Диссертация (1172945), страница 17

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

Текст из файла (страница 17)

Получим зависимостьплотности монооксида углерода от плотности кислорода в условно герметичномобъеме.Дифференциальное уравнение закона сохранения массы оксида углерода вгерметичном объеме имеет вид [5]:Vd СО LCO  ,d(4.3)120где V – внутренний объем установки, м3;  – время, с;  – массовая скоростьвыгорания горючего материала, кг/с;  - коэффициент полноты сгорания.Удельныйкоэффициентвыделениямонооксидауглеродавэкспериментальной установке в каждый момент времени определяется изформулы (4.3):LCO V d СО. d(4.4)Дифференциальное уравнение закона сохранения массы кислорода вгерметичном объеме имеет вид [5]:Vd О2d LО2  ,(4.5)где О2 – среднеобъемная плотность О2, кг/м3; LO2 – удельный коэффициентпоглощения кислорода.Удельный коэффициент поглощения кислорода в экспериментальнойустановке рассчитывается с использованием выражения (4.5):LО2 V d О2. d(4.6)Зависимость плотности монооксида углерода от плотности кислорода вкаждый момент времени от начала горения может быть получена из совместногоинтегрирования уравнений (4.3) и (4.5) от =0 до рассматриваемого моментавремени : СО LCO О 2 .в   О 2 ,LО2(4.7)где О2.в – плотность кислорода в атмосферном воздухе, кг/м3.Из выражения (4.7) видно, что для расчета плотности СО необходимоиспользовать значения плотности кислорода и удельных коэффициентовпоглощения О2 и выделения СО.Основным достоинством предложенной формулы (4.7) по сравнению свыражением (4.1) является отсутствие необходимости экспериментального илитеоретического определения коэффициента теплопотерь .121Будем рассматривать показатель токсичности по совместному влияниюконцентраций СО и О2.

В соответствии с работами [3, 65] можно записать:H т  H т.СО  H т.О2  O2 .в   O2 СО, СО.кр  O2 .в   O2кр(4.8)где Hт – показатель токсичности; СО.кр – предельно допустимая для человека(критическая) плотность монооксида углерода, кг/м3; О2.кр – предельнодопустимаядлячеловекаH т.СО  СО / СО.кр –(критическая)показательплотностьтоксичностипокислорода,кг/м3;действиюСО;H т.О2  O2 .в  O2 / O2 .в  O2кр – показатель токсичности по действию О2.Критическое значение показателя токсичности больше единицы и требуетобоснования [3, 65].Используя формулу (4.7), выражение (4.8) можно представить в видезависимости Hт только от плотности кислорода:L11H т  O2 .в  O2  CO LО СО.кр O .в  O кр22 2 .(4.9)4.4. Исходные данные для численных и натурных экспериментовРассматриваемследующиегорючиематериалы[5],наиболеераспространенные на ОЭ Вьетнама:- твердая горючая нагрузка:хвойные древесные стройматериалы: QнР=13,8 МДж/кг, уд=0,0063 кг/(м2с),LCO=0,024; LO2=1,15;- оболочка кабелей ПВХ: QнР=25 МДж/кг, уд=0,0244 кг/(м2с), LCO=0,109;LO2=2,19;- жидкая горючая нагрузка – масло трансформаторное: QнР=41,9 МДж/кг,уд=0,03 кг/(м2с), LCO=0,122; LO2=2,82;где уд – удельная массовая скорость выгорания горючего материала, кг/(м2с).Геометрические характеристики образцов принимались следующими:- хвойные древесные стройматериалы: F=0,0072 м2 и F=0,0145 м2;122- оболочка кабелей ПВХ: F=0,0067 м2 и F=0,0122 м2;- масло трансформаторное: F=0,01 м2 и =1,15 мм; F=0,01 м2 и =7,3 мм.где F – площадь поверхности образца, м2;  – толщина слоя трансформаторногомасла в кювете, мм.В соответствии с работой [5] критические значения равны СО.кр=1,1610-3кг/м3 и О2.кр=0,226 кг/м3.ВеличиныLCO такжеопределялисьизрезультатовэкспериментовосреднением по времени соответственно выражений (4.4) и (4.6).4.5.

