Диссертация (1172943), страница 7

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

Текст из файла (страница 7)

Модель представлена системой обыкновенных дифференциальныхуравнений. Основными уравнениями являются нестационарные дифференциальные уравнения законов сохранения массы и энергии для всей газовой средырассматриваемой области пространства [51].В зонных моделях область пространства разбивается на отдельные зоны, вкоторых для описания процессов тепломассобмена используется соответствующие уравнения законов сохранения. Размер и количество зон выбирается такимобразом, чтобы в пределах каждой из них неоднородности температурных и других полей параметров газовой среды были минимальными [51].Наиболее подробное описание процессов теплообмена при пожаре дают полевые (дифференциальные) модели.

Основным их достоинством является то, чтоискомыми параметрами являются поля температур, скоростей, давлений, концентраций компонентов газовой среды и частиц дыма по всему объему расчетнойобласти. Полевые модели наиболее сложны в математическом описании, так каксостоят из системы трех- или двумерных нестационарных дифференциальныхуравнений в частных производных. Для замыкания системы уравнений законовсохранения используется дополнительные уравнения для расчета турбулентноготрения, тепломассобмена и лучистого теплообмена [51].Наибольшее распространение для определения плотности теплового потокапожара пролива получила модель твердотельного излучателя.

Согласно этоймодели выражение для определения плотности теплового потока q (кВт/м2)на определенном расстоянии от центра площади пролива имеет вид [50]:45q  E f  Fq   ,где(2.2)E f – фактическая среднеповерхностная интенсивность тепловогоизлучения пламени, кВт/м2;Fq – угловой коэффициент облученности; – коэффициент пропускания атмосферы.В выражении (2.2) для нахождения фактической среднеповерхностнойинтенсивности теплового излучения пламени используются полуэмпирическиеметоды, учитывающие массовую скорость выгорания топлива и влияние на излучение сажи. Угловой коэффициент облученности зависит от формы пламени,определяемой с учетом его отклонения под действием ветра, а также расстояниядо приемника излучения.

Коэффициент пропускания атмосферы характеризуетснижение плотности лучистого теплового потока при его прохождении через слойвоздуха.В.Л. Блинов и Г.Н. Худяков [6] изучали массовую скорость выгорания различных жидкостей в зависимости от диаметра их свободной поверхности.В результате исследований было установлено, что в сосудах диаметром не менее1 м при переходе от ламинарного режима горения к турбулентному массоваяскорость выгорания сначала уменьшается, а затем возрастает и стабилизируется,при этом наибольшее влияние на указанную скорость оказывает перенос теплаот пламени к жидкости за счет излучения и конвекции.В работе [52] представлены результаты исследования горения различныхжидкостей в сосудах диаметром от 1 до 3 м. Анализ полученных данных позволилустановить, что при горении бензина примерно 60 % энергии, поглощаемой жидкостью, передается к ее свободной поверхности посредством излучения, а остальные 40 % – конвекцией.

При горении гексана эти значения численно равны около70 % и 30 % соответственно. Для сжиженных газов, разлитых на поверхностиводы, земли или бетона, массовая скорость выгорания в начальный моментвремени в значительной мере определяется подводом тепла от этих поверхностей.46В работе [59] представлены данные, характеризующие основные виды теплопередачи при различных диаметрах площади пролива горящей жидкости.Таблица 2.1 – Виды теплопередачи при горении жидкости согласно [59]Диаметр площади пролива, мВид теплопередачиДо 0,05Ламинарная конвекцияОт 0,05 до 0,2Турбулентная конвекцияОт 0,2 до 1Излучение (оптически прозрачная среда)1 и болееИзлучение (оптически непрозрачная среда)В работах [54]–[57] удельную массовую скорость выгорания предлагаетсяопределять по формуле:m  сH CH V  H G ,(2.3)где m – удельная массовая скорость выгорания, кг/(м2·с);H V – удельная теплота парообразования, Дж/кг;H C – удельная теплота сгорания, Дж/кг;H G  HV  CP (Tb  Ta ) – теплота, необходимая для нагревания горючего дотемпературы кипения, Дж/кг;C P – удельная теплоемкость при постоянном давлении, Дж/(кг·К);Tb – температура кипения жидкости, К;Ta – температура окружающей среды, К;c – эмпирическая константа, м/с.В работе [59] используя закон сохранения энергии и учитывая, что частьтепла, выделяемого при горении жидкости, расходуется на парообразованиеи поддержания температуры ее поверхностного слоя равной температуре кипения,получено выражение:mHV  CP (Tb  Ta )  qr  qc  qrr  qmisc ,(2.4)47где q r и qс – лучистый и конвективный тепловые потоки, поглощаемыегорящей жидкостью, кВт/м2;q rr и q misc – потери тепла вследствие излучения горящей жидкости и нагреваподстилающей поверхности, кВт/м2.Применив закон Стефана-Больцмана к соотношению (2.4) для проливовдиаметром 0,2 м и более, Zabetakis M.G.

