Диссертация (1172861), страница 18

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

Текст из файла (страница 18)

В начальной стадиипожара допускается постоянное значение φ, например, в рекомендациях«Расчет необходимого времени эвакуации людей из помещений при пожаре»(М., ВНИИПО МВД СССР, 1989) принималось φ = 0,6.4.3. Определение времени достижения предельных значений потемпературе, концентраций кислорода и токсичных газовУравнения (4.16), (4.18), (4.19) с разделяющимися переменнымипозволяют определить критическую продолжительность пожара в помещении сочагом возгорания по условиям достижения предельно допустимого значениятемпературы, концентраций кислорода и токсичных газов.Введем следующее формальное обозначениеQнр (1   )  iэС.с рm  0Т 0Тогда уравнение (4.16) запишется в виде124(4.25)Vd m  1  С m  .d(4.26)Разделяя переменные и интегрируя части равенства в соответствующихпределах, с учетом (4.24) получимmd m1A n 1  С m  V d  V  .00(4.27)Отсюда1  С m1  С mAС ne Vln или1  С 01  С 0VAСn.В результате закон изменения средней плотности газовой среды в целомпринимает видAC1 1 m     0   e VС Сn.(4.28)Отсюда, с учетом принятого выше равенства ρmТm = ρ0Т0, получается формула,описывающая изменение средней температуры от времениС 0Т 0Тm 1  (1  С 0 )  eAC nV.(4.29)Из равенства (4.29) можно определить критическую продолжительностьпожара в помещении с очагом возгорания по условию достижения предельнодопустимого значения температуры ТкрТ крnТ кр (1  С0 )V.lnAC Т кр  C0T0(4.30)Окончательное равенство (4.30) можно упростить, рассмотрев порядоквходящих в него величин.

Для подавляющего большинства горючихматериалов теплота сгорания Qнр  107 Дж/кг; коэффициент теплопотерь  0,5 ; коэффициент полноты сгорания   1; теплоемкость газовой среды впомещении с рm  103 Дж/кг·К; произведение начальных значений плотности итемпературы 0Т 0  3 102 кг·К/м3; энтальпия продуктов газификации горючего125материала iэ пренебрежимо мала по сравнению с первым слагаемым, стоящим вчислителе выражения (4.25). Тогда в знаменателе под знаком натуральногологарифма по сравнению с вычитаемым Сρ0Т0 слагаемое Ткр мало, и его можноотбросить. В числителе в круглых скобках можно отбросить 1, так каквычитаемое более чем на порядок ее превышает.

В итоге упрощенноевыражение для времени достижения критической температуры в помещении сочагом возгорания принимает вид:Т крnV  Tкр .ln AС  Т 0 (4.31)Разделим переменные и проинтегрируем в соответствующих пределах сучетом (4.24) левую и правую части уравнения (4.18) mО20О2d mО2A  d    n .О2V0VLO2  С m(4.32)Отсюда получаем закон изменения среднеобъемной концентрации кислорода впомещении от времениО2m1  LO2  С 0О2  eС AС nV LO2  .(4.33)Из равенства (4.33) можно определить критическую продолжительностьпожара в помещении с очагом возгорания по условию достижения предельноО2допустимого значения концентрации кислорода  крО2крn LO  С 0О2Vln  2О2AС  LO2  С кр.(4.34)Разделим переменные и проинтегрируем в соответствующих пределах сучетом (4.24) левую и правую части уравнения (4.19) mт.

г .0d mт.г.A d   n .т.г .V0VLт.г.  С m(4.35)Отсюда получаем закон изменения от времени концентрации токсичных газов впомещении126т. г .mAС n Lт.г. 1  e V  .С (4.36)Из равенства (4.36) можно определить критическую продолжительностьпожара в помещении с очагом возгорания по условию достижения предельнот.г.допустимого значения концентрации токсичных газов  крт. г . крnПолученныезаконыLт.г.V.ln т.г . AС  Lт.г.

