Диссертация (1172932), страница 8

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

Текст из файла (страница 8)

Плотность потока излучения после сетки I,вычисленная по формулам (2.1), (2.3) и (2.4) для расхода воды 80 г/c, равна:QSL  9,2 кВт/м2.(2.59)Тогда, рассеяние излучения капельно-воздушной средой, с учетомполученных в этой главе численных оценок, необходимых для этого величин,будет равно:LQВКQSL 2,0 кВт/м2.4,6(2.60)Так как температура сетки II равна температуре окружающего воздуха,то поглощение и рассеяние излучения на сетке II будет определяться толькоформулой (2.1):QSL22,0  103 250 Вт/м2.8(2.61)Таким образом, теплозащитный экран снижает плотность тепловогопотока в режиме «мокрой сетки» при расходе воды 80 г/с в 80 раз.

Проведенныерасчеты для форсунки с расходом воды в 65 г/с показывают, что коэффициентослабления плотности теплового потока теплозащитным экраном равен 66.2.7 Оценка коэффициента ослабления лучистого теплового потокапротивопожарной преградой при «стандартном» пожареДля расчета уменьшения плотности теплового потока за счет установкипротивопожарной преграды, необходимо выполнить расчет теплопередачиот огневого пространства малогабаритной печи, в которой проводились сертификационные испытания (см.

раздел 4.3.3 настоящей работы), через ее стенкии водяную завесу к наружному воздуху.Уменьшение плотности лучистого теплового потока, проходящего черезпротивопожарную преграду, оценим по величине коэффициента снижения плотности лучистого теплового потока:49kл гдеqл,q(2.62)kл – коэффициент снижения плотности лучистого теплового потока;qл – плотность лучистого теплового потока, падающего на поверхность противопожарной преграды со стороны огневого пространства печи, Вт/м 2; q – плотностьлучистого теплового потока на расстоянии 0,5 м от геометрического центранеобогреваемой поверхности конструкции преграды, полученная по результатамсертификационных испытаний, Вт/м2.Из-за повышенной сложности теплофизической картины процесса испытаний расчет будем проводить различными методами с использованием результатовсертификационных испытаний.Основой для расчета нагрева строительной конструкции от теплового излучения является уравнение лучистого теплообмена [95]: Tи  4  Tпов  4 q  ε пр с0   ψ 21 , 100100  где(2.63)q – плотность лучистого теплового потока, падающего на поверхностьконструкции, Вт/м2; Tи – температура излучающей поверхности, K; Tпов – температура на облучаемой поверхности конструкции, K; εпр – приведенная степеньчерноты системы; с0 – коэффициент излучения абсолютно черного тела, равный5,7 Вт/(м2K4); ψ21 – коэффициент облученности между излучающей и облучаемойповерхностями, в который в неявной форме входит расстояние r по нормалимежду излучающей и облучаемой поверхностями.Коэффициент облученности для одной четвертой части площади поверхности факела вычисляется по формуле [95]:ψ 21 1 abbaarctgarctg2 π  a 2  r 2a2  r 2b2  r 2b2  r 2,(2.64)где r – расстояние между излучающей и облучаемой поверхностями по нормали, м;а и b – стороны прямоугольника пламени [95], м.50Уравнение теплового баланса термодинамической системы, ограниченнойвнутренними поверхностями печи, имеет вид:Qпож  Qгаз  Qок  Qвых ,(2.65)где Qпож – тепловая мощность, выделяющаяся при горении природного газавнутри печи, Вт; Qгаз – тепловая мощность, идущая на нагрев газовой средывнутри печи, Вт; Qок – тепловая мощность, отводящаяся в стенки печии в противопожарную преграду, Вт; Qвых – тепловая мощность, уходящаясо смесью газов через систему дымоудаления из печи, Вт.Тепловая мощность, выделяющаяся при горении природного газа внутрипечи равна: Qпож = WгазQ = 240103/3600 = 22,2 кВт (здесь: Wгаз = 2 м3/ч –объемный расход природного газа; Q = 40 МДж/м3 – низшая объемная теплотасгорания природного газа).Тепловая мощность, идущая на нагрев газовой среды внутри печи, рассчитывается по формуле:Qгаз  ρc pVdT,dτ(2.66)где  – среднеобъемная плотность газовой смеси внутри печи, кг/м 3; cp – удельная массовая изобарная теплоемкость газовой смеси внутри печи, Дж/(кгK);V – внутренний объем печи, м3; T – среднеобъемная температура газовой смесивнутри печи, K;  – время от начала горения, с.Тепловая мощность, уходящая со смесью газов через систему вентиляциииз печи наружу равна:Qвых  ρc pTWвен ,(2.67)где Wвен – объемный расход системы дымоудаления из печи, м3/с.Тепловая мощность, отводящаяся в стенки печи и в противопожарнуюпреграду, рассчитывается из решения уравнений (2.65) – (2.67), в которыхсреднеобъемная температура принимается равной температуре «стандартного»пожара.

