Диссертация (1172861), страница 17

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

Текст из файла (страница 17)

(0)  0 .(4.8)Входящие в уравнения (4.2) – (4.7) такие параметры, как объем Vпомещения, площадь Sо.к. ограждающих элементов, теплота сгорания Qнргорючего материала, его дымообразующая способность D, стехиометрическиекоэффициенты LO2 , Lт.г. , энтальпия продуктов газификации iэ являютсяоднозначно определенными физическими величинами. Значения теплотысгорания Qнр зависят от природы горючих материалов, например, для дереваQнр = 13,8∙106 Дж/кг, для бензина Qнр = 41,8∙106 Дж/кг. Дымообразующаяспособностьгорючегоматериалаестьоптическоеколичестводыма,образующегося при сгорании единицы массы горючего материала: D = nχ, гдеn (Нп/кг) – количество частиц, образующихся при сгорании единицы массыгорючего материала, χ (м2) – эффективное сечение экстинкции частиц.Ряд величин, входящих в те же уравнения, зависят от параметровсостояния среды в помещении.

Сюда относятся: массовые расходы входящеговоздуха Ga и выходящих из помещения газов Gm; скорость выгорания ψ;коэффициентηполнотысгорания;поглощаемыйконструкциями и излучаемый наружу тепловой поток Qо.к..118ограждающимиРасходы уходящих газови поступающего воздуха при пожареопределяются значениями среднеобъемных параметров состояния газовойсреды в помещении и геометрическими размерами проемов.

Так как параметрысостояния среды в помещении изменяются, то будут переменными во временирасходы поступающего воздуха и уходящих газов. Кроме того, в определенныемоменты времени могут вскрываться дополнительные проемы, которые вначале пожара были закрыты. Например, при температуре 300 – 400 0Сразрушается остекление оконных блоков.Скорость выгорания ψ обозначает расход горючих газов, которыеобразуютсяповерхностиврезультатегорючихтермическогоматериалов.разложенияСкоростьиливыгоранияиспарениянасединицуповерхности воспламенившихся твердых и жидких горючих материаловназывается удельной массовой скоростью выгорания – ψуд (кг/с∙м2). Очевидно,что ψ = ψуд∙Sгм, где Sгм – площадь поверхности горючих материалов, охваченныхпламенем. В процессе испарения и пиролиза происходит поглощение тепловойэнергии.

Количественной мерой этого процесса являются теплота испарения итеплота газификации (пиролиза), значения которых различны для разныхвеществ. Следовательно, ψуд зависит от природы твердых и жидких горючихматериалов.По характеру горения твердые горючие материалы можно условноразделить на две группы. В первую группу входят такие материалы, горениекоторых протекает только в газовой фазе, при этом поверхностный слойплавится или сублимируется и испаряется. К этой группе относитсябольшинство синтетических полимерных материалов. Во вторую группу входятматериалы, при горении которых происходит термическое разложение свыделениемгазообразныхпродуктовиобразованиемобугленногоповерхностного слоя, который увеличивается по толщине в процессе горения.Характерным представителем таких материалов является древесина илифенольные полимерные материалы.

При развитии пожара в помещении в119течение достаточно большого интервала времени в горении участвуют восновном летучие продукты термического разложения.В процессе термического разложения происходит уменьшение массытвердого горючего материала, которое в расчете на единицу временихарактеризует скорость выгорания.

Для твердых материалов скоростьвыгорания зависит как от физической природы горючего материала, так и отпространственного расположения пожарной нагрузки, отдельные предметы идетали которой могут иметь сложную конфигурацию. Например, древесинаможет быть представлена в виде бревен, досок или в виде готовых столярныхизделий (мебель, полки, двери, оконные блоки и т.д.). Если та же древесинанаходится в штабелях, то при выгорании верхнего слоя будет наблюдатьсяснижение скорости выгорания, так как на поверхности горящего штабелянакапливается обугленный пористый слой и зольные остатки, препятствующиесвободному поступлению необходимого для процесса горения кислорода книжним слоям древесины.

Снижение скорости выгорания будет иметь место ипри горении синтетических полимерных материалов, например, оргстекла, ввиде различных обрезков (отходов производства), так как при размягчении иплавлении в процессе горения меняется макроструктура слоя, а, следовательно,и поверхность испарения.Массовая скорость выгорания ψ зависит от режимов выгорания горючихматериалов. При этом обычно рассматривают два предельных режима горениягорючей нагрузки [4].

Первый режим называют пожаром, регулируемымнагрузкой (ПРН), при котором имеется достаточное количество кислорода длявыгорания горючих материалов. В этом случае горение материалов впомещении происходит аналогично их горению на открытом воздухе. Второй –пожаром,регулируемымвентиляцией(ПРВ),прикоторомскоростьтепловыделения лимитируется количеством поступающего извне кислорода.Между ними имеют место промежуточные режимы, в процессе развитияпожара режимы выгорания могут последовательно менять друг друга.120Скорость, с которой выгорает материал, в определенной степени зависит и оттемпературы смеси газов в помещении.В работе [44] предложена математическая модель, описывающая процессвыгорания твердых материалов с учетом зависимости скорости выгорания отбольшинства перечисленных выше факторов.Значениеηвычисляют по эмпирическим формулам, полученным врезультате экспериментальных исследований пожаров в помещениях.

