Диссертация (1172945), страница 16

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

Текст из файла (страница 16)

почувствуетголовную боль и слабость, а через э=1,84 мин. могут наступить кома, судороги,нарушения дыхания и сердечно-сосудистой деятельности.1103.7. Результаты и анализ численных экспериментов при повышеннойобъемной скорости вентиляции легких при переменнойконцентрации монооксида углеродаИсследуем влияние повышенной скорости легочной вентиляции на степеньинтоксикации организма человека при зависимости плотности СО от времени,соответствующей начальной стадии пожара в помещении (формула (3.9)).Зависимости плотности СО от времени с начала пожара при горениихвойных древесных стройматериалов представлены на рисунке 3.4, а, в случаеоболочкикабелейПВХприведенынарисунке3.4,б,длямаслатрансформаторного – на рисунке 3.4, в.Зависимости массовой доли карбоксигемоглобина в случае средней массыгемоглобина в организме взрослого человека от времени от начала пожара,рассчитанные с использованием формулы (3.8), показаны на рисунке 3.5, а пригорении хвойных древесных стройматериалов, на рисунке 3.5, б – оболочкикабелей ПВХ и на рисунке 3.5, в – масла трансформаторного.Втаблице3.3представленырезультатырасчетовкритическойпродолжительности пожара по СО, полученные с использованием традиционногоподхода (уравнение (3.9) [5]) и по предложенному в настоящей работе подходу(уравнение (3.8)).111СО, кг/м3СО, кг/м3123142а3б4СО, кг/м3в1234, сРисунок 3.4 - Зависимости плотности СО от времени с начала пожара при горении хвойныхдревесных стройматериалов (а), оболочки кабелей ПВХ (б) и масла трансформаторного (в):1 – помещение с размерами 453 м; 2 – 456; 3 – 24123 м; 4 – CO.кр1121MHbCO2MHbCO314253а45бMHbCO12345в, сРисунок 3.5 - Зависимости массовой доли карбокигемоглобина от времени с начала пожара пригорении хвойных древесных стройматериалов (а), оболочки кабелей ПВХ (б) и маслатрансформаторного (в): 1 – помещение с размерами 453 м; 2 – 456; 3 – 24123 м;4 – легкое отравление; 5 – среднетяжелое отравление113Таблица 3.3 - Критические времена воздействия СО в условиях пожара примаксимальной объемной скорости вентиляции легких, соответствующей диффузионнойспособности легких по СОКритические времена воздействия СО, мин.РазмерыГорючее веществопомещения,Средний взрослыйчеловекмХвойныедревесныестройматериалыОболочка кабелей ПВХМасло трансформаторноеВзрослыйчеловекминимальнойсмассойгемоглобинакр.1кр.2кр.3кр.1кр.2кр.34531,422,410,831,221,920,834562,925,852,334,38241232,443,502,032,183,002,034531,672,241,191,511,981,194562,764,002,482,453,402,48241233,184,102,892,883,702,894533,325,8810,052,664,6910,05456>10>107,76>1024123>10>10>10>10Примечание:  - плотность СО не достигла критического значения за время пожара.Из анализа таблицы 3.3, рисунков 3.4 и 3.5 можно сделать следующиевыводы:- при использовании общепринятого подхода [5, 18] в помещенииразмерами 456 м при горении хвойных древесных стройматериалов и маслатрансформаторного плотность СО не достигает критического значения зарассматриваемое время пожара, в то время как расчеты по предложеннойматематической модели показали, что взрослый человек может погибнуть ототравления монооксидом углерода;- критическая продолжительность пожара кр.3 по СО, полученная сиспользованием уравнения (3.9) [5, 18], больше, чем соответствующая величинакр.1, определенная по предложенной формуле (3.8), в случаях горения оболочки114кабелей в помещениях размерами 456 и 24123 м и масла трансформаторногов помещении 453 м.Таким образом, расчеты с использованием традиционного подхода могутпривести к недооценке опасности отравления монооксидом углерода.3.8.

Выводы по третьей главе1. Принятая в научной и нормативной литературе по пожарнойбезопасностивеличинакритическойплотностимонооксидауглеродаCO.кр=1,1610-3 кг/м3 при повышенной объемной скорости легочной вентиляции,характерной для условий пожара, может сделать невозможной при определенныхусловиях безопасную эвакуацию людей.2. Предложенные новые критерии для определения критических временвоздействия СО на человека во время его эвакуации и спасения на объектахэнергетики с использованием разработанной физико-математической моделирасчета концентрации карбоксигемоглобина в крови человека позволяют учестьповышенную скорость легочной вентиляции, характерную для условий пожара впомещении.3. Предложенная в настоящей работе физико-математическая модельрасчета накопления СО в организме человека в условиях пожара:- позволяет более обоснованно, чем существующий подход [5, 18],определять время безопасной эвакуации людей при пожаре в помещении;- впервые дает возможность рассчитать промежуток времени от началапожара, после которого люди, находящиеся в помещении без средств защиты отСО (самоспасателей и т.п.), с большой вероятностью неспособны самостоятельнопокинуть помещение, т.е.

фактически определить время спасения людей.115ГЛАВА 4. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНО-ТЕОРЕТИЧЕСКАЯ МОДЕЛЬРАСЧЕТА ВРЕМЕНИ БЛОКИРОВАНИЯ ПУТЕЙ ЭВАКУАЦИИМОНООКСИДОМ УГЛЕРОДА НА ОБЪЕКТАХ ЭНЕРГЕТИКИВЬЕТНАМА ПРИ ПОЖАРЕ4.1. Постановка задачиИсходныеданныеповыделениютоксичныхпродуктовгоренияпредставлены, например, в учебном пособии [5] и в монографии [4]. Удельныекоэффициентывыделениятоксичныхгазовпринятыпостоянными,независящими от термогазодинамической картины развития пожара (концентрациикислорода, температуры и т.д.).Однако, в работах [6, 7] показано, что величины удельных коэффициентоввыделения СО значительно изменяются от времени с начала горения, и ихсредние величины существенно зависят от периода осреднения по временииспытаний.В статьях [6, 7] предложен новый 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.Точность предложенного подхода [6, 7] в значительной степени зависит отпогрешности определения коэффициента теплопотерь в экспериментальноймелкомасштабной установке и в реальном полномасштабном помещении.В данной работе с использованием экспериментальных данных, полученныхна мелкомасштабной установке [6, 7], предложен другой подход, в которомиспользуются теоретические и экспериментальные зависимости среднеобъемныхплотностей токсичных газов от среднеобъемной плотности кислорода. При этом116нет необходимости определять коэффициент теплопотерь и также решатьдифференциальные уравнения законов сохранения масс токсичных газов.Рассмотрим процесс горения в условно герметичном маломасштабномобъеме (рисунок 4.1).В качестве токсичного газа будем рассматривать монооксид углерода.312Рисунок 4.1 - Схема тепломассообмена в условно герметичном маломасштабном объеме: 1 –ограждающие конструкции; 2 – горючий материал; 3 – смесь продуктов горения и воздуха; Ψ –массовая скорость газификации горючего материала, кг/сНеобходимо для рассматриваемой мелкомасштабной экспериментальнойустановкиполучитьэкспериментальныеитеоретическиезависимостисреднеобъемной плотности монооксида углерода и показателя токсичности посовместному воздействию СО и О2 от среднеобъемной плотности кислорода.4.2.

Экспериментальная установка и методика проведения экспериментовСхема экспериментальной установки, приведенной в работах [6, 7],представлена на рисунке 4.2.1175831426971110Рисунок 4.2 - Схема экспериментальной установки [6, 7]: 1 – камера сгорания; 2 –экспозиционная камера; 3 – переходной рукав; 4 – электронагревательный излучатель; 5 –держатель образца; 6 – шиберные отверстия; 7 – столик для весов; 8 – дверца экспозиционнойкамеры; 9 – дверца камеры сгорания; 10 – вентилятор; 11 – заслонка (перегородка) переходногорукаваКамера сгорания 1 соединена с экспозиционной камерой 2 переходнымрукавом 3, оснащенным устройством теплового блокирования.

