγκρίσιμων ιδιοτήτων. Αυτή η αύξηση οφείλεται σ' αυτές τις αντωτικές και επιφανειακής τάσης ροές της υγρής καύσιμης ύλης.
Το σχήμα 5-9 δείχνει πειραματικά αποτελέσματα του ΑΚΙΤΑ για μια "λακούβα" 2,6 cm επί 1,0 cm βάθους. Η θερμοκρασία ανάφλεξης του μεθυλοπνεύματος είναι η ίδια με το σημείο ανάφλεξης, το οποίο είναι 11 °C. Σ' αυτή την θερμοκρασία, ένα μίγμα αέριας καύσιμης ύλης υπάρχει στην επιφάνεια που μπορεί να πυροδοτηθεί με καθο-
 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

δηγούμενη φλόγα (φλόγιστρο) ή ένα μικρό σπινθήρα. Τα αποτελέσματα της ταχύτητος της φλόγας καταγράφονται (αποτυπώνονται) δίπλα από την αρχική θερμοκρασία του υγρού Ts, παρόμοια με το σχήμα 5-4, για κόντρα - πλακέ.
Τα αποτελέσματα διαφέρουν χαρακτηριστικά λόγω μιας παλλόμενης περιοχής που επιδρά στην υγρή διάδοση. Εδώ ο ρυθμός διάδοσης μπορεί να ταλαντεύεται μεταξύ των μέγιστων και ελάχιστων τιμών που δεικνύονται. Επίσης, στο σχήμα 5-9 οι ταχύτητες της προαναμεμιγμένης αέριας φάσης δεικνύονται με σαφήνεια για θερμοκρασίες πάνω από το σημείο ανάφλεξης. Τέτοια αποτελέσματα δεν εδείχθησαν για το κόντρα - πλακέ στο σχήμα 5-3.

Χαρακτηριστικοί Ρυθμοί Διάδοσης Φωτιάς

Όπως είδαμε, η διάδοση της φλόγας είναι ένα πολύπλοκο φαινόμενο της ανάπτυξης της φωτιάς που δεν προσφέρεται εύκολα σε ποσοτική ανάλυση. Υπάρχουν τύποι, αλλά συνήθως στερούνται πληροφοριών για τις μεταβλητές τους και για τις ιδιότητες της καύσιμης ύλης. Για να τεθούν οι ρυθμοί διάδοσης της φωτιάς σε σειρά, ο πίνακας 5-2 παραθέτει χαρακτηριστικές τιμές που μπορεί να είναι χρήσιμες για τον χαρακτηρισμό των διαφόρων φαινομένων διάδοσης. Ακόμη και χωρίς την εφαρμογή τύπων, τα στοιχεία του πίνακα μπορούν να χαρακτηρίσουν τα φαινόμενα της διάδοσης της φωτιάς.

Πίνακας 5-2 Χαρακτηριστικοί ρυθμοί διάδοσης φλόγας
Διάδοση                                                               Ρυθμός (cm/s)
Βραδεία καύση                                                         0.001 - 0.01
Εγκάρσια ή προς τα κάτω διάδοση σε παχιά στερεά                    0.1
Καθοδηγούμενη από τον άνεμο διάδοση δια μέσου                  1-30
υπολειμμάτων δάσους ή θάμνων
Προς τα πάνω διάδοση σε παχιά στερεά                             1.0 -100.
Οριζόντια διάδοση σε υγρά                                               1.0 -100.
Προαναμεμηγμένες φλόγες                                              10. -100. (στοιχισμένη)
                                                                                            10 (εκρήξεις)

Συνήθεις Μέθοδοι Δοκιμών

Υπάρχουν αρκετοί μέθοδοι δοκιμών των υλικών, που βασίζονται στη διάδοση της φλόγας, ορισμένες εκ των οποίων αποτελούν τη βάση των κανονισμών πυρασφάλειας των ΗΠΑ. Οι περισσότερες απ' αυτές τις δοκιμές δημιουργούν καταλόγους για τον προσδιορισμό της διάδοσης και δεν στηρίζουν βασικά στοιχεία για τον υπολογισμό της. Ορισμένες μπορούν ακόμη να οδηγήσουν σε λανθασμένα αποτελέσματα διότι η απόδοση της δοκιμής πιθανόν να μην αντανακλά στα πραγματικά σενάρια πυρκαγιών.
Αλλες δοκιμές έχουν παίξει παραδοσιακό ρόλο ελέγχου της πυρασφάλειας και έχουν στηριχθεί από εμπειρική βάση πληροφοριών (βλέπε Πίνακα 5-3). Η δοκιμή της σήραγγας του STEINER (ASTM Ε 84) είναι μια δοκιμή διάδοσης της φλόγας επιβοηθούμενη από άνεμο με το υπό εξέταση υλικό ευρισκόμενο στο ταβάνι αγωγού. Δίδει ένα ρυθμό διάδοσης (διασποράς) που ομαλοποιείται σε έναν ρυθμό 100, τον ρυθμό διάδοσης καιόμενης βαλανιδιάς. Καίτοι το πρότυπο ASTM Ε 162 αφορά σε δοκιμή προς τα κάτω διάδοσης της φλόγας, οι μετρήσεις που έγιναν σ' αυτή τη δοκιμή μεθοδεύτηκαν έτσι ώστε να δώσουν παρόμοια αποτελέσματα καταλόγων με το πρότυπο ASTM Ε 84. Το εν λόγω πρότυπο (ASTM Ε 648) αφορά σε δοκιμές που πράγματι δίδουν αποτελέσματα με μηχανολογικούς όρους. Δίδει την ελάχιστη θερμική ροή που απαιτείται για οριζόντια διάδοση φλόγας σε υλικό επί πατώματος. Αντίθετα το πρότυπο ASTM Ε 1321 δεν χρησιμοποιείται για σκοπούς ρυθμιστικούς, αλλά δημιουργεί μηχανολογικά στοιχεία για υπολογισμούς της διάδοσης φλόγας. Τέτοια στοιχεία παρατίθενται στον πίνακα 5-1.

Πίνακας 5-3 Εμπειρικές δοκιμές πρότυπων διαδόσεων φλογών

ASTM Συμβολισμός: Ε 84     Πρότυπη μέθοδος δοκψής για χαρακτηριστικά καιώμενης επιφάνειας υλικών κτιρίων (δομικών)
ASTM Συμβολισμός: Ε 162   Πρότυπη μέθοδος δοκιμής για επιφανειακή ευφλεκτικότητα υλικών που χρησιμοποιούν μία ακτινοβόλο πηγή ενέργειας θερμότητας
ASTM Συμβολισμός: Ε 648   Πρότυπη μέθοδος δοκιμής για κρίσιμη ακτινοβόλο ροή συστημάτων επικάλυψης πατωμάτων χρησιμοποιώντας ακτινοβόλο πηγή ενέργειας θερμότητας.
ASTM Συμβολισμός: Ε 1321 Πρότυπη μέθοδος δοκιμής προσδιορισμού ιδιοτήτων ανάφλεξης και διάδοσης φλόγας των υλικών.

Αρκεί να αναφέρουμε ότι δεν έχει ακόμη επινοηθεί πρότυπο το οποίο θα δίδει άμεσα ένα πλήρες σετ μηχανολογικών στοιχείων που απαιτούνται για την πρόβλεψη της διασποράς της φλόγας. Αυτή η ατέλεια (μειονέκτημα) είναι σοβαρό πρόβλημα στην εκτίμηση των κινδύνων από επέκταση της φωτιάς των νέων υλικών καθώς και των εφαρμογών των.