Диссертация (1172861), страница 14

Просмтор этого файла доступен только зарегистрированным пользователям. Но у нас супер быстрая регистрация: достаточно только электронной почты!

Текст из файла (страница 14)

3.2.921 – горючее вещество; 2 – зона тепловыделения;T(К) – средняя температура газовой смеси в сечении колонки; G(кг/с) – массовый расходсмеси газов через поперечное сечение конвективной колонки на высоте z; zпл(м) – высотазоны тепловыделения; zо (м) – расстояние от поверхности горючего вещества до фиктивного(точечного) источника горения.Рисунок 3.2 – Схема тепломассообмена в элементарном объеме конвективнойколонкиПолучим уравнение для расчета распределения массового расхода смесипродуктов газификации, горения и воздуха по высоте конвективной колонки сиспользованием уравнений законов сохранения энергии и импульса в«квазиодномерном» приближении.Выделим элементарный объем высотой dz внутри колонки (рисунок 3.2).Допускаем, что тепловыделение распределено равномерно по всей высотепламенной зоны.

Тогда, согласно рис. 3.2, для смеси газов внутривышеуказанного объема, уравнение закона сохранения энергии имеет вид:c p G  dG T  dT   c p GT  c pTo dG 93Qпож (1  )dz ,zпл(3.4)где  – доля от выделившейся в очаге горения тепловой мощности,приходящаяся на поступающий в ограждения тепловой поток из зоныконвективной колонки.При этом при выводе уравнения (3.4) принимаем допущение о том, чтотепловыделение внутри пламенной зоны происходит равномерно по ее высоте.Уравнение закона сохранения импульса для газовой смеси и дыма,находящейся внутри контрольного объема высотой dz конвективной колонки, всоответствии с рис. 3.2 имеет вид:d wz2dp   g ,dzdz(3.5)гдеwz(м/с) – составляющая по вертикальной оси z средней скорости газовой смесии дыма в поперечном сечении колонки;z(м) – координата поперечного сечения колонки, отсчитываемая от поверхностигорения;(кг/м3) – средняя плотность в поперечном сечении колонки;g(м/с2) – ускорение свободного падения;p(Па) – статическое давление в поперечном сечении колонки.Уравнение (3.5) учитывает изменение расхода по высоте колонки вотличие от соответствующего уравнения в работах [62, 74].Совместно интегрируя уравнения (3.4) и (3.5) по координате z (от z=0 дотекущей координаты), получаем дифференциальное уравнение, из которогоможно найти распределение массового расхода по высоте колонки:CdGdz 2 z  tg  A  B  GG2  3333F(z)TF ( z) / F ( z ) /  02 A  tgp0 G g  0   F ( z) ,R(TGBz)0где94(3.6)AT0 R (2G  A  z  A  B / T0 )Q (1   )(м3/кг); B  пож(кгК/(мс)); С (м/с) –z плс рp 0F ( z)размерные параметры;F(z) (м2)– площадь поперечного сечения колонки на высоте z;pо(Па) – статическое давление в помещении перед пожаром на поверхностигорючего материала (z=0).Средняя температура по сечению колонки равна [41]:T  Tо Qпож (1  ).c pG(3.7)Величина угла полураскрытия конвективной колонки может зависеть какот высоты сечения колонки, так и от тепловой мощности, выделяющейся вочаге горения:  f z,Qпож  .(3.8)Таким образом, уравнения (3.6)-(3.8) позволяют учесть при расчетеформу конвективной колонки.3.3.

Экспериментальные исследования процесса распространениядымовой завесы в макете помещенияС целью изучения процесса распространения смеси продуктов горения,воздуха и дыма при пожаре проведены экспериментальные исследования намакете помещения высотой 1,5 м с поперечным сечением 0,70,7 м,представленном на рис. 3.3.Стенкизамкнутогоэкспериментальногообъема(условновыполненыгерметичного)изпрозрачногопрямоугольногоматериаласпроизвольно регулируемым по высоте потолком, что позволяет проводитьфотосъемку распространения продуктов горения по объему помещения.953а3121266hhS545S4б33121266hh54566S4Sв33121266hh65456S4S1 – макет помещения из прозрачного материала; 2 –перемещающийся по вертикали потолокпомещения; 3 – механизм перемещения; 4 – весы; 5 – горючий материал; 6 – фотокамера.Рисунок 3.3–Общий вид экспериментальной установки с расположениемгорючего материала в центре (а), в углу (б) и у стены (в) пола помещения96Рисунок 3.4–Фото от начала горения до полного задымления макета помещенияРисунок 3.5–Распространение дыма при расположении очага горения в углу97Процесс распространения дыма фиксировался с помощью стационарныхфотокамер через равные промежутки времени 2 с от начала горения до полногозадымления макета помещения (рисунок 3.4).