Результаты численных и натурных экспериментов и их анализЭкспериментыпроводилисьдотемператургазовойсмесивнутрипомещений, не превышающих критического значения для человека, равного 70оС[5]. Средние по времени проведения экспериментов значения LCO представлены втаблице 4.1.Таблица 4.1. Результаты экспериментовГорючие материалыУсловия проведения Средняяэкспериментавеличина LCOF=0,0072 м20,024стройматериалы2F=0,0145 м0,011ОболочкаF=0,0067 м20,100F=0,0122 м20,096Хвойные древесныекабелейПВХLCO из [5]0,0240,109F=0,01 м2Масло=1,15 ммтрансформаторноеF=0,01 м2=7,3 мм0,056Газ*Hт.крСО1,90О21,29СО1,54СО1,65СО1,93О21,570,1220,020Примечание: * - газ, плотность которого раньше другого газа достигла критического значенияЗависимости среднеобъемной плотности монооксида углерода от изменениясреднеобъемной плотности кислорода представлены на рисунке 4.3 в случаегорения хвойных древесных стройматериалов, на рисунке 4.4 – при горениитрансформаторного масла и на рисунке 4.5 – оболочки кабелей ПВХ.123Из рисунков 4.3-4.5 видно, что теоретические значения среднеобъемнойплотностиСО,полученныесиспользованиемвыражения(4.7)иэкспериментальных средних значений LCO, достаточно точно для инженерногометода расчета совпадают с экспериментальными величинами для всехрассматриваемых горючих материалов.Зависимостикислородапоказателяприведенынатоксичностирисунке4.6от среднеобъемной(горениехвойныхплотностидревесныхстройматериалов), на рисунке 4.7 (трансформаторное масло) и на рисунке 4.8(оболочка кабелей ПВХ).СО, кг/м3345 –1 –2О2, кг/м3Рисунок 4.3 - Зависимости среднеобъемной плотности оксида углерода от изменениясреднеобъемной плотности кислорода при горении хвойных древесных стройматериалов:экспериментальные значения: 1 – F=0,0145 м2; 2 – F=0,0072 м2;расчет по формуле (4.7): 3 – F=0,0145 м2; 4 – F=0,0072 м2; 5 – СО.кр;  О2   О2 .в   О2 –снижение среднеобъемной плотности кислорода, кг/м3Из рисунков 4.6-4.8 видно, что теоретические значения показателейтоксичности Hт, Hт.СО и Hт.О2, полученные с использованием формулы (4.9) и124экспериментальных средних значений LCO, достаточно точно совпадают ссоответствующимиэкспериментальнымивеличинамипригорениивсехрассматриваемых материалов.Теоретические величины СО, Hт, Hт.СО и Hт.О2 в начале процесса горениябольше соответствующих экспериментальных значений (см.

