Диссертация (1172938), страница 11
Текст из файла (страница 11)
определениеусловий частичного подобия.Принимаем свободное развитие пожара в помещениях с существенноразличающимися размерами при горении твердых и жидких горючих веществ иматериалов.Схема пожара в герметичном маломасштабном объеме, используемая дляопределения показателя токсичности продуктов горения при стандартныхиспытаниях [7] была рассмотрена в главе 2 (п.
2.2).Необходимо определить:–зависимостьсреднеобъемнойплотностимонооксидауглеродаот температуры;–коэффициентпропорциональностимеждуплотностьюСОи отношением L/ Qнр для различных значений коэффициента ϕ,где L – удельный коэффициент выделения токсичного газа; Qнр – низшаярабочая теплота сгорания горючего материала, Дж/кг; ϕ – коэффициенттеплопотерь.81Экспериментальная установка для определения показателя токсичностипродуктов горения по ГОСТ 12.1.044–89 п.
4.20 (рисунок 3.1) включает в себякамерусгорания(1)вместимостью3×10-3м3,котораясоединенас экспозиционной камерой (6) переходными рукавами (5, 18). В камереустановлен экранированный электронагревательный излучатель (3) размерами120×120 мм и держатель образца (2) размерами 120×120×25 мм [7].11Рисунок 3.1 – Схема экспериментальной установки (модифицированная) [7]:1 – камера сгорания, 2 – держатель образца, 3 – электронагревательный излучатель;4 – заслонки, 5, 18 – переходные рукава, 6 – стационарная секция экспозиционной камеры,7 – дверца предкамеры, 8 – подвижная секция экспозиционной камеры, 9, 15 – штуцеры,10 – термометр, 11 – экспозиционная камера с расположенными по объему на трех уровняхдевяти термоэлектрических преобразователей; 12 – предкамера, 13 – предохранительнаямембрана, 14 – вентилятор, 16 – резиновая прокладка, 17 – клапан продувкиКамера сгорания выполнена из листовой нержавеющей стали толщиной2,0±0,1мм.Излучательпредставляетсобойнагревательнуюспираль,82размещенную в трубках из кварцевого стекла и расположенную передстальным полированным отражателем с водяным охлаждением.
Он закрепленна верхней стенке камеры под углом 45° к горизонтали. На боковой стенкекамеры сгорания имеется окно из кварцевого стекла для наблюденияза образцом при испытаниях. На выходе из камеры сгорания размещенызаслонки верхнего и нижнего переходных рукавов [7].Экспозиционная камера состоит из стационарной и подвижной секций.По периметру стационарной секции имеется паз для надувной резиновойпрокладки с рабочим давлением не менее 6 МПа.
В верхней части камерынаходится четырехлопастный вентилятор перемешивания диаметром 150 ммс частотой вращения 5 с-1. На боковой стенке установлен клапан продувки.На торцевой стенке подвижной секции закреплены предохранительнаямембрана, предкамера, штуцеры для подключения газоанализаторов, термометрдля измерения температуры в нижней части камеры. Перемещение подвижнойсекции позволяет изменять объем экспозиционной камеры от 0,1 до 0,2 м3 [7].Водоохлаждаемый датчик типа Гордона и регистрирующий прибор типас диапазоном измерений от 0 до 100 мВ для контроля плотности тепловогопотока с погрешность измерения не превышающей ±8 % [7].Длянепрерывногоконтролясоставагазовоздушнойсредыв экспозиционной камере используют газоанализаторы оксида углерода(ГИАМ-5М с диапазоном измерений от 0 до 1 %, допустимой погрешностью±2 %), диоксида углерода (ГИАМ-5М с диапазоном измерений от 0 до 5 %,допустимой погрешностью ±2 %) и кислорода (МН 5130-1 с диапазономизмерений от 0 до 21 %, допустимой погрешностью ±2 %) [7].Для непрерывного контроля температуры в экспозиционной камереиспользовались девять термоэлектрических преобразователей с диапазономизмерений от –40 до +1000 °С и с погрешностью 6 % .83Термопары располагались на трех уровнях: 50 мм от пола установки,в середине камеры и 50 мм от потолка по три термопреобразователя,находящихся в одной плоскости.Материалы испытывались в режиме пламенного горения при температуреиспытания 650 °С (плотность падающего теплового потока составляла55 кВт/м2).Предварительно взвешенный образец материала, имеющий комнатнуютемпературу, помещают в держатель образца (вкладыш).Когда электронагревательный излучатель выходит на стабилизированныйрежим, тогда открываются заслонки переходных рукавов и дверца камерысгорания.
