Диссертация (1172945), страница 12

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

Текст из файла (страница 12)

Границы вышеуказанных зон в течениеразвития пожара существенно изменяются. С течением времени геометрическиеграницы зон меняются, и контрастное различие параметров газа в этих зонахсглаживается. В общем случае, объем внутри помещения можно разбить на любоечисло зон. В этой главе рассматривается простейшая зонная модель пожара,которая применяется при условии, когда размеры очага горения значительноменьше размеров помещения.Процесс развития пожара представляется в следующем виде [5].

Послевоспламенения горючих веществ и материалов, образующиеся газообразныепродукты горения поднимаются вверх, создавая над очагом горения свободноконвективнуюгазовуюструю.Последостиженияпотолкапомещения,вышеуказанная струя растекается, образуется припотолочный слой задымленногонагретого газа. Со временем толщина этого слоя увеличивается.Согласно этим представлениям в пространстве помещения можно выделитьтри характерные зоны [5]: зона конвективной колонки над очагом пожара (зонаI), зона нагретого задымленного припотолочного слоя (зона II) и зона холодного77воздуха(зонаIII).Математическаямодельпожара,базирующаясянавышеуказанные характерные зоны, называется трехзонной моделью. Схема этоймодели показана на рисунке 2.3 [4].Обозначения на рисунке 2.3 следующие: Ga, Gm  массовые расходыпоступающего воздуха и вытекающих наружу газов при естественном газообменечерез открытые проемы, кг/с; г  массовая скорость газификации горючегоматериала, кг/с; Wа – объемный расход системы приточной вентиляции, м3/с; Wm –объемный расход системы дымоудаления, м3/с; Qc, Qw1, Qw2, Qf – суммарные(конвекция и излучение) тепловые потоки, поступающие в потолок, стены (нижеи выше нижней границы припотолочного слоя) и пол, Вт; Qпр – тепловой поток,излучаемый через открытые проемы наружу, Вт.В случае ОЭ Вьетнама рассматриваемую зонную модель обосновано можноприменять для помещений больших высот и объемов, в основном для МЗ.Принимаем следующие основные особенности пожара в ОЭ:- газовая среда помещения является открытой термодинамическойсистемой, которая обменивается массой и энергией с окружающей средой черезоткрытые проемы и ограждающие конструкции помещения;- газовая среда является многофазной, включающей в себя смесь газов(кислород, азот, продукты горения и газификации горючего материала) имелкодисперсных твердых и/или жидких частиц дыма.78Рисунок 2.3 - Схема трехзонной модели: 1 – стены; 2 – перекрытие; 3 – открытый проем;4 – горючий материал; 5 – нейтральная плоскость (нижняя граница припотолочного слоя); 6 –система дымоудаления; 7 – система приточной вентиляции; 8 – точечный «фиктивный»источник теплоты; 9 – высота пламенной зоны; I – зона конвективной колонки; II – зонанагретого задымленного припотолочного слоя; III – зона холодного воздухаСтруктура зонной модели приведена на рисунке 2.4.Основные уравнениядля зоны конвективнойколонкиМодель прогреваограждающихстроительных конструкцийОсновные уравнениядля зоныприпотолочного слояДополнительныесоотношениязонной моделиМодель горенияМодель тепломассообменачерез открытые проемыМодельгазификациигорючегоматериалаРисунок 2.4 - Структура зонной моделиПриняты следующие упрощения сложной термогазодинамической картиныпожара в ОЭ [16]:79- припотолочный слой является равномерно прогретым и задымленным, атакже плоскопараллельным перекрытию в любой момент времени пожара;- существует резко выделенная граница между зонами припотолочного слояи холодного воздуха бесконечно малой толщины, на которой термодинамическиепараметры изменяются скачкообразно;- мелкодисперсные частицы дыма и огнетушащего вещества при расчететермогазодинамических параметров газовой смеси не учитываются, так как долитепловой энергии и массы, приходящейся на вышеуказанные частицы,пренебрежимо малы по сравнению с соответствующими величинами для газовойфазы,;- отсутствует тепломассообмен между зоной холодного воздуха иприпотолочным слоем;- газовая смесь является смесью идеальных газов, так как при атмосферномдавлении свойства реальных газов (кислород, азот, окись и двуокись углерода ит.п.) близки к идеальным;-теплофизическиесвойствагазовойсмеси(удельнаяизобарнаятеплоемкость, газовая постоянная и показатель адиабаты) принимаются равнымисоответствующим величинам для сухого воздуха из-за того, что различие междутермодинамическими свойствами воздуха и продуктов горения пренебрежимомало в диапазоне температур, характерных для условий пожара в помещении;- геометрическое положение горючих веществ и материалов в помещениине оказывает влияния на характеристики тепломассообмена с окружающейсредой через открытые проемы и теплоотвода в ограждающие конструкции.2.2.2.