В камере сгоранияустановлен экранированный электронагревательный излучатель 4 и держательобразца 5 на подвижной основе.Камера сгорания выполнена из листовой нержавеющей стали толщиной2,0±0,1 мм объемом 310-3 м3. На боковой стенке камеры имеются окно изкварцевого стекла для наблюдения за образцом при испытаниях, а такжешиберные отверстия 6, для изменения режимов испытания.Экспозиционнаякамерапредставляетсобойкубическийобъем(V=0,5887 м3) с конусообразной верхней частью.На двух боковых стенках камеры установлены шиберные отверстия.Держатель образцов размещен на электронных весах 7 с погрешностью неболее ± 1мг, расположенных на специальном подвижном столе.Для непрерывного контроля температуры в экспозиционной камереиспользовались низко инерционные бронированные термопары в количестве 32118штук с диапазоном измерений от -40°С до +1100°С с погрешностью не более±1,5∙t(оС).

Для контроля плотности теплового потока, падающего на образец,подвергшийся испытаниям, используется водоохлаждаемый датчик типа Гордонаи регистрирующий прибор с диапазоном измерений от 0 до 100 мВ. Погрешностьизмерения плотности теплового потока не превышает ±8%. Для непрерывногоконтроля состава газовоздушной среды в экспозиционной камере используетсямногоканальный газоанализатор, измеряющий концентрацию оксида углерода сдиапазоном измерений от 0 до 1%об и допустимой погрешностью ±10%, диоксидауглерода с диапазоном измерений от 0 до 5%об и допустимой погрешностью±10%, кислорода с диапазоном измерений от 0 до 21%об и допустимойпогрешностью ±10%об.Горючие материалы испытывались в режиме пламенного горения, которыйобеспечивался при температуре испытания 750°С и плотности падающеготеплового потока 60 кВт/м2.

Образец материала, предварительно взвешенный иимеющий комнатную температуру, помещался в держатель образца (вкладыш).Смоментавыходаэлектронагревательногоизлучателянастабилизированный режим заслонку переходного рукава и дверцу камерысгорания открывают. Вкладыш с образцом помещают без задержки в держательобразца, затем дверцу камеры сгорания закрывают. В процессе испытаний врежиме постоянного мониторинга фиксируются показания концентраций СО (%об), СО2(% об), О2 (% об), температуры и изменение массы образца.4.3.

Математическая модельВ работах [6, 7] показано, что зависимость плотности монооксида углеродаот температуры имеет вид: СО  * LСО ,(4.1)*ргде СО – среднеобъемная плотность СО, кг/м3;   K / Qн  характернаяплотность, зависящая только от схемы термогазодинамической картины пожара,теплофизических параметров пожара и горючего материала, кг/м3; LCO –119удельный коэффициент выделения монооксида углерода [5];коэффициентпропорциональностимеждуK  f Tср , Tв ,  –среднеобъемнойплотностьютоксичного газа и отношением LСО/Qнр, Дж/м3; Qнр – низшая рабочая теплотасгорания горючего материала, Дж/кг; Tср – среднеобъемная температура газовойсреды, К; Tв – температура воздуха в помещении, К;   коэффициенттеплопотерь, равный доле теплоты, выделившейся в очаге горения ипоступающей в ограждающие конструкции помещения из всего объемапомещения.Для рассматриваемой условно герметичной схемы пожара [13, 64]:2,5  10 5 Tср  Tв K.(1  )Tв(4.2)Формула (4.1), выражающая зависимость среднеобъемной плотности СО отсреднеобъемной температуры, не содержит геометрических размеров помещенияи поверхностей горючих материалов и, следовательно, является справедливой вусловиях как мелкомасштабного, так и крупномасштабного пожара в помещении.Этот вывод экспериментально подтвержден в работе [7] на основе сопоставлениярезультатоврасчетовсреднеобъемнойплотностимонооксидауглерода,полученных для полномасштабного помещения с использованием аналитическогорешенияинтегральноймоделииполнойсистемыуравненийзоннойматематической модели, с экспериментальными данными по проточной схеметермогазодинамики пожара [7].К основному недостатку такого подхода относится высокая погрешностьопределения коэффициента теплопотерь в экспериментальной мелкомасштабнойустановке и в реальном полномасштабном помещении.

Характеристики

Список файлов диссертации