Flammenausbreitung

Flammenausbreitung beschreibt die fortschreitende Ausbreitung einer Flammenfront durch ein brennbares Medium oder über eine brennende Oberfläche. Sie ist ein zentrales Phänomen der Verbrennungstechnik und der Brandgefahr. Die Ausbreitung wird durch eine exotherme Reaktion der Brennstoff- Oxidator-Mischung getrieben, deren Wärme benachbarte Regionen zum Brennen anregt. In Gasen unterscheidet man die Ausbreitung in der Gasphase von der Ausbreitung an Feststoffen.

Gasphase: Häufig erfolgt die Ausbreitung als Deflagration, bei der Wärmeleitung und Diffusion die Front vorwärts tragen; die Flammenfront bewegt sich subsonisch. Unter bestimmten Bedingungen kann eine Detonation auftreten, bei der eine Druckwelle die Front treibt und die Frontgeschwindigkeit stark erhöht. Die Frontgeschwindigkeit hängt von Mischung, Druck, Temperatur, Turbulenz und Reaktionskinetik ab.

Oberflächen- oder Feststoffausbreitung: Hier wirkt Pyrolyse an der Oberfläche, Wärmeleitung ins Material und Transport brennbarer Gase zur Flamme. Wesentliche Größen sind Wärmeleitfähigkeit, Dichte, Zersetzungstemperaturen und Porosität. Oft bildet sich eine Char-Schicht, die die Ausbreitung verlangsamt. Schmolderbrand (Schwelbrand) kann später zu Flammen führen, besonders bei feuchten oder viskosen Materialien.

Faktoren und Anwendungen: Brennstoff- und Oxidatorkonzentration, Druck, Temperatur, Geometrie und Belüftung beeinflussen Geschwindigkeit und Ausmaß der Ausbreitung. Brandschutznormen dienen der Risikobewertung. In Forschung und Praxis kommen experimentelle Messungen und numerische Modelle (Laminar- bzw. turbulente Flammenmodelle, CFD) zum Einsatz, um Kenngrößen wie Flammenfrontgeschwindigkeit, Brennrate und Wärmefreisetzung zu charakterisieren.