Диссертация (1172861), страница 20

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

Текст из файла (страница 20)

При этом часть этих функций можетбыть представлена в точной аналитической форме, а часть описывается в видеаппроксимации эмпирических данных.Входящая в правые части уравнений (5.1) – (5.5) функция ψ имеетразличный вид в зависимости от того, как распространяется пожар [41]. Еслипожар распространяется по поверхности твердых горючих материалов покругу, то   уд vл2 2 ,(5.6)где ψуд (кг/м2·с) – удельная массовая скорость выгорания;vл (м/с) – линейная скорость, с которой распространяется пламя.Если пламя распространяется по полосе шириной b м, то  b уд vл .(5.7)Количество воздуха Ga, которое поступает в помещение из окружающейсреды через проемы за счет разности внешнего и внутреннего давлений, имассовый расход уходящих из помещения через естественную вентиляциюгазов Gm (продуктов горения), определяются по формулам [40, 41], в которыхпроизведено суммирование по всем N проемамGa N1,521,52 g 0 (  0   m )   i bi  y*  yiн  y*  yi  ,3i 1141(5.8)Gm N1,521,52 g m (  0   m )   i bi  y*  yiв  y*  yi  ,3i 1(5.9)гдеρ0 (кг/м3) – плотность наружного воздуха;ξi – коэффициент сопротивления проема с номером i; если ξi = 1, то проемоткрыт полностью, если ξi = 0, то проем полностью закрыт;bi (м) – ширина проема с номером i;y* (м) – высота от уровня пола до плоскости равных давлений;yiн (м) – высота от уровня пола до нижнего края проема с номером i;yiв (м) – высота от уровня пола до верхнего края проема с номером i;yi (м) – формальный параметр, определяемый для проема с номером i изусловий: y н , если iyi   y* , если yiв , еслиy*  yiн ,yiн  y*  yiв ,(5.10)y*  yiв .При этом высота y* плоскости равных давлений вычисляется по формуле [41]:y* p m  p0H,2 g  (0  m )(5.11)где H (м) – высота помещения;p0 (Па) – плотность наружного воздуха;g (м/с2) – ускорение свободного падения.В связи с тем, что включение противодымной вытяжной вентиляциипроисходит в некоторый момент времени τв, то массовый расход газа,выбрасываемого системой вытяжной вентиляции в окружающую средуопределяется соотношением0, при    в ;Gв    mVв , при    в .142(5.12)Здесь Vв (м3) – объем газов, выводимых системой вытяжной противодымнойвентиляции.Суммарный тепловой поток Qw через ограждающие конструкциипомещения (стены, потолок, пол) [40, 41]Qw    S w (Tm  Tw ) ,(5.13)гдеα (Вт/м2·К) – коэффициент теплопередачи между газовой средой иограждающими конструкциями;Sw (м2) – площадь поверхности ограждающих конструкций;Tw (К) – температура внутренней поверхности ограждающих конструкций.При этом предполагается, что α и Tw не зависят от пространственногорасположения очага пожара и типа конструкций.Коэффициент теплопередачи между газовой средой и ограждающимиконструкциями при пожаре в помещении определяется по эмпирическойформуле [41]4,07  (Tm  Tw )1/ 3 , 0, 0023(Tm 273),11,6  eТемпературавнутреннейповерхностиприTm  333K ;приTm  333K .ограждающих(5.14)конструкцийопределяется равенством [41]Tw  T0  0,2(Tm  T0 )  0,00065(Tm  T0 ) 2 ,(5.15)где T0 (К) – начальная температура окружающей среды.В качестве начальных исходных параметров при нормальных условиях впомещении до начала пожара приняты следующие значения: среднеобъемнаяплотность среды ρ0 = 1,2041 кг/м3; среднеобъемное давление p0 = 101325 Па;среднеобъемная парциальная плотность кислорода  0О2= 0,2787 кг/м3;среднеобъемная парциальная плотность токсичных газов (монооксид углерода,диоксид углерода, хлористый водород)  0т.г.

