Семинар 5-6 Пожарная и взрывоопасная обстановка (Все семинар Готлиб Я.Г)

35

ИСТОЧНИК: “Защита в чрезвычайных ситуациях и гражданская оборона: в 2 частях,/ Ефимов В.Ф., Рябиков А.А., Титоренко Л.П., Чебыкин А.Д., под ред. Л.П. Титоренко Учебное пособие, часть 1, М.: Изд. ООО «Ториус 77», 2009 г.

Семинар 5-6 . Оценка пожарной и взрывоопасной обстановки

Оценка пожарной обстановки при авариях на ПОО.

Рассмотрим только один вид задач прогноза возможного возгорания я для случая:

воздействия на горючие материалы потока электромагнитного излучения в диапазонах ультрафиолетового, инфракрасного или светового излучения. Задачи этого вида решаются для оценки при пожарах возможности переброса пламени на соседние объекты, при оценке необходимых противопожарных разрывов между пожароопасными объектами и т.д. Решение основывается на законах лучистого теплообмена.

Инженерных расчетах лучисто­го теплообмена основываются на Законе Стфана-Больцмана, который экспериментально открыт в 1879 году Стефаном, теоретически обоснован и выведен в 1884 году Больцманом, который гласит:

энергия полусферического излучения абсолютно черного тела пропорциональна четвертой степени его абсолютной температуры, т.е.

E_o=σ_oT⁴ , (1)

где Е_о – энергия удельная, т.е. излучаемая в час с квадратного метра поверхности тела и приходящаяся на один градус абсолютной температуры тела, или плотность излучения.

σ_o - постоянная Стефана-Больцмана, σ_o = 20,766 · 10^-8 кДж /(м²·ч·К⁴) = = 5,67· 10^-8 Вт /(м²·К⁴)

Т – температура тела в градусах Кельвина.

В целях удобства вычислений при проведении практических расчетов¹ для написания закона используется величина

С_о= 20,766 кДж /м²·ч·К⁴= 5,67 Вт /м²·К⁴

и закон принимает вид

кДж /м²·ч (или Вт/м²). (2)

Если речь идет не об абсолютно черном, а о реальном теле, значения постоянных σ_o , С_о и всей излучаемой энергии будут меньше.

В случае реального тела используются обозначения

E=εT⁴ или , кДж /м²·ч (или Вт/м²).

Показатель для реального тела С = ε . С_о

Отношение называется степенью черноты реального тела, а само тело при ε < 1 называют серым.

В результате для тела с температурой Т можно написать

. (3) Уравнение теплообмена бесконечной плоской стенки

Лучистый теплообмен при пожарах представляет собой сложный физи­ческий процесс, зависящий от большого числа факторов, характеризующих как сам процесс формирования теплового излучения, так и его воздейс­твие на окружающие тела. Полностью учесть особенности каждого из этих факторов в аналитичес­ком выражении, описывающем процесс теплообмена, не представляется воз­можным, поэтому при проведении расчетов процесс представляется с большим количеством допущений.

Поэтому, в первом приближении, можно представлять излучающее или облучаемое тело в виде плоскости. Согласно закону Стефана-Больцмана и принятым допущениям можно заключить, что каждая плоскость не только излучает собственную энергию, но и отражает падающую на нее энергию, направляя ее в сторону излучателя.

При этом следует иметь ввиду, что часть падающей на нее энергии – это ее собственная энергия, отраженная противоположной плоскостью.

Баланс перечисленных энергий отражается в итоговом уравнении теплообмена плоской стенки следующим образом

(4) где q_1-2 - плотность светового потока, Вт/м²;

Е₁ – энергия, излучаемой первой плоскостью, - та ее часть, которая поглощается самим первым телом после отражения вторым телом.

Аналогичные величины для энергии, излучаемой второй плоскостью .

В результате для случая тел, представленных в виде бесконечных плоскостей, получим уравнение лучистого теплообмена в бесконечной плоской стенке для удельной энергии, передаваемой от первого тела второму в единицах плотности q_1-2 (Т₁ > Т₂), :

. Вт/м² (5)

где ε _пр – приведенная степень черноты, характеризующая процесс теплообмена двух плоскостей с учетом степеней их черноты:

(6)

При лучистом теплообмене между двумя параллельными бесконечными плоскостями на каждую точку плоскости падают лучи от всех точек противолежащей плоскости. В результате можно сказать, - во-первых, что энергия, падающая на точку, приносится лучами из полусферы, лежащей на облучаемой плоскости и с центром в этой точке, и, - во-вторых, все точки каждой плоскости с точки зрения теплообмена находятся в одинаковых условиях.