Основные уравненияРассмотрим зону I (зона конвективной колонки, рисунок 2.3). Для расчетамассовых расходов и температур в сечениях конвективной колонки используемвыражения работы [5]:8015 g о2 Qпож 1    33 ,G  0,21zzoc pToT  Tо Qпож (1  ),c pG(2.15)(2.16)где Qпож  Qнр   удQнр Fг ; Qпож – скорость тепловыделения, Вт; Qрн – низшаярабочая теплота сгорания, Дж/кг; уд – удельная скорость выгорания, кг/(м2с); g –ускорение свободного падения, м/с2; То и о – температура и плотность холодного(окружающего) воздуха; G – расход газов через сечение струи, отстоящее отповерхности горения на расстояние z, кг/с; ср – удельная изобарная теплоемкостьгаза, Дж/(кгК);  QwI- доля, приходящаяся на поступающую в ограждениеQпожтеплоту от выделившейся в очаге горения; QwI – тепловой поток, отводящийся иззоны конвективной колонки в ограждения, Вт; zо – расстояние от фиктивногоисточника тепла до поверхности горения, м; z – координата поперечного сеченияколонки, отсчитываемая от открытой поверхности горючего материала, м;zо  1,5 Fг– расстояние от фиктивного источника тепла до поверхностигорючего материала, м;Рассмотрим зону (припотолочный задымленный нагретый слой, рисунок2.3).

Объем вышеуказанной зоны в момент времени  составляет:V2  Fпот (2h  z k   м ) ,(2.17)где zk – координата нижнего края припотолочного слоя газов от поверхностигорючего материала, м; Fпот – площадь потолка, м2; м – толщина слоя горючегоматериала, м; h – половина высоты помещения, м.Масса газа, находящаяся в зоне II, составляет величину m2=2V2,где 2 – средняя плотность смеси газов в припотолочном слое, кг/м3.Давление в зоне II практически не изменяется и поэтому равно начальномузначению, т.е.

ро. Внутренняя (тепловая) энергия зоны II равна:81cv1pоV2 pоV2 ,Rk 1U 2  cv  2T2V2 (2.18)где cv – удельная изохорная теплоемкость, Дж/(кгК); T2 – средняя температурасмеси газов в припотолочном слое, К; k – показатель адиабаты смеси газов; R –газовая постоянная смеси газов, Дж/(кгК).Уравнения законов сохранения массы и энергии для зоны II для первойфазы начальной стадии пожара имеют вид [5]:d ( 2V2 ) Gk ;d(2.19)d (cv  2T2V2 )dV c pTk Gk  QwII   o 2 ,dd(2.20)где  – время, с; Gk – массовый расход газовой смеси, поступающей изконвективной колонки в припотолочную зону в момент времени , кг/с; QwII –тепловой поток, отводящийся из припотолочного слоя газа в ограждения, Вт.Средние плотности и температуры в различных зонах помещения связанымежду собой соотношением [5]:оTо  3T3  1T1   2T2 .(2.21)Уравнение (2.21) применимо при условии равенства давлений во всех зонах,которое является приближенным, но достаточно точным для реальных пожаров[5].Последальнейшихпреобразованийуравнениеэнергии(2.20)дляприпотолочного слоя [5]: Fпот оdz k Q 1   пож  Gk  .d c PTо(2.22)Начальное условие к уравнению (2.22): при =0 zk = 2h - δм.После того как найдена функция zк(), из решения уравнения (2.22) призаданном начальном условии находим зависимости от времени массового расходагазовой смеси, поступающей из конвективной колонки в припотолочную зону, иобъема зоны припотолочного слоя:82Gk  f1 ();V2  f 2 ().(2.23)Интегрируя уравнение материального баланса (2.19), получаем [5]:12 GK d .Fпот 2h  z K   м  0(2.24)После расчета плотности 2 находится средняя температура припотолочногослоя газа:T2  Tоо.2(2.25)Уравнение закона сохранения массы токсичного газа (продукт горения) во IIзоне имеет вид:d (iV2 ) Li .dгде i(2.26)– парциальная плотность i-го токсичного газа, кг/м3; Li – удельныйкоэффициент образования i-го токсичного газа) (количество (масса) токсичногогаза, образующаяся при сгорании 1 кг горючего материала [5]).Из формулы (2.26) парциальная плотность i-го токсичного газа равна:Li LM1i   Li d   d  i  ,V2 0V2 0V2(2.27)где М – количество (масса) горючего материала, выгоревшего к моменту времени, кг.Уравнение закона сохранения оптической плотности дыма для зоны II имеетвид [5]:d ( X smV2 ) D ;d(2.28)и, следовательно,X smDM1  Ds d  s V2 0V2,(2.29)83где Xsm – среднеобъемная величина оптической плотности дыма, Нп/м; Ds –дымообразующая способность горючего материала, Нпм2/кг.Система уравнений (2.15), (2.16), (2.22)-(2.25), (2.27) и (2.29) позволяетопределить основные параметры зон конвективной колонки и припотолочногослоя.

Характеристики

Список файлов диссертации