= 0; среднеобъемная оптическаяплотность среды μ0 = 0 (среда прозрачна).143Уравнениями (5.1) – (5.15) представлены интегральная математическаямодель пожара, в которой учитывается работа противодымной вытяжнойвентиляции с учетом ее времени включения и объемного расхода. Дляполучения решения представленной системы уравнений к ней необходимоприсоединить дополнительное равенство, которое описывает в динамикеудельнуюмассовуюскоростьнеустановившегосяпроцессавыгоранияжидкости и учитывает функционирование системы противодымной вытяжнойвентиляции.

Анализ формул для расчета динамики удельной массовой скоростивыгорания жидкости и результаты соответствующих экспериментальныхисследований изложены в следующих разделах диссертационной работы.5.2. Анализ формул для расчета скорости выгорания жидкости ирезультатов соответствующих экспериментальных исследованийГорение жидкости в помещении представляет собой сложный физикохимическийпроцесс,зависящийотеефизико-химическихсвойств,концентрации кислорода, площади поверхности горения, температуры и т.д.

Внастоящеевремяпроведенобольшоеколичествоэкспериментальныхисследований динамики удельной массовой скорости выгорания жидкости какв натурных помещениях, так и в физических моделях [4, 24, 40, 41, 57, 60]. Всеисследования несут частный характер и на их основе разработан рядэмпирических уравнений следующего общего вида [24]гдеφ1,φ2–коэффициенты  1  S1 ,(5.16)  2  S w ,(5.17)пропорциональности,определяемыепоэкспериментальным данным или приближенным аналитическим равенствам,зависящие от физико-химических свойств жидкости, концентрации кислорода,температуры и других факторов;S1, Sw – площади горения жидкости и общая площадь открытых проемов вограждающих конструкциях.144Одной из характеристик, оказывающей влияние на массовую скоростьвыгорания жидкости, является коэффициент полноты сгорания η, которыйотражает отношение сгоревшей массы вещества к его первоначальной.

Вработе [4] для определения коэффициента полноты горения полученаэмпирическая формула, справедливая в диапазоне среднеобъемной массовойдоли кислорода газовой среды от 0,105 до 0,23  0,63  0,2 xmO2  1500( xmO2 ) 6 ,где(5.18)xmO2 – среднеобъемная массовая доля кислорода в газовой средепомещения.В работах [7, 72] предложено использовать экспериментальные формулы,полученныеэкспериментальнымпутем,описывающиелинейнуюиквадратичную зависимости от среднеобъемной массовой доли кислородагазовой среды при пожаре в помещении  0  X ,(5.19)  0  2 X  X 2  ,(5.20)где η0 – коэффициент полноты горения на открытом воздухе;O2xmO2  xmin– отношение, которое характеризует запас кислорода в газовойX OO2xa 2  xminсреде на поддержание горения.В фундаментальных работах [4, 15, 41] выделяют два пограничныхрежима пожара:режим, регулируемый пожарной нагрузкой, имеющий место, когдав помещении для поддержания горения имеется достаточное количествокислорода.