При этомη, как и ψ, определяется режимом выгорания горючих материалов, так какпрежде всего зависит от концентрации кислорода в газовой среде помещения.Эмпирические и полуэмпирические методы расчета тепловых потоков вограждающие конструкции основаны на результатах экспериментальныхисследований.

Для вычисления значений, зависящих от параметров состояниясреды, в ряде случаев необходимо привлечение дополнительных уравнений изтеорий горения, газообмена между смежными помещениями, конвективного илучистого теплообмена.Массовая эвакуация людей при пожаре происходит в его начальнойстадии. В этот период в помещениях с относительно небольшим количествомпроемов газообмен происходит, как правило, в одном направлении, изокружающейсредыпоступлениевоздухапрактическиотсутствует.Следовательно, в представленных выше дифференциальных уравненияхпожара можно положить Ga = 0. В жилых, бытовых, административных,лечебно-профилактических, спортивных, культурно-массовых помещениях изза наличия проемов среднее давление среды практически не меняется и равнодавлению наружного воздуха. Тогда, из формулы (4.7) mТ m  0Т 0  const ; dpm / d  0.Здесь ρ0, Т0 – плотность и температура среды до начала пожара.Кроме того, в начальной стадии пожара средняя температура иконцентрациякислородавпомещенииизменяютсянезначительно.Следовательно, коэффициент полноты сгорания η и дымообразующуюспособность горючего материала D в этот период можно считать постоянными.121Объем помещения, охваченного пожаром, V = const; коэффициенты kд= 1, kО2 =1, kт.г.

= 1, aT = 1.С учетом изложенных выше допущений уравнения пожара (4.2) – (4.6)принимают вид:d m   Gm ,d(4.9)Qнр  iэ  с рmТ mGm  Qо.к.  0 ,(4.10)d m D  m Gm  kc S о.к. ,dm(4.11)VVd mO2 mO2VG  LO2 ,dm m(4.12)d mт.г. mт.г.V Lт.г. G .dm m(4.13)Полученное в результате упрощений алгебраическое уравнение энергиипожара (4.10) позволяет вывести формулу расхода выходящих из помещениягазов в рассматриваемый момент времени. При этом в течение промежуткавремени, отвечающему начальной стадии пожара, можно принять, чтоотношение теплового потока, поглощаемого ограждающими конструкциями иизлучаемого через проемы, к тепловыделению в процессе горения естьвеличина постояннаяQо.к.   const .QнрВсоответствиисГОСТ12.1.004-91величинаφназываетсякоэффициентом теплопотерь. Тогда уравнение (4.10) запишется в виде:Qнр (1   )  iэ  с рmТ mGm  0 .Отсюда получаем выражение для секундного расхода выталкиваемых пригорении газов:Gm Qнр (1   )  iэс рmТ m122.(4.14)С учетом принятого выше условия  mТ m   0Т 0 равенство (4.14) можнопредставить в виде:Qнр (1   )  iэGm  m .с рm  0Т 0(4.15)С учетом (4.15) уравнения (4.9), (4.11) – (4.13) принимают вид: Q р (1   )  iэd m  1  нm  ,dс рm  0Т 0(4.16)d mQнр (1   )  iэ V D  m   k c S о.

к . ,dсТрm 0 0(4.17)d mO2Qнр (1   )  iэ О2 V   LO2 m  ,dс рm  0Т 0(4.18)d mт.г.Qнр (1   )  iэ т.г. V   Lт.г. m  .dс рm  0Т 0(4.19)VСистема полученных в результате дифференциальных уравнений не являетсясвязанной, решение каждого из них можно искать отдельно.Входящая в правые части уравнений (4.15) – (4.19) функция ψ имеетразличный вид в зависимости от того, как распространяется пожар [41]. Еслипожар распространяется по поверхности твердых горючих материалов покругу, то   уд vл2 2 ,(4.20)гдеψуд (кг/м2·с) – массовая удельная скорость выгорания;vл (м/с) – линейная скорость, с которой происходит распространение пламени.При этом масса горючих материалов, сгоревших к моменту времени τМ   d   уд v л2 3 .30(4.21)Если пламя распространяется по полосе шириной b м, то  b уд vл ;123(4.22)bМ   d   уд v л 2 .20(4.23)Представим формулы (4.21) и (4.23) одним равенствомМ  А n ,(4.24)где А   уд v л2 , n = 3 – при круговом распространении пламени;3А  b уд vл , n = 2 – при распространении пламени полосой.Входящий в уравнения (4.16) – (4.19) коэффициент теплопотерь φ неявляетсяуниверсальнойконстантой.Экспериментальныеисследованияпожаров показали, что эта величина зависит от размеров помещения,количества горючего материала, свойства ограждений и др., и, в общем случае,является переменной величиной в зависимости от времени развития пожара.Экспериментальные исследования пожаров в различных стадиях их развитияпоказали, что доля поглощаемого ограждающими конструкциями тепла отобщего выделяемого может составлять от 20% до 75% [4].

Характеристики

Список файлов диссертации