Результаты расчета вышеуказанной мощности показаны на рисунке 2.3.51Qок, кВт, мин.Рисунок 2.3  Зависимость тепловой мощности, отводящейся в стенки печии в противопожарную преграду, от времени с начала испытанийПлотность теплового потока, отводящаяся в стенки печи и в противопожарную преграду, равна:qок  Qок / Fок ,(2.68)где Fок – суммарная площадь внутренней поверхности стенок печи и противопожарной преграды, м2.Выполним оценку физических механизмов ослабления лучистого тепловогопотока противопожарной преградой в режиме «мокрой» сетки.Конвективный тепловой поток в сетку со стороны печи стремится к нулю,так как образующиеся пары воды являются преградой на пути движения продуктов горения к сетке (режим «оттеснения» пограничного слоя [96]).Плотность лучистого теплового потока, падающего на поверхность противопожарной преграды, можно записать в виде:qл  qл.м  qл.о ,(2.69)где qл.м – часть плотности лучистого теплового потока, падающая на металлическую поверхность преграды, охлаждаемую водой, Вт/м2; qл.о – часть лучистоготеплового потока, попадающая на отверстия металлической решетки, Вт/м2.52Из геометрических соображений:qл.м  kм qл ;(2.70)qл.о  (1  kм )qл ,(2.71)где kм = Fм / F – коэффициент, равный отношению площади поверхности преграды,занимаемой металлом (Fм, м2), к суммарной площади поверхности преграды (F, м2).При размерах металлической ячейки сетки 0,90,9 мм и квадратного отверстия ячейки 0,40,4 мм коэффициент kм = 0,6213.Таким образом, примерно 62,13 % суммарного лучистого теплового потока,падающего на противопожарную преграду, можно считать полностью поглощенной, отраженной и рассеянной металлической частью ячейки, и охлаждающейее водой.Этот вывод подтверждается результатами сертификационных испытаний,по которым температура на наружной поверхности металлической сетки, непосредственно контактирующей с газовой средой печи, не превышает 367 ºС.

Приэтой температуре величиной лучистого теплового потока, излучаемого наружнойповерхностью вышеуказанной металлической сетки внутрь противопожарнойпреграды, по сравнению с падающим на преграду лучистым тепловым потоком,можно пренебречь.Экспериментальное значение коэффициента снижения плотности лучистоготеплового потока (kл, выражение (2.62)) при температуре внутри печи 1000 ºСравно:kл = 100 (qл = 20 кВт/м2; q = 0,2 кВт/м2).Тогда коэффициент ослабления части лучистого теплового потока, проходящей через отверстия в металлической решетке, с учетом выражений (2.62)и (2.71), равен:kо qл.о (1  kм )qл k л (1  kм )k л  36,87.qqл53Таким образом, можно предположить, что примерно 36,87 % от падающегона поверхность преграды лучистого теплового потока, отражается и рассеиваетсяза счет дифракционных явлений внутри противопожарной преграды и поглощаетсяметаллическими сетками и охлаждающей водой.