В этом случае удельная массовая скорость выгорания зависиттолько от количества пожарной нагрузки;режим,регулируемыйвентиляцией,имеющийместо,когдакислорода в помещении не достаточно для поддержания горения. В этом случаеудельная массовая скорость выгорания зависит от количества поступающего впомещение через механическую и естественную вентиляции воздуха.145В реальных условиях процесс выгорания жидкости в помещенииосуществляется в промежуточном режиме, при котором на удельную массовуюскорость выгорания жидкости оказывает влияние количество пожарнойнагрузки, а источниками кислорода являются одновременно как внутренняягазовая среда, так и поступающий из внешней среды воздух.Чаще всего для определения удельной массовой скорости выгоранияпожарной нагрузки применяется равенство, предложенное профессором Ю.А.Кошмаровым [41]0 уд  K уд (1  K )0,23(Ga  Gв х ),LO2  S f(5.21)где0(кг/м2·с) – удельная скорость выгорания на открытом воздухе; удGвх (кг/с) – массовый приток воздуха через приточную вентиляцию;LO2(кг/кг) – потребление кислорода (количество кислорода, котороенеобходимо для сгорания единицы массы горючей нагрузки);Sf (м2) – площадь горения;К – функция режима пожара, описываемая следующим эмпирическимуравнением2K  xmO2 / 0,23  e 2 xmO2/ 0,115.(5.22)В работах [24, 57] предлагается принять выражение для коэффициентаполноты сгорания в виде равенстваxaO2 (Ga   a  Vв х )  K 0  (1  K ),LO2 (5.23)гдеxaO2 – массовая концентрация кислорода в воздухе при нормальных условиях;Vвх – объемная производительность приточной вентиляции.Для входящей в равенства (5.21), (5.23) функции режима пожара K вработах [24, 41, 57] предлагается принять следующее выражение1460, при Z  0;K  Z 2  e 2(1Z ) , при1, при Z  1,где0  Z  1;(5.24)Z – коэффициент, характеризующий промежуточный режим пожара,O2xmO2  xmlопределяемый отношением Z  O;O2xmt2  xmlO2– среднеобъемная концентрация кислорода, при которой завершаетсяxmlпереход от ПРН к ПРВ;O2– среднеобъемная концентрация кислорода, при которой начинаетсяxmtпереход от ПРН к ПРВ.График изменения функции режима пожара от среднеобъемной массовойдоли кислорода газовой среды при пожаре в помещении показан на рисунке 5.1.Функция режима пожара1,20,80,413200,230,140,02Массовая концентрация кислорода газовой среды1 – режим пожара, регулируемого нагрузкой (ПРН); 2 – промежуточный режим пожара;3 – режим пожара, регулируемого вентиляцией (ПРВ).Рисунок 5.1 – График изменения функции режима пожара в зависимостисреднеобъемной массовой концентрации кислорода газовой среды147Функциональная зависимость (5.21) описывает влияние измененияконцентрации кислорода газовой среды на удельную массовую скоростьвыгорания жидкости.

Концентрацию кислорода газовой среды можноопределить из уравнения (5.4), содержащего переменные, описывающиемассовые расходы воздуха через естественную и механическую вентиляции.Следовательно, в равенстве (5.21) неявно учитывается работа системыпротиводымной вытяжной вентиляции с помощью изменения массовой доликислорода в газовой среде. Однако, как будет показано при анализе рядаэкспериментальных исследований, удельная массовая скорость выгорания нетак быстро откликается на изменение концентрации кислорода газовой среды всторону увеличения, что обусловлено, прежде всего, затратами времени напрогрев жидкости. Кроме этого, в функциональной зависимости (5.21) неучитывается время включения противодымной вытяжной вентиляции и ееобъемный расход,что очевидным образом влияет на тепломассообменныепроцессы пожара.В отмеченных выше работах [24, 57] для массовой скорости выгорания(газификации) пожарной нагрузки предложена следующая полуэмпирическаязависимость уд   /  * , при    * ;  уд , при    * ,(5.25)где  * – время стабилизации горения.Представленная зависимость носит «гипотетический» характер, и для егоприменения на практике требуются экспериментальные данные определениявремени стабилизации горения жидкости в конкретно рассматриваемыхусловиях.Аналогичная зависимость предложена в работе [43], где представленоэмпирическое уравнение, описывающее зависимость удельной массовойскорости выгорания жидкости от тех же переменных, что и в (5.25) с учетомвесовых коэффициентов, полученных экспериментальным путем148 уд0 уд 0,3  0,7  /  * ,0 уд , при    * ,при   *;(5.26)При использовании равенств (5.21), (5.25), (5.26) необходимо задатьустановившуюся удельную массовую скорость выгорания жидкости и времястабилизации процесса горения.

Характеристики

Список файлов диссертации