 С кр(4.28),(4.29),(4.33),(4.37)(4.36)изменениясоответствующих величин от времени и моменты времени (4.30) или (4.31),(4.34), (4.37) достижения критических значений по температуре, концентрациикислорода и токсичных газов действительны для помещения с объемом V, гденепосредственнонаходитсяочагвозгорания.Длядругихпомещенийнеобходимо рассмотреть процесс газообмена с учетом перепада давлений из-заразличной плотности газовой среды в помещении с очагом возгорания исмежных с ним.4.4.

Определение критического времени эвакуации по потеревидимостиКак уже отмечалось выше, актуальность исследования начальной стадиипожара обусловлена проблемой обеспечения безопасной эвакуации людей изпомещений здания. В этот период не происходит резкого изменения такихпараметров, как средняя температура, концентрации кислорода и токсичныхгазов. Определяющим фактором критического времени эвакуации людейявляется задымленность помещений [29], которая резко снижает ориентациюлюдей в пространстве и оказывает на них значительное психологическоевоздействие. Это подтверждают и экспериментальные исследования [16], гдеотмечено, что при анализе результатов экспериментов по задымлению зданий врежиме естественной вентиляции ведущим опасным фактором, определяющим127допустимое время эвакуации через коридор этажа пожара и лестничную клеткуна уровне этого этажа, является уменьшение видимости в дыму.

Максимальнаятемпература продуктов горения в лестничной клетке на уровне этажа пожара вовсех опытах не превышала предельного для человека значения. Скорость инаправление ветра оказывают существенное влияние на задымление здания.При ветре, направленном на окна помещения очага пожара, скорость и степеньзадымления здания возрастают. Вскрытие остекления в помещении очагавозгорания уменьшает задымление здания за счет увеличения газообменагорящего помещения с улицей и более полного выгорания пожарной нагрузки.При этом промежуток времени достижения критического количествадыма в помещении с очагом возгорания и смежных с ним можно условноразбить на два.

В течение первого интервала достигается критическаяконцентрация дыма в помещении с очагом возгорания, в течение второго этанасыщенная газовая смесь заполняет смежные помещения от потолка донекоторой критической высоты от уровня пола.Время достижения критической концентрации дыма в помещении сочагом возгорания можно определить, решив уравнение (4.17). В нем, вотличие от уравнений (4.16), (4.18), (4.19), переменные не разделяются из-заналичия последнего члена в правой части – kсSо.к.. Чтобы получитьаналитическое решение положим коэффициент седиментации kс= 0, то есть всечастицы поступают в газовую смесь и не осаживаются на ограждающиеконструкции. Приходим к уравнению с разделяющимися переменнымиd mQнр (1   )  iэ V D m  .dсТрm 0 0(4.38)Принимая обозначение (4.25), разделим переменные и проинтегрируем сучетом (4.24) полученное равенство в соответствующих пределахm0d m1A d   n .D  С m V 0VОтсюда получаем закон изменения во времени плотности дыма128(4.39)D m  1  e VС AСn.(4.40)Из равенства (4.40) можно определить период времени, в течениекоторого в помещении с очагом возгорания плотность дыма достигнет своегокритического значения μкрд крnдС момента времени  крV D.lnAC  D  Cкр (4.41)образующиеся при горении газы будутвыталкивать из помещения с очагом возгорания через проемы в смежныепомещения (коридоры, соседние комнаты и т.д.) уже плотно задымленнуюгазовую смесь.