Изменение массы горючегоматериала фиксировалось с помощью электронных весов с погрешностьюизмерения 0,1 г.При проведении эксперимента горючий материал (фенолформальдегидная смола с наполнителем из древесной муки) располагали в центре, углупомещения (стеснение двумя поверхностями), а также около стены по еесередине (стеснение одной поверхностью).Во время выполнения экспериментальных исследований фиксировалисьследующие параметры:- изменение угла полураскрытия конвективной колонки  (см.

рис. 3.1);- время опускания дыма до низа помещения;- изменение массы горючего материала при сгорании.Высоту потолка h принимали равной 1,5 и 1,0 м (рисунки 3.4, 3.5).В ходе проведения эксперимента отмечено различие в характерераспространения смеси продуктов горения, воздуха и дыма в зависимости отместоположенияочагавозгорания.Например,вслучаестесненногорасположения очага (в углу или у стены) наблюдается более быстрое опусканиедыма на противоположной относительно очага возгорания стороне (рисунок3.5).Этотрезультатподтверждаетданныечисленныхэкспериментов,выполненных в работах [69, 77] (см.

рисунки 3.6, 3.7) с использованиемполевой модели [69].98Рисунок 3.6 – Поля температур в продольном сечении модельного помещения,проходящем через его ось симметрии, при горении турбинного масла [77]Рисунок 3.7 – Поля температур в продольном сечении модельного помещения,проходящем через его ось симметрии, при горении автомобиля [69]99Наснимках(рисунки3.8–3.10),иллюстрирующихтечениявэкспериментальном объеме на начальной стадии пожара, достаточно четковидно разделение областей объема помещения в соответствии с рис. 3.1.Условные границы конвективной колонки на рисунках 3.8–3.10 выделеныпрямыми линиями.Рисунок 3.8 – Фото характерного распространения дыма внутри экспериментального объема при расположении горючего материала у стены (h=1,5 м)100аба — h = 1,5 м; б – h = 1,0 мРисунок 3.9 – Фото характерного распространения дыма внутри экспериментального объема при расположении горючего материала в центре пола101аба — h = 1,5 м; б – h = 1,0 мРисунок 3.10 – Фото характерного распространения дыма внутри экспериментального объема при расположении горючего материала в углу макета102Из рисунков 3.8–3.10 видно, что при любом из рассматриваемыхместоположенийгорючегоматериала,границаконвективнойколонкираспространяется вверх приблизительно до середины высоты помещениясначала с постоянным углом полураскрытия, а затем этот угол резкоизменяется к нулевому значению.Таким образом, чтобы найти распределение массового расхода по высотеконвективной колонки из решения дифференциального уравнения (3.6),необходимо задать следующее условие:- при z  zk:   f z,Qпож  ;- при z > zk:  = 0;где zk – высота от пола помещения, на которой угол полураскрытия становитсяравным нулю.В первом приближении при z  zk можно принять  = 11 град.

[14].Для более точного определения зависимости угла полураскрытия отвысоты и мощности тепловыделения при пожаре необходимо тестироватьрешение уравнения (3.6) на экспериментальных данных по высоте пламеннойзоны.Пример такого подхода приведен в работе [73].Схема пламенной зоны конвективной колонки, принятая в [73],представлена на рисунке 3.11.В рассматриваемой работе угол  определялся из сравнения расчетнойвеличины высоты пламенной зоны с ее экспериментальными значениями придиффузионном горении жидкости, разлитой в поддоне.Результатычисленногоэксперимента[73]аппроксимированыследующими зависимостями:- при Qпож < 1,0 МВт:  = 0;- в диапазоне 1,0 МВт  Qпож < 10,0 МВт (с достоверностьюаппроксимации 0,992):  = 2,78Qпож  2,78.1031 – горючая жидкость; 2 – конвективная колонка; 3 – пограничный слой; 4 – пламенная зонаРисунок 3.11 – Схема пламенной зоныДля горения жидкостей можно использовать зависимости, предложенныев работе [127]:zплQ  0,235 пож  1000 zпл2/5 2,04r , 84r   2 gr  о(3.9)0 , 61,(3.10)где xпл – высота пламенной зоны, м; r – эквивалентный радиус поверхностигорючего материала, м;  – удельная скорость выгорания, кг/(см2).3.4.

Характеристики

Список файлов диссертации