В практических расчетах принимается, что уменьшение энергии, воспринимаемой облучаемой точкой за счет уменьшения размеров излучателя, выражается коэффициентом облученности (полная величина) Ψ , равным отношению величины телесного угла, под которым виден излучатель, к площади полусферы:

Ψ = S (r²)/ 2 π r² (7)

При оценке возможности возгорания объектов облучаемой плоскости 2 от облучающей горящей плоскостью 1 основная формула расчета с учетом полной величины коэффициента облученности Ψ формула лучистого теплообмена в плоской стенке с конечными размерами приобретает вид:

= q_кр , где (9)

q_кр = q_1-2 - КРИТИЧЕСКАЯ ПЛОТНОСТЬ СВЕТОВОГО ПОТОКА, Вт/м², при которой возникает опасность возгорания некоторого защищаемого объекта от горящего источника,

для различных материалов приведены в табл. А1 Приложения А.

Т_ист = Т₁ - средняя температура факела пламени горящего материала, ⁰К,

приведенная в табл. А1 Приложения А ;

Т_доп = Т₂ = Т_м - температура самовоспламенения материала объекта защиты

(облучаемого вещества), ⁰К, приведенная в табл. А1 Приложения А ;

С_о = 5,67 Вт/м² К⁴ ; ε _пр - приведенная плотность черноты, для которой формула имеет вид: , где

ε _и = ε ₁ - степень черноты источника излучения (факела пламени), приведенная

в табл. А1 Приложения А.

ε _м = ε ₂ - степень черноты материала объекта защиты, приведенная для

различных материалов в табл. А2 и для защищаемого человека

(пожарного) в табл. А3 Приложения А. Для нахождения величины ПОЛНОГО коэффициента облученности  сделаны следующие допущения: . - факел пламени горящего объекта (излучателя) принимается (1) плоским ,

(2) прямоугольным и (3) расположенным параллельно облучаемому объекту, - исследуемая точка облучаемого объекта размещается на нормали к

одной из вершин этого прямоугольника.

Рассчитывать величину ПОЛНОГО коэффициента облученности , входящую в формулу q_кр можно в следующим порядке:

- (1) сначала определяются РАСЧЕТНЫЕ размеры факела пламени , которые в формализованном виде представляются размерами плоской прямоугольной площадки, условно за­меняющей реальное пламя .

Для определения размеров условной ОБЩЕЙ ПОВЕРХНОСТИ ВСЕГО ФАКЕЛА пламени вводится

* эмпирический коэффициента увеличения высоты факела К_ф,

который равен отношению высоты факела к высоте горящего объекта,

Значение коэффициента К_ф берется из таблицы А1 Приложения А.

* и также эмпирические правила определения ширины факела .

Для практических расчетов могут применяться следующие некоторые

ВАРИАНТЫ РАЗМЕРОВ ФАКЕЛА ПЛАМЕНИ (размеров плоской прямоугольной площадки, условно за­меняющей реальное пламя, и в дальнейшем характеризующей плоскую условную ОБЩУЮ ПОВЕРХНОСТЬ ВСЕГО ФАКЕЛА пламени):

*ВАРИАНТ 1. Горящие здания.

1а.Пожар в зданиях из несгораемых материалов; (горит один этаж).

Размеры пламени: - высота пламени равна высоте оконных проемов, умноженной на

коэффициент К_ф;

-ширина пламени равна сумме горизонтальных размеров окон ( размеры

простенков между окнами не учитываются).

1б.Пожар в здании из несгораемых материалов с крышей из сгораемых материалов.

Размеры пламени: - высота пламени равна произведению коэффициента К_ф на сумму высоты

оконных проемов плюс проекции ската крыши на вертикаль (здание

одноэтажное);

- ширина пламени равна сумме горизонтальных размеров окон ( размеры

простенков между окнами не учитываются).

1в.Горит здание из сгораемых материалов.

Размеры пламени: - высота пламени равна высоте здания до конька крыши, умноженной на

коэффициент К_ф ;

- ширина (длина) пламени определяется как произведение скорости распространения пламени на время до начала тушения. Это время условно принимается равным 15 мин. Скорость распространения пламени в большинстве практических случаев принимается равной 1 м/мин. (Полученная в результате длина пламени не должна превышать длину здания).

*ВАРИАНТ 2. Резервуары с легковоспламеняющимися и горючими