Как имеющая более высокую температуру, эта смесьподнимется к потолку и начнет заполнять смежные помещения, опускаясь кполу. Расход Gm выходящих из помещения с очагом возгорания газов врассматриваемый момент времени займет некоторый секундный объем Vs(м3/с), причемGm  Vs   m .(4.42)Сравнивая равенства (4.15) и (4.42), получимQнр (1   )  iэVs .с рm  0Т 0(4.43)Тогда за конечный промежуток времени τ масса выталкиваемых газов Мτзаполнит некоторый объем Vτ, определяемый равенствомQнр (1   )  iэ V  Vs d d .сТрm 0 000(4.44)С учетом (4.21), (4.23), (4.24) получимQнр (1   )  iэV A n .с рm  0Т 0(4.45)Равенство (4.45) позволяет определить промежуток времени, за которыйгазовая смесь с критической плотностью дыма заполнит критический объем Vкр129всех помещений, смежных с комнатой, охваченным пожаром (на этаже, вотсеке и т.д.).

Этот объем вычисляется как произведение площади SΣ всехсмежных помещений, на расчетную высоту hрVкр  S  hp ,(4.46)где hр = h – hкр;h – высота помещений;hкр – критическое расстояние дымовой завесы от уровня пола.Подставляя Vкр в выражение (4.45), получим формулу для определенияVкритического промежутка времени  кр, в течение которого плотная дымоваязавеса заполнит объем VкрV крnс рm  0Т 0 S  h pA Qнр (1   )  iэ.(4.47)Окончательно критическое время эвакуации по потере видимости сучетом (4.25) принимает виддV кр   кр  крnS hV Dn  p ,lnAC  D  Cкр AC(4.48)где μкр определяется равенством (4.1), A и n – равенством (4.24), С – равенством(4.25); в первом подкоренном выражении правой части V – это объемпомещения, в котором непосредственно находится очаг возгорания; D –дымообразующая способность горючего материала.Равенство (4.47) получено в предположении заполнения критическогообъема всех помещений, смежных с очагом возгорания, плотной завесой дымасверху вниз до критического расстояния от уровня пола без учета хаотичногодвижения эвакуируемого потока людей.

Естественно, что это движениевызывает смешение верхних и менее задымленных нижних слоев воздуха, темсамымнесколькоснижаяконцентрациюдымаследовательно, незначительно увеличивая времяхаотичногодвижениялюдей,вызывающего130вверхнейчасти,и,V. Аналитический учет крсоответственнохаотичноеконвективное смешение газовой смеси, практически невозможен. Поэтому сдостаточнойдляпрактикиточностьюврасчетахможноопределятькритическое время эвакуации по потере видимости по предложенной вышеформуле.При проведении численного эксперимента установлено, что влияниеэнтальпиипродуктовгазификациигорючегоматериаланавеличинусреднеобъемной плотности дыма весьма незначительно. Так, в представленнойниже таблице 4.1 приведены значения μm в различные моменты времени,посчитанные по формуле (4.40) с учетом значения iэ=1,8∙106 Дж/кг длядревесины и без учета этой величины при прочих равных параметрах икруговом распространении пламени.

Анализ полученных табличных данныхпозволяет сделать вывод о возможности пренебрежения в дальнейших расчетахэнтальпией продуктов газификации горючих материалов (iэ=0).Таблица 4.1τ, с015304560μm при00,02690,21270,69871,571700,02690,21320,70421,6012iэ=1,8∙106μm при iэ=0На рис. 4.1 представлена графическая зависимость среднеобъемнойплотности дыма от времени в помещении с очагом возгорания при круговомраспространении пламени (кривая 1) и при его распространении полосой(кривая 2).

В расчетах принято: η = 1, φ = 0,5, срm = =103 Дж/кг·К, ρ0∙Т0 = 3∙102кг∙К/м3, V = 60 м3, iэ=0; из базы данных [41] типовой горючей нагрузки(мебель+бытовые изделия) для здания I-II степени огнестойкости Qнр = 13,8∙106Дж/кг,D = 270 Нп·м2/кг,ψуд = 0,0145 кг/м2·с,vл = 0,0108 м/с, ширинараспространения пламени b = 0,4 м.

Характеристики

Список файлов диссертации