Диссертация (1172943), страница 8

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

Текст из файла (страница 8)

При дальнейшем увеличении размероврезервуаров влияние ветра на скорость выгорания становится незначительным,что подтверждается экспериментами с горением СПГ [70], [71].Следует отметить, что на процессы горения, в том числе на массовуюскорость выгорания значительное влияние оказывает процесс образования сажи,который недостаточно изучен в настоящее время.В модели твердотельного излучателя при пожарах пролива фактическийконтур пламени, как правило, заменяется эквивалентным цилиндром, основаниемкоторого является свободная поверхность жидкости, а его образующая равнадлине пламени.

Эквивалентный цилиндр испускает тепловое излучение в направлении реципиента и может отклоняться от вертикали под действием ветра(рисунок 2.3) [60]–[69], [71]–[73], [75], [76].uwLLReceptordReceptorθdXXРисунок 2.3 – Представление фактического контура пламенив виде эквивалентного цилиндра51Максимальная среднеповерхностная интенсивность теплового излученияпламени представляет собой количество энергии, излучаемой с единицы поверхности контура пламени в единицу времени без учета эффекта экранирования контура пламени сажей. Указанная величина является функцией удельной массовойскорости выгорания и удельной теплоты сгорания.

Поскольку удельная массоваяскорость выгорания зависит от диаметра пролива, а излучаемая энергия пропорциональна площади идеализированного контура пламени, представляемого в видецилиндра над площадью пролива, в [61] для определения максимальной среднеповерхностной интенсивности теплового излучения предложено использоватьпоправочный коэффициент 1/(1+4(L/d)). Таким образом, выражение для определения среднеповерхностной интенсивности пламени имеет вид:E f max  FS1m  H C ,1  4( L d )(2.10)где FS – доля удельной теплоты сгорания, преобразованной в излучение;L – длина пламени, м.Численные значения FS для некоторых углеводородных топлив представлены в таблице 2.3 [61].Таблица 2.3 – Численные значения FS для некоторых углеводородных топливВеществоМетанолМетанd, м0,0760,1521,2200,3050,7601,5303,0506,100Fs0,1620,1650,1770,2100,2300,15-0,240,24-0,340,20-0,27ВеществоБензинБензолБутанd, м1,221,533,05>3,050,0760,4570,7601,2200,3050,4570,700Fs0,30-0,400,16-0,270,13-0,140,20,3500,3450,3500,3600,1990,2050,26952Основные положения, используемые для определения геометрическиххарактеристик пламени при горении жидкостей, содержатся в [62].

Параметрами,влияющими на длину пламени в модели твердотельного излучателя, являютсядиаметр пролива, удельная массовая скорость выгорания и температура горения.Однако необходимо отметить, что при пожарах пролива длина пламени периодически меняется в процессе горения в зависимости от изменения удельной массовой скорости выгорания, а также турбулентных пульсаций пламени. Светящиесяотрывные зоны в верхней части пламени, в которых происходит догорание топлива с интенсивным излучением, обусловлены движением конвективных вихрейнагретых газов и составляют около 50 % от длины пламени [70]. Для значенийL/d <1, что характерно для пожаров пролива диаметром более 100 м, пламя распадается на ряд отдельных пламен.

При пожарах пролива диаметром от 3 до 20 мдлина пламени составляет примерно 1–3 диаметра пролива [62].Для определения длины пламени Thomas P.H. предложил формулу,полученную в результате экспериментального исследования горения штабелейдревесины [63], [64], [73]: m L 42 D  в gd 0 , 61,(2.11)где  в – плотность воздуха, кг/м3;g – ускорение свободного падения, м/с2.Формула (2.11) удовлетворительно аппроксимирует эмпирические данныегорения гептана и аналогичных жидкостей, диаметр свободной поверхности которых не превышает 20 м [73], [65].

Она справедлива для тех случаев, когда испарение жидкости обусловлено только передачей тепла от пламени, что характернодля жидких углеводородных топлив. При пожарах пролива сжиженных газов(например, водорода) значительный вклад в их испарение вносит подвод теплаот подстилающей поверхности. В этом случае длину пламени можно найтипо формуле, представленной в [66]:L  20 М 0, 4 ,(2.12)53где М – расход жидкого водорода , кг/с.Авторами работ [67]–[69] произведен анализ и сопоставление имеющихсяв литературных источниках данных о пожарах пролива и факельном горениисжиженных газов (пропан, бутан, СПГ, водород), в результате чего установленазависимость для определения длины пламени: 0, 4  1,02d ,L  0,235Q(2.13)где Q – интенсивность тепловыделения, кВт.При скорости ветра более 1 м/с пламя наклоняется и укорачивается,с подветренной стороны оно может касаться горизонтальной поверхности, а еговерхняя часть сильно колеблется.