рисунки 4.3-4.8), таккак в расчетах по формулам (4.7) и (4.9) используется средняя величинакоэффициента LCO, а локальное значение LCO меньше среднего при плотностикислорода, близкой к ее плотности в атмосферном воздухе (что видно из работ [6,7]). Поэтому расчет с использованием выражений (4.7) и (4.9) дает некоторыйзапаспонадежностиоценкивремениблокированияпутейэвакуациимонооксидом углерода.СО, кг/м3345 –1 –2О2, кг/м3Рисунок 4.4 - Зависимости среднеобъемной плотности оксида углерода от изменениясреднеобъемной плотности кислорода при горении трансформаторного масла (F=0,01 м2):экспериментальные значения: 1 – =1,15 мм; 2 – =7,3 мм;расчет по формуле (4.7): 3 – =1,15 мм; 4 – =7,3 мм; 5 – СО.кр125Критическиезначенияпоказателятоксичности,полученныеизэкспериментов, приведены в таблице 4.1, где Hт.кр – критическое значениепоказателя токсичности, при котором плотность СО или О2 достигаеткритической величины.Для рассматриваемых условий проведения экспериментов критическаявеличина показателя токсичности находится в диапазоне Hт.кр=1,291,93.СО, кг/м3345 –1 –2О2, кг/м3Рисунок 4.5 - Зависимости среднеобъемной плотности оксида углерода от изменениясреднеобъемной плотности кислорода при горении оболочки кабелей ПВХ:экспериментальные значения: 1 – F=0,0067 м2; 2 – F=0,0122 м2;расчет по формуле (4.7): 3 – F=0,0067 м2; 4 – F=0,0122 м2; 5 – СО.кр126Hта456 –1 –2 –3О2, кг/м3Hт45б6 –1 –2 –3О2, кг/м3Рисунок 4.6 - Зависимости показателя токсичности от среднеобъемной плотности кислорода пригорении хвойных древесных стройматериалов: а – F=0,0145 м2; б – F=0,0072 м2;экспериментальные значения: 1 – Hт; 2 – Hт.СО; 3 – Hт.О2;расчет по формуле (4.9): 4 – Hт; 5 – Hт.СО; 6 – Hт.О2127Hта456 –1 –2 –3О2, кг/м3Hт45б6 –1 –2 –3О2, кг/м3Рисунок 4.7 - Зависимости показателя токсичности от среднеобъемной плотности кислорода пригорении трансформаторного масла (F=0,01 м2): а – =1,15 мм; б – =7,3 мм;экспериментальные значения: 1 – Hт; 2 – Hт.СО; 3 – Hт.О2;расчет по формуле (4.9): 4 – Hт; 5 – Hт.СО; 6 – Hт.О2128Hта456 –1 –2 –3О2, кг/м3Hт456б –1 –2 –3О2, кг/м3Рисунок 4.8 - Зависимости показателя токсичности от среднеобъемной плотности кислорода пригорении оболочки кабелей ПВХ: а – F=0,0067 м2; б – F=0,0122 м2;экспериментальные значения: 1 – Hт; 2 – Hт.СО; 3 – Hт.О2;расчет по формуле (4.9): 4 – Hт; 5 – Hт.СО; 6 – Hт.О2129Результаты экспериментов и сопоставление результатов расчетов сопытными данными показывают, что:- среднеобъемная плотность монооксида углерода и показатель токсичностипо совместному воздействию СО и О2 при горении твердых и жидких веществ иматериалов в условно герметичном объеме произвольных размеров могут бытьрассчитаны с использованием только среднеобъемной плотности кислорода, атакже удельных коэффициентов выделения СО и поглощения О2;- предложенная математическая модель позволяет вести расчет динамикиизменениясреднеобъемнойплотностиСОприпожаревреальномполномасштабном помещении, не решая дифференциальное уравнение законасохранения массы монооксида углерода и используя экспериментальнуюзависимостьплотностиСОотплотностиО2ирасчетныезначениясреднеобъемной плотности О2.4.6.

Результаты и анализ численных экспериментов по математическомумоделированию пожара в полномасштабных помещенияхобъектов энергетики ВьетнамаВ научной литературе отсутствуют экспериментальные данные поодновременно измеренным полям температур и концентраций СО и О2 вполномасштабных помещениях, которые позволяют обработать результаты в видезависимостей СО.ср=f(Tср) или СО.ср=f(O2.ср). Поэтому проведем численныеэксперименты по сравнению результатов расчетов СО.ср по формулам (4.1) и (4.7),а также с использованием полных систем уравнений интегральной и зонноймоделей [5] для типовых помещений ТЭС и ГЭС.Также, в случае вышеуказанных помещений, выполним сравнение временблокирования путей эвакуации СО по существующему [5, 18, 19] ипредложенному методам расчета.Рассмотрим типовые помещения ТЭС и ГЭС Вