Диссертация (1172945), страница 11

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

Текст из файла (страница 11)

Это означает, что локальныевеличины основных термодинамических параметров состояния (давление,плотность и температура) связаны между собой с помощью уравненияКлапейрона, т.е.71p = p R T,(2.1)где р  локальное давление, Н/м2; R  газовая постоянная, Дж/(кгК);  локальная плотность, кг/м3; Т  локальная температура, К.Термодинамическое состояние газовой среды помещения описываетсяследующими среднеобъемными параметрами: среднеобъемная температура Tm, К(выражение (2.2)); среднеобъемное давление pm (2.3); среднеобъемная плотностьm (2.4); среднеобъемная массовая концентрация i-го продукта горения Xim (2.5);среднеобъемная величина оптической плотности дыма Xsm (2.6):1TdV ;V V(2.2)1pdV ;VV(2.3)1dV ;V V(2.4)Х im 1X i dV ;V V(2.5)Х sm 1X s dV ,V V(2.6)Tm pm m где V – свободный объем помещения, м3; Xi – локальная массовая концентрация iго продукта горения; Xs – локальная оптическая плотность дыма, Нп/м;Уравнения законов сохранения массы (2.7) и энергии (2.8) газовой среды,законов сохранения массы кислорода (2.9), i-го токсичного газа (2.10) иоптической плотности дыма (2.11), используемые для расчета параметров газовойсреды помещения ОЭ имеют вид [16]:Vd m   Ga   aWa  Gm   mWm ;d(2.7)72d  pmV   Q’рн  c paTa (Ga   aWa ) d  k m  1  c pmTm пр (Gm  mWm )  Qs  Qпр ;Vd ( X O2 m  m )d LO2   X O2 a (Ga   aWa )  X O2 m пр (Gm   mWm ) ;VV(2.8)d ( X im m ) Li   X im прGm ;d(2.9)(2.10) G   mWmdX sm Ds   X smпр  m k s Fок  ,dm(2.11)где  – скорость газификации горючего материала, кг/с; V – объем помещения,м3;  – время, с; Wa, Wm – объемные расходы приточной вентиляции идымоудаления соответственно, м3/с; Ga, Gm – массовые расходы поступающеговоздухаивытекающихнаружугазовприестественномгазообменесоответственно, кг/с; a – плотность наружного воздуха, кг/м3; m –среднеобъемная плотность газовой среды помещения, кг/м3; pm – среднеобъемноедавление, Па; km – среднеобъемный показатель адиабаты газовой средыпомещения; Qнр – низшая рабочая теплота сгорания горючего материала, Дж/кг; – полнота сгорания; Qпр – тепловой поток, излучаемый через проемы, Вт; Qs –суммарный тепловой поток, отводимый в ограждающие конструкции, Вт; Tmпр =aТ Tm – средняя температура газов, выходящих через проемы, К; aТ –коэффициент, учитывающий отличие средней температуры выходящих газов отсреднеобъемной температуры газовой среды помещения; Ta – температуранаружного воздуха, К; cpa, cpm – удельные изобарные теплоемкости воздуха игазовой среды, Дж/(кг∙К); LO2 – потребление кислорода; XO2m – среднеобъемнаямассовая концентрация кислорода в помещении; XO2a – массовая концентрациякислорода в наружном воздухе; XO2mпр = аО2ХО2m – средняя массовая концентрациякислорода в газах, выходящих через проемы; аО2 –коэффициент, учитывающийотличиесреднейконцентрациикислородаввыходящихгазахотего73среднеобъемной концентрации в газовой среде помещения; Xim – среднеобъемнаямассовая концентрация i-го продукта горения; Li – удельный коэффициентобразования i-го токсичного газа; Ximпр = аiХim – средняя массовая концентрация iго токсичного газа в газах, выходящих через проемы; аi– коэффициент,учитывающий отличие средней концентрации i-го токсичного газа в выходящихгазах от его среднеобъемной концентрации в газовой среде помещения; Xsm –среднеобъемная величина оптической плотности дыма, Нп/м; Xsmпр – среднеезначение оптической плотности дыма в газах, выходящих через проемы, Нп/м; Ds– дымообразующая способность горючего материала, Нпм2/кг; ks – коэффициентсегментации частиц дыма на поверхностях ограждающих конструкций; Fок –площадь внутренней поверхности ограждающих конструкций.Уравнение скорости тепловыделения является [5]:Qпож = ψудQнрFг,(2.12)где Fг  площадь открытой поверхности горючего материала, м2; Qпож – скоростьтепловыделения, Вт; ψуд – удельная скорость выгорания, кг/(м²·с).В работах [5, 16] отмечается, что полнота сгорания зависит отсреднеобъемной массовой концентрации кислорода в помещении и для расчетапредлагается использовать различные формулы.

Одна из формул имеет вид [16]:  o 2 X  X 2 ,(2.13)где о – полнота сгорания на открытом воздухе; X  ( X О 2m  X О 2 min ) ( X О 2a  X О 2 min ) ;XO2min = 0,08 – массовая концентрация кислорода, когда прекращается горение.При высоте нейтральной плоскости zн < z* < zв (“смешанный” режимгазообмена), формула для массового расхода газов, выходящих через проемнаружу, имеет вид [5]:Gm  2 / 3 2 gm (a  m )bпр zв  z *1, 5.(2.14)где  – коэффициент гидравлического сопротивления проема; g – ускорениесвободного падения, м/с²; bпр – ширина проема, м; z – координата по высоте,74отсчитываемая от уровня пола, м; zн, zв – координаты нижнего и верхнего краевоткрытого проема, м; z* – высота нейтральной плоскости, м.Дополнительные уравнения интегральной математической модели пожарадля расчета расходов уходящих газов и поступающего через проемы воздухаподробно представлены в [5, 16].Начальные и граничные условия задачи и методика численного решениязамкнутой системы уравнений интегральной модели представлены в работах [5,16].Процессы газификации и горения пожарной нагрузки происходят всложных физико-химических условиях, зависят от большого числа факторов, и ихрасчет является до конца не решенной проблемой.

В математических моделяхрасчета этих процессов принимается большое число допущений и упрощенийреального процесса. Поэтому для решения конкретных задач необходимоадаптация и уточнение существующих моделей к конкретным условиям пожара.Все дифференциальные уравнения интегральной модели решены методомРунге-Кутта 4-го порядка точности [54].2.1.2.

Особенности расчета концентраций токсичных газовНепосредственно зависимости среднеобъемных величин токсичных газов отвремени с начала пожара определяются из решения уравнения (2.10),выражающего закон сохранения массы i-го токсичного газа.В вышеуказанное уравнение входит удельный коэффициент образования iго токсичного газа (Li), который определяется для конкретного горючего веществаили материала из справочных данных (например, работ [4, 5]).Существующие базы данных по выделению токсичных газов при пожаре(например, работы [4, 5]) содержат данные для ограниченного количествавеществ и материалов.

При этом удельные коэффициенты выделения токсичныхгазов получены при проведении мелкомасштабных экспериментов и принятыпостоянными, не зависящими от термогазодинамической картины развитияпожара (концентрации кислорода, температуры и т.д.). Кроме того, использование75вышеуказанных коэффициентов выделения при расчете пожара в реальномполномасштабном помещении требует научного обоснования.В работе [7] проведено сопоставление результатов мелкомасштабныхэкспериментов с данными литературных источников и аналитическим решениеминтегральной модели.

Показано, что существенное отличие полученных величинудельного коэффициента образования СО от представленных в литературныхисточниках можно объяснить как в различии условий проведения экспериментов,так и тем, что химический состав оболочки кабелей ПВХ и маслатрансформаторного в работе [7] и в опубликованных может значительноотличаться друг от друга.В [7] показано, что величины удельных коэффициентов выделения иплотности СО незначительны на начальной стадии горения, когда концентрациякислорода практически не меняется. При снижении концентрации О2 выделениеСО резко увеличивается и плотность монооксида углерода быстро достигает еекритического значения.Так же в [7] обнаружено, что средние величины удельных коэффициентоввыделения СО существенно зависят от периода осреднения по временииспытаний.Осреднения величина LCO может изменяться в случае хвойныхдревесных стройматериалов в 2,63 раза, для оболочки кабелей ПВХ – в 1,8 раза имасла трансформаторного – в 5,1 раза.Поэтому в работах [6, 7] предложен другой подход к расчету концентрацийтоксичныхпродуктовгорения,которыйзаключаетсявопределениисреднеобъемных плотностей токсичных газов в каждый момент времени по ихэкспериментальным зависимостям от среднеобъемной температуры, полученнымв разработанной экспериментальной установке.

При этом отпадает необходимостьв решении дифференциальных уравнений законов сохранения масс токсичныхгазов, и, следовательно, в определении удельных коэффициентов выделениягазов. Однако точность предложенного подхода в значительной степени зависитот погрешности определения коэффициента теплопотерь в экспериментальноймелкомасштабной установке и в реальном полномасштабном помещении.76Поэтомунеобходимаразработкаметодаиметодикирасчетараспространения СО при пожаре в помещении с учетом теплофизических свойствконкретной пожарной нагрузки, характерной для ОЭ Вьетнама.2.2.

Зонная модель2.2.1. Особенности и упрощения термогазодинамическойкартины пожараВ соответствии с работами [5, 16], зонные математические модели восновном используются при расчете динамики ОФП на начальной стадии пожарав помещении. На начальной стадии распределения параметров газовой средывнутри объема помещения имеют большую неравномерность (неоднородность). Втечение этого периода времени пространство внутри помещения можно условноразделить на характерные зоны, которые существенно различаются величинамитемператур и составом газовой среды.

Характеристики

Список файлов диссертации