Определение угла отклонения пламениот вертикали (далее угол отклонения пламени) и его длины при ветровомвоздействии представляет значительные сложности.В результате обработки экспериментальных данных горения штабелей древесины Thomas P.H. получил формулу для расчета угла отклонения пламени [73]:uwcos  0,7 1/ 3  gmd / в  0, 49.(2.14)Welker J.R. и Sliepcevich C.M. предложили альтернативное выражение дляопределения угла отклонения пламени [72]: tan  3,3Fr 0,07 Re 0,8  г cos в 0, 6,(2.15)где Fr и Re – числа Фруда и Рейнольдса; г – плотность насыщенных паров топлива при температуре кипения, кг/м3.Следует отметить, что для пожаров пролива большого диаметра численныезначения углов отклонения пламени, рассчитанные по формуле (2.15), имеютзначительное расхождение с наблюдаемыми на реальных пожарах.Pritchard M.J.

и Binding T.M., используя представленные выше критерииподобия, получили выражение для определения угла отклонения пламени [75]:tg 0,666Fr 0,333 Re 0,117 .cos(2.16)54В отчете Американской Газовой Ассоциации (AGA) формула для определения угла отклонения пламени имеет вид [71]:1, if u *  1cos  ,1/ u * , otherwise(2.17)где u * – безразмерная скорость ветра, определяемая по выражению,представленному в [73]:1gmd 3uw if u *  1*u . г 1 otherwise(2.18)Сравнение графических зависимостей углов отклонения пламени от безразмерной скорости ветра, полученных по формулам (2.14) и (2.17), с экспериментальными данными позволило установить, что формула (2.17) дает более точныерезультаты (рисунок 2.4) [60].Рисунок 2.4 – Зависимость угла отклонения пламениот безразмерной скорости ветраThomas P.H.

предложил формулу для определения длины пламенипри ветровом воздействии, преобразовав уравнение (2.11) с учетом безразмернойскорости ветра [73]: m L 55 D  в gd 0 , 67u* 0 , 21.(2.19)55Moorhouse J. провел ряд натурных экспериментов по определению длиныпламени с учетом ветрового воздействия при пожаре пролива СПГ и в результатеобработки опытных данных получил выражение [76]: m L 62D  в gd 0 , 254u* 0 , 044.(2.20)Pritchard M.J. и Binding T.M. установили, что определение длины пламенипо формуле (2.19) дает заниженные результаты, в связи с чем ими была предложена зависимость [75]: m L 10,615 D  в gd 0 , 305u* 0 , 03.(2.21)Фактическая среднеповерхностная интенсивность теплового излученияпламени учитывает экранирование его контура частицами сажи.

Для пожаровпролива нефтепродуктов, таких как керосин, бензол и др. эту величину предлагается определять по формуле [75]:E f  E f max (1  s)  Esoots ,(2.22)где Esoot – интенсивность теплового излучения сажи, кВт/м2;s – доля поверхности контура пламени, покрытая сажей и принимаемая равной 80 %.Для пожаров пролива диаметром более 15 м Esoot = 20 кВт/м2. Если диаметрпожара пролива не превышает 2-х метров Ef = Ef max.Для нефтей и нефтепродуктов c молярной массой около 60 кг/кмоль CroceP.A.

и Mudan K. S. предложили определять фактическую среднеповерхностнуюинтенсивность теплового излучения пламени по эмпирической формуле [70]:E f  140  e 0,12d  20  (1  e 0,12d ) .(2.23)Для других видов топлив допускается использовать эмпирическое выражение, представленное в [70]:Ef 0,35 mH C.1  72(m) 0,61(2.24)56Угловой коэффициент облученности характеризует геометрические параметры взаимодействующих при лучистом теплообмене поверхностей и их местоположение в пространстве относительно друг друга.Формула для определения углового коэффициента облученности имеет вид [70]:Fq  FV2  FH2 ,(2.25)где FV, FH – факторы облученности для вертикальной и горизонтальнойплощадоксоответственно,определяемыедляплощадок,расположенныхв 90о секторе в направлении наклона пламени, по следующим формулам: a 2  (b  1) 2  2  b  (1  a  sin  ) AB FV   E  arctgD  E   a  b  F 2 sin    arctg  FC A  D  cos  arctg C  B  F  sin   arctg  C a  b  F 2 sin    arctg  FC1sin  FH  arctg   C DFsin arctg  C  a 2  b  12  2  (b  1  a  b  sin  )  A D  arctg A B B где a ABaa222X2L; b;dd b  1  2  a  (b  1)  sin   ; b  1  2  a  (b  1)  sin  ;22C  1  b 2  1 cos2   ; D   b  1  ; b  1Ea  cos; Fb  a  sin b21 .,,(2.26)(2.27)57В условиях абсолютного штиля уравнения (2.26) и (2.27) могут бытьупрощены:a a a 2  b 2  1 A D FV    arctgD    arctg bA B B b a 1  arctg  2bb1,22 1   a  b  1 A D arctg ,A  B D  B  FH  arctg где A  a 2  b  1 ; B  a 2  b  1 ; D 22(2.28)(2.29)b 1.b 1Для определения коэффициента пропускания атмосферы используетсяэмпирическое выражение, предложенное Bagster D.G.

Характеристики

Список файлов диссертации