Этот вывод можно объяснитьтем, что порядка 70 % длина волны теплового излучения сопоставима с размерами квадратного отверстия ячейки металлической. Поэтому процессы отраженияи рассеивания излучения превышают по своему эффекту процесс пропусканиялучистой тепловой энергии [92]. Подробный механизм дифракции требует дополнительных исследований.Таким образом, разработанная преграда поглощает, отражает и рассеивает99 % падающего на нее лучистого теплового потока. На рисунке 2.4 приведенапринципиальная схема ослабления лучистого теплового потока преградой прирассмотренных выше исходных данных.Рисунок 2.4  Принципиальная схемаослабления лучистого теплового потокапротивопожарной преградойВыполним оценочный расчет коэффициента снижения плотности лучистоготеплового потока противопожарной преградой (выражение (2.62)) с использованиемвыражений (2.63) и (2.64).При горении природного газа основное выделение паров воды и углекислогогаза происходит при реакции: СН4 + 2О2 = СО2 + 2Н2О.

При этом объемные долиуглекислого газа и паров воды составляют, соответственно: rCO = 0,167; rН O = 0,333.2254Степень черноты продуктов горения природного газа с учетом долей углекислого газа и паров воды для расчета приведенной степени черноты (ε пр) в выражении (2.63) определяли согласно литературе [96] с использованием соответствующих номограмм.Результаты расчетов величины плотности лучистого теплового потокав геометрическом центре необогреваемой поверхности конструкции преградыс использованием формул (2.63) и (2.64) в случае, когда газовая среда печи излучает наружу через открытую стенку (противопожарной преграды нет), в случае«стандартного» пожара представлены на рисунке 2.5 (кривая 1).

На рисунке 2.5также приведена зависимость от времени величины плотности лучистого теплового потока на расстоянии 0,5 м от геометрического центра необогреваемойповерхности конструкции преграды (кривая 2), приведенная в протоколе сертификационных испытаний [109].q, Вт/м23000025000200001500011000025000, мин.0020406080100120140160Рисунок 2.5  Зависимости плотности теплового потокаот времени при «стандартном» пожаре:1 – плотность лучистого теплового потока при отсутствии противопожарной преградыв геометрическом центре необогреваемой поверхности конструкции преграды (выражения (2.63)и (2.64)); 2 – экспериментальная зависимость от времени величины плотности лучистоготеплового потока на расстоянии 0,5 м от геометрического центра необогреваемойповерхности конструкции преградыЗависимость коэффициента снижения плотности лучистого теплового потока,определяемого по формуле (2.62), представлена на рисунке 2.655kл45040035030025020015010050, мин.0020406080100120140160Рисунок 2.6 – Зависимость коэффициента снижения плотностилучистого теплового потока от времениИз рисунка 2.6 видно, что коэффициент снижения плотности лучистого теплового потока существенно зависит от времени с начала «стандартного» пожара.Ниже приведены данные об изменении коэффициента снижения плотностилучистого теплового потока в зависимости от времени и температурных параметров (таблица 2.2).Таблица 2.2 – Изменение коэффициента снижения плотности теплового потокав зависимости от времени и температурыПромежуток времениот начала испытаний,мин.0 <  < 2020   < 4040   < 6060   < 8080   < 100100   < 120120   < 140140   < 160Диапазон изменениясреднеобъемной температуры,С20 < T < 814,6814,6  T < 884,7884,7  T < 945,3945,3  T < 988,4988,4  T < 1021,81021,8  T < 1055,21055,2  T < 1092,11055,2  T < 1092,1Коэффициент сниженияплотности лучистоготеплового потока, kл380  230230  170170  140140  120120  105105  9595  9090  80Таким образом, в случае «стандартного» пожара коэффициент ослаблениялучистого теплового потока рассматриваемой преградой изменяется в зависимости от времени с начала горения и его минимальное значение равно kл = 80.56ГЛАВА 3 СРЕДСТВА РАСПЫЛЕНИЯ ВОДЫ3.1 Выбор способа распыления и вида распылителяПроцесс распыления струи жидкости заключается в дроблении струи (илипленки) жидкости на большое число капель и распределении их в пространстве[97, 98].

Характеристики

Список файлов диссертации