Smoldering combustion in mixtures with inert material

Abstract

In dieser Arbeit wurden zu brennbaren Komponenten Inertstoffe in Größenordnungen von 2,5% bis 60% beigemischt. Dabei wurde das Selbstentzündungsund Schwelbrandverhalten, insbesondere der Effekte der Erhöhung der Reaktionstemperatur von ca 600 Grad Celsius auf 1200 Grad Celsius, bei ca. 50% Beimischung untersucht. Diese Effekte wurde maßgeblich mithilfe von isoperibolen und adiabaten Warmlagerungsversuchen und STA Untersuchungen durchgeführt. Zusätzlich wurden FTIR Untersuchungen durchgeführt. Das Ergebnis der experimentellen Untersuchungen ist, dass der Effekt der erhöhten Reaktionstemperaturen darauf zurückzuführen ist, dass die inerten Komponenten ein Stützkonstrukt bilden, welches beim Abbrand das Zusammenrutschen des Schüttgutes verhindert. Damit werden die Poren offengehalten und die Permeabilität vergrößert sich. Dadurch wir der Stoffaustausch vereinfacht. Des Weiteren wird durch die veränderte Strömung der Wärmetransport verändert und Wärmeverluste durch den Boden vermindert. Diese Effekte konnten auch durch Simulationen mit der Software COMSOL Multiphysics nachgewiesen werden.

For the research of the present dissertation inert materials at magnitudes of 2,5% to 60% were admixed to combustible components. Within this work, selfignition and smoldering fire were analyzed. Thereby, it was primarily focused on the effect of increasing the maximum reaction temperature from approximately 600 Grad Celsius C to 1200 Grad Celsius degree centigrade admixing approximately 50% of inert materials. For gaining the requested effects, isoperibolic and adiabatic hot storage experiments, STA investigations as well as FTIR analyzes were conducted. As a result, inert components provide a stabilizing construct which avoids a collapse of the bulk material while burning down. The stabilization causes the previously mentioned increased reaction temperature. Consequently, the pores are kept open which leads to an increasing permeability. This facilitates the exchange of gasses. Furthermore, modified flows cause a change in heat transport and reduce thermal loss through the bottom. These effects were proven by simulations with the help of the software COMSOL Multiphysics.