Вкладыш с образцом без задержки помещают в держатель образца,после чего дверцу камеры сгорания закрывают. С периодичностью 60 секундот начала экспозиции материала фиксируются показания концентраций СО.Вкачествехарактерныхвеличинпринималисьсреднеобъемнаятемпература и среднеобъемная плотность газовой среды в объеме камеры.Исходныеданныедлячисленныхэкспериментовпринималисьследующие.
Коэффициент теплопотерь принимался равным ϕ = 0,3, 0,6 и 0,9.Начальные условия задавались следующими: Tв = 293 К; рв = 101300 Па.Свойства рассматриваемых горючих материалов приведены в главе 3 (п. 3.1).Приведем результаты экспериментов и проведем их анализ.Необходимо отметить, что величина коэффициента теплопотерь являетсянеобходимым критерием равенства характерных концентраций токсичныхгазов в маломасштабной экспериментальной установке и реальном помещении(как показано далее), т.
е. критерием частичного подобия.Коэффициент теплопотерь в общем случае изменяется по времени [54],а не является постоянным.Практический интерес для задачи обеспечения безопасной эвакуациилюдейпредставляетобластьтемператургазовойсмесивдиапазоне84от начальной до критической, равной для человека 70 °С [23].
При температуревыше 70 °С человек гибнет, как правило, от теплового ожога.Плотности оксида углерода в экспериментах получены для температур,близкихнаккритическойбиологическихтемпературе.объектахПритемпературастандартныхнеиспытанияхпревышает30°С.Однако в условиях эвакуации людей температура может находитьсяв диапазоне от начальной до критической.
Поэтому необходимо получитьзависимость плотности СО от температуры в вышеуказанном диапазонетемператур, что будет выполнено далее.Тестирование полученных теоретических зависимостей на полученныхопытных данных является оценочным, так как в данной исследовательскойработе измерялась плотность СО только в одной точке.Экспериментальные значения коэффициента K определялся из формулы(2.4.13) с использованием экспериментальных величин локальных плотностейи температур, а также оценочных величин LCO и Qнр из базы данных [23].Зависимостиотсреднеобъемнойтемпературыгазовойсредыкоэффициентов пропорциональности Ki между среднеобъемной плотностьюоксида углерода и отношением L/ Qнр (уравнение (2.4.13)) и среднеобъемнойплотности монооксида углерода, полученные для рассмотренной схемы,при горении изоляции силовых кабелей и промышленного масла приведенына рисунках 3.2–3.6.85600000а1500000340000030000020000021000000606570758085ρ CO, кг/м3б0,001810,00160,001430,00120,0010,00080,000620,00040,000206065707580t, °С85Рисунок 3.2 – Зависимость коэффициента пропорциональности K (а) и среднеобъемнойплотности оксида углерода (б) от среднеобъемной температуры при горении кабеляВВГНГ(А)-LSLTX-1 3×1,5 OK (N.PE):1 – экспериментальные значения; расчет по формуле (2.4.13); 2 – ϕ = 0,6; 3 – ϕ = 0,986а900000800000370000060000050000040000013000002200000100000060708090100110120ρ CO, кг/м30,0025б0,00230,00150,001120,0005060708090100110120t, °СРисунок 3.3 – Зависимость коэффициента пропорциональности K (а) и среднеобъемнойплотности оксида углерода (б) от среднеобъемной температуры при горении кабеляКПСНГ(А)FRLSLTX1×2×1:1 – экспериментальные значения; расчет по формуле (2.4.13);2 – ϕ = 0,6; 3 – ϕ = 0,987а700000600000500000340000013000002200000100000060657075808590ρ CO, кг/м30,002б0,00180,001630,00140,00120,00110,00080,000620,00040,0002060657075808590t, °СРисунок 3.4 – Зависимость коэффициента пропорциональности K (а) и среднеобъемнойплотности