Диссертация (1172945), страница 15

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

Текст из файла (страница 15)

ст. разницы парциального давления100газа по обе стороны мембраны [42]) определяет максимально возможноеколичество попадающего в кровь монооксида углерода за минуту;- вся масса СО, проходящего через альвеолярно-капиллярную мембрану вкровь, участвует в образовании карбоксигемоглобина, так как из-за высокойаффинности гемоглобина к СО даже очень низкие парциальные давления СОприводят к связыванию значительного количества гемоглобина с СО собразованием HbCO [42];- парциальное давление СО в крови после перехода СО через альвеолярнокапиллярную мембрану пренебрежимо мало по сравнению с парциальнымдавлением СО в альвеолах перед альвеолярно-капиллярной мембраной [42].Содержание карбоксигемоглобина в крови определяется какM HbCO M HbCO,M Hb(3.1)где MHbCO – массовая доля гемоглобина, перешедшего в карбоксигемоглобин;MHbCO – масса карбоксигемоглобина, г; MHb – масса гемоглобина, г.Масса гемоглобина в крови человека составляет [40]:M Hb  M Hb..оVк ,(3.2)где MHb.о – удельная масса гемоглобина, г/л; Vк – объем крови в организмечеловека, л.Принимаем концентрацию СО в окружающем воздухе постоянной повремени.

Тогда масса монооксида углерода, участвующая в образованиикарбоксигемоглобина, за время экспозиции равна:- при W<Wmax:M CO  0,001kW  COW э ,(3.3)M CO  0,001kW  COWmax  э ,(3.4)- при W≥Wmax:где э – время экспозиции, мин.; MCO – масса монооксида углерода, участвующаяв образовании карбоксигемоглобина за время экспозиции, г; W – объемнаяскорость вентиляции легких, л/мин.; Wmax=kпDл.СО/kW – объемная скорость101вентиляции легких, соответствующая диффузионной способности легких по СО,л/мин.; kW – коэффициент, равный отношению объемного расхода воздуха,поступающего в альвеолы легких, к объемной скорости вентиляции легких; СО –плотность СО в смеси продуктов горения и воздуха, кг/м3; kп – размерныйкоэффициент перевода размерностей физических параметров, мм рт.ст./Па.Масса карбоксигемоглобина, образующегося в крови за время экспозиции,составляет:M HbCO  M CO  Hb  1 , n CO (3.5)где Hb – молекулярная масса гемоглобина, кг/кмоль; СО – молекулярная массаСО, кг/кмоль; n – число молекул СО в одной молекуле карбоксигемоглобина.Окончательно,припостояннойплотностиСОмассоваядолякарбоксигемоглобина в крови, после объединения формул (3.1)-(3.5), равна:M HbCO 0,001kW  COW эM Hb  Hb 1 . n CO(3.6)В уравнении (3.6) при W≥Wmax: W=Wmax.Объемная скорость вентиляции легких при спокойном дыхании равна [40]:W  f Vд  Vм  ,(3.7)где f – частота дыхания, 1/мин.; Vд – дыхательный объем, л; Vм – объем мертвогопространства, л.Массовая доля карбоксигемоглобина в крови при изменяемой по времениплотности СО составляет:M HbCO0,001kW WM Hb  Hb 1  CO d ,n CO0(3.8)где  – время от начала пожара, с.При оценке степени интоксикации по формуле (3.8) в условиях пожараиспользуеманалитическоерешениетермогазодинамики пожара [5, 18]:интегральноймоделирасчета102 A  СО   п 1  exp    n  , B где  п c pTв LСО(1  )Qрн(3.9) в – пороговая плотность, кг/м3; cp – удельная изобарнаятеплоемкость, Дж/(кгК); Тв – температура воздуха в помещении перед пожаром,К; в – плотность воздуха в помещении перед пожаром, кг/м3; LCO – удельныйкоэффициент выделения СО;  – коэффициент теплопотерь; Qнр – низшая рабочаятеплота сгорания, Дж/кг; B 353c pV(1  )Qнр– размерный комплекс, кг;  –коэффициент полноты горения; V – свободный объем помещения, м3; А –размерный параметр, кг/сn.При круговом распространении пожара по твердому горючему материалу:A удw ; n=3; где уд – удельная массовая скорость выгорания, кг/(м2с); w –3линейная скорость распространения пламени, м/с.В случае неустановившегося горения жидкости: A 21Fг  уд; n=2/3;3 стгде Fг – площадь открытой поверхности горючей жидкости, м2; ст – времястабилизации горения, с.3.3.