и Burgess D.S. получили формулу дляопределения удельной массовой скорости выгорания [54]: T f4 (1  e  kd )m ,H V  C P (Tb  Ta )(2.5)где  – постоянная Стефана-Больцмана, равная 5,6703∙10-8 Вт/(м2∙К4),T f – температура поверхности пламени, К;k – показатель поглощения, м-1;β – корректировочный параметр;d – диаметр пролива, м.Формула (2.5) явилась альтернативой установленному ранее эмпирическомувыражению, в котором удельная массовая скорость выгорания описывается какфункция диаметра пролива d и эквивалентной удельной массовой скорости выгорания для пролива «бесконечного» диаметра m [54]:m  m (1  e  kd ) ,(2.6)Для некоторых углеводородных топлив значения произведения kβ, а такжеэквивалентной удельной массовой скорости выгорания для пролива «бесконечного» диаметра представлены в таблице 2.2 [53].Таблица 2.2 – Значения параметров, необходимые для определенияудельной массовой скорости выгорания, согласно [53]m ,Горючеевещество кг/(м2∙с)Н20,169СПГ0,078Бензол0,085k∙β, м-1Tf, K6,11,12,7160015001490m ,Горючеевещество кг/(м2∙с)Бензин0,055Керосин0,039JP-50,054k∙β, м-1Tf, K2,13,51,614501480125048Burgess D.S., Strasser A.

и Grumer L. провели сравнительный анализ экспериментально полученных значений удельной массовой скорости выгорания дляразличных углеводородных топлив с соотношением ( H C / H G ) (рисунок 2.1),в результате которого была выведена формула [58]:m   L c1H C,H V  CP (Tb  Ta )(2.7)где c1 – эмпирическая константа, равная 1,27·10-6 м/с; L – плотность жидкого топлива при температуре кипения, кг/м3.Рисунок 2.1 – Расчетные данные полученные по формуле, предложенной в [58]Следует отметить, что выражение (2.7) справедливо для горения жидкостейв резервуарах площадью более 1 м2 при скорости ветра менее 3 м/с, а также притолщине слоя горящей жидкости более 1 м.Результаты расчетов удельной массовой скорости выгорания, выполненныепо формуле (2.7), показывают удовлетворительную сходимость с экспериментальными данными для жидких углеводородных топлив, но существенно занижают удельную массовую скорость выгорания для сжиженных газов (СПГ и СУГ)(рисунок 2.1).Для более точного определения удельной массовой скорости выгораниясжиженных газов Mudan K.S.

[60] предложил формулу:49m c1 H C,H V  CP (Tb  Ta )(2.8)где c1 – эмпирическая константа, равная 1,0·10-3 м/с.По сравнению с выражением (2.7) выражение (2.8) лучше описывает удельную массовую скорость выгорания сжиженных газов, но дает менее точныерезультаты для жидких углеводородных топлив (рисунок 2.2).Рисунок 2.2 – Расчетные данные полученные по формуле предложенной в [60]Таким образом, расчет удельной массовой скорости выгорания жидкихуглеводородных топлив целесообразно производить по формуле (2.7), а сжиженных газов – по формуле (2.8).Значительное влияние на горение жидкостей в открытом пространствеоказывает ветер. При этом с увеличением скорости ветра, как правило, увеличивается скорость выгорания, пламя отклоняется от вертикали, изменяютсяего размеры, конфигурация, а также тепловое воздействие излучения на окружающие объекты.В работе [4] для описания зависимости удельной массовой скоростивыгорания топлива в резервуарах от скорости ветра предложено использоватьвыражение:50 mm 1   m  1  1  e   u ,m0 m0w(2.9)где m 0 – удельная массовая скорость выгорания при отсутствии ветра;m m – максимальная удельная массовая скорость выгорания (при скорости ветраоколо 30 м/с);  0,1 с/м для бензина, керосина и дизельного топлива;u w – скорость ветра, м/с.Для сосудов диаметром 0,3 м с вышеуказанными жидкостями отношениеmm / m0 колеблется в пределах от 2 до 3,5, однако для резервуаров диаметром1,9 м эта величина примерно равна 1,2.

Характеристики

Список файлов диссертации