оксида углерода (б) от среднеобъемной температуры при горении кабеляВВГНГ(А)-LSLTX-1 3×16MK (N.PE):1 – экспериментальные значения; расчет по формуле (2.4.13); 2 – ϕ = 0,6; 3 – ϕ = 0,988а10000009000003180000070000060000050000040000030000022000001000000708090100110120130140ρ CO, кг/м30,003б10,002530,0020,00150,00120,00050708090100110120130140t, °СРисунок 3.5 – Зависимость коэффициента пропорциональности K (а) и среднеобъемнойплотности оксида углерода (б) от среднеобъемной температуры при горении кабеляВВГНГ(А)-LSLTX-0.66 5×4OK (N.PE):1 – экспериментальные значения; расчет по формуле (2.4.13); 2 – ϕ = 0 ,6; 3 – ϕ = 0,989а50000045000040000035000030000012500003200000150000210000050000020304050607080t, ⁰СбρСО, кг/м30,00140,00120,001030,000810,00060,000420,00020,000020304050607080t, ⁰СРисунок 3.6 – Зависимость коэффициента пропорциональности K (а) и среднеобъемнойплотности оксида углерода (б) от среднеобъемной температуры при горении маслатрансформаторного (450 °С):1 – экспериментальные значения; расчет по формуле (2.4.13); 2 – ϕ = 0,6; 3 – ϕ = 0,990Из рисунков 3.2–3.6 видно, что теоретическое значение среднеобъемнойплотностиоксидауглеродавкрупномасштабномпомещенииприрассмотренных величинах коэффициента теплопотерь (ϕ = 0,3 и ϕ = 0,6)отличаетсяотзначениясреднеобъемнойплотностиоксидауглеродав маломасштабном объеме не более чем на 35%.При одинаковых значениях ϕ = 0,6 среднеобъемная плотность оксидауглерода в полномасштабном помещении больше примерно на 35 % плотностиСО в испытательном стенде при одной и той же среднеобъемной температуре.Однако из-за существенной неоднородности полей концентраций СОвполномасштабномпомещениилокальныеконцентрацииСОбудутсущественно больше, чем среднеобъемные концентрации в экспериментальномобъеме.Результаты экспериментов показали существенную неоднородностьтемпературного поля по объему газовой смеси при перемешивании с помощьювентилятора.
Например, локальная температура через 3 мин от начала горенияизоляции силового кабеля ВВГНГ(А)-LSLTX-1 3×1,5 OK (N.PE) составляла:– уровень 50 мм от пола установки: t = 27,4 °С;– уровень середины камеры: t = 143,1 °С;– уровень 50 мм от потолка: t = 46,4 °С.Поэтому в качестве определяющей температуры для показателятоксичности необходимо брать некоторое характерное значение. В качествехарактерной температуры необходимо взять среднеобъемную температуру.В этом случае можно будет использовать вышеприведенные математическиемодели,позволяющиеоценитьадекватностьпоказателятоксичностив маломасштабной установке к соответствующему показателю в реальномполномасштабном помещении.Результатыэкспериментовпоказалисущественныйразбросэкспериментальных данных по концентрациям СО при одинаковой среднейтемпературе (рисунок 3.2–3.6). Например, при t = 71,4 °С за время измеренийв случае горения изоляции силового кабеля ВВГНГ(А)-LSLTX-1 3×1,5 OK (N.PE)91минимальная плотность СО равна ρСО = 0,00029 кг/м3, максимальная плотностьсоставляет ρСО = 0,00155 кг/м3 (превышает минимальное значение в 5,34 раза).Это означает существенную нестационарность процесса.Анализполученныхэкспериментальныхданныхпоказывает,чтов стандартных маломасштабных экспериментальных установках даже приперемешивании образующейся смеси продуктов горения и воздуха с помощьювентилятора нестационарное температурное поле (следовательно, и поляконцентраций токсичных газов из-за гидрогазодинамического подобия)является существенно неоднородным.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