Критические времена воздействия СО на человека при пожареРассматриваем следующие критические времена воздействия СО, которыесоответствуют следующим степеням тяжести отравления [59]:- кр.1: легкое отравление (MHbCO=0,2);- кр.2: среднетяжелое отравление (MHbCO=0,5).Критическое время кр.1 будет определять время безопасной эвакуациилюдей по воздействию СО при пожаре.Критическое время кр.2характеризует промежуток времени от началапожара, после которого люди, находящиеся в помещении без средств защиты от103СО (самоспасателей и т.п.), с большой вероятностью неспособны самостоятельнопокинуть помещение.Критическое время кр.3 по традиционной методике [5, 18] определяет как икр.1 время безопасной эвакуации людей по воздействию СО при пожаре и равнопромежутку времени от начала пожара до момента достижения плотности СО еекритического значения CO.кр на уровне рабочей зоны помещения.3.4.

Исходные данные для численных экспериментовПри спокойном дыхании, когда нет дополнительных воздействий надыхательный центр, принимаем для взрослого человека весом 75 кг [40]:f =15 1/мин.; Vд =0,5 л; Vм =0,15 л.Тогда из формулы (3.7) при спокойном дыхании: W=5,25л/мин.Принимаем в формулах (3.3, 3.4, 3.6, 3.8) коэффициент kW  Vд  Vм  / Vд  0,7 .Диффузионная способность легких по СО равна [42]:- при спокойном дыхании: Dл.СО=20 мл/(мм рт.ст.мин.));- при физической нагрузке: Dл.СО=60 мл/(мм рт.ст.мин.)).Удельная масса гемоглобина в крови изменяется от 120 до 160 г/л у мужчини от 110 до 140 г/л у женщин [40].Принимаем, что (MHb.о)ср =135 г/л и (MHb.о)min=110 г/л, где (MHb.о)ср, (MHb.о)min– соответственно средняя и минимальная удельная масса гемоглобина ворганизме взрослого человека, г/л.Объем крови взрослого человека изменяется от 4,5 до 6 л [40].

Выбираемсреднее значение Vк =5,25 л. Тогда средняя масса гемоглобина в крови человекаравна (формула (3.2)) (MHb)ср=708,75 г.При минимальном объеме крови Vк=4,5 л и (MHb.о)min=110 г/л минимальнаямасса гемоглобина в крови человека в соответствии с формулой (3.2) составляет(MHb)min=495 г.Молекулярные массы равны: Hb=68800 кг/кмоль [12]; СО=28 кг/кмоль.104Принимаем, что критическое значение массовой доли карбоксигемоглобинав крови, при которой еще возможна безопасная эвакуация людей, равно(MHbCO)кр=0,2.Модельные помещения принимаем в виде параллелепипеда с размерами453, 456 и 24123 м (длинаширинавысота).Рассматриваем следующие горючие материалы [5]:- хвойные древесные стройматериалы: QнР=13,8 МДж/кг, уд=0,0063кг/(м2с), LCO=0,024, w=0,0585 м/с;- оболочка кабелей ПВХ: QнР= 25 МДж/кг, уд=0,0244 кг/(м2с), LCO=0,109,w=0,0071 м/с;- масло трансформаторное: QнР=41,9 МДж/кг, уд=0,03 кг/(м2с), LCO=0,122,ст=5 мин.Принимаем согласно [3, 6]: cp=1000 Дж/(кгК); =0,6.Атмосферное давление равно pв=1,013105 Па, температура воздухасоставляет Tв=20С.3.5.

Результаты численных и натурных экспериментовпри спокойном дыханииСопоставление расчета количества карбоксигемоглобина в крови сэкспериментальными данными является оценочным, так как в публикациях,содержащих результаты экспериментов по воздействию СО на людей, нет точныхданных по возрасту, весу, полу и т.п. участников экспериментов.Результатысопоставлениярасчетного(формула(3.6))процентногосодержания карбоксигемоглобина с экспериментальными значениями [62],полученными при воздействии СО на людей при спокойном дыхании, для э=5мин. и э=10 мин. представлены на рисунке 3.1. В расчетах принимались средняямасса гемоглобина в организме взрослого человека и n=1.1051356MHbCO100, % –2 –4СО, кг/м3Рисунок 3.1 - Зависимости процентного содержания карбоксигемоглобина от плотности СО вовдыхаемом воздухе при спокойном дыхании:э=5 мин.: 1 – расчет (формула (3.6)); 2 – эксперимент [62];э=10 мин.: 3 – расчет (формула (3.6)); 4 – эксперимент [62];5 – легкое отравление; 6 – среднетяжелое отравлениеАнализ рисунка 3.1 показывает, что расчетные величиныMHbCO совпадают сэкспериментальными значениями с погрешностью, не превышающей 27%.Из рис.

3.1 видно, что:- э=5 мин.: легкое отравление наступает при СО=0,0035 кг/м3;среднетяжелое отравление – СО>0,005 кг/м3;- э=10 мин.: легкое отравление – СО=0,0018 кг/м3;среднетяжелое отравление – СО=0,0045 кг/м3.3.6. Результаты и анализ численных экспериментов при повышеннойобъемной скорости вентиляции легкихпри постоянной концентрации монооксида углеродаИсследуем влияние повышенной скорости легочной вентиляции на степеньинтоксикации организма человека.106Рассмотрим две постоянных по времени величины концентрации СО, привоздействии которых есть экспериментальные значения в случае свободногодыхания и эти величины близки к критическому значению CO.кр: СО=0,0007 кг/м3и СО=0,0012 кг/м3.Объемная скорость вентиляции легких, соответствующая диффузионнойспособности легких по СО, при заданных исходных данных равна:- при спокойном дыхании: Wmax=21,6 л/мин.;- при физической нагрузке: Wmax=64,9 л/мин.Принимаем Wmax=64,9л/мин.Расчетные зависимости (по формуле (3.6)) времени экспозиции, прикоторой происходит легкое и среднетяжелое отравление организма, от объемнойскорости легочной вентиляции представлены на рисунке 3.2 в случае СО=0,0007кг/м3 и на рисунке 3.3 – для СО=0,0012 кг/м3.107э, мин.а123э, мин.12б3W, л/мин.Рисунок 3.2 - Расчетные зависимости времени экспозиции от объемной скорости легочнойвентиляции в случае СО=0,0007 кг/м3при (MHb)ср=708,75 г (а) и (MHb)min=495 г (б):1 – MHbCO=0,2; 2 – MHbCO=0,5; 3 – W=Wmax.108э, мин.а123э, мин.12б3W, л/мин.Рисунок 3.3 - Расчетные зависимости времени экспозиции от объемной скорости легочнойвентиляции в случае СО=0,0012 кг/м3 при (MHb)ср=708,75 г (а) и (MHb)min=495 г (б):1 – MHbCO=0,2; 2 – MHbCO=0,5; 3 – W=Wmax109Результаты расчетов критических промежутков времени при максимальнойобъемнойскоростивентиляциилегких,соответствующейдиффузионнойспособности легких по СО, приведены в таблице 3.2.Таблица 3.2.

Критические времена воздействия постоянной концентрации СО примаксимальной объемной скорости вентиляции легких, соответствующей диффузионнойспособности легких по СО.Критические времена воздействия СОПостояннаяплотность СОСтепень интоксикации(СО), кг/м30,00070,0012СреднийвзрослыйчеловекВзрослый человек сминимальноймассой гемоглобиналегкое отравлениекр.1=1,81 мин.кр.1=1,26 мин.среднетяжелое отравлениекр.2=4,53 мин.кр.2=3,16 мин.легкое отравлениекр.1=1,06 мин.кр.1=0,74 мин.среднетяжелое отравлениекр.2=2,64 мин.кр.2=1,84 мин.Из таблицы 3.2 видно, что временные пределы достижения легкой исреднетяжелойстепенипораженияорганизмачеловекапоказываютнеобходимость более тщательного выбора величины критической плотностимонооксида углерода, так как при CO.крв случае минимальной массыгемоглобина взрослый человек примерно через э=0,74 мин.

Характеристики

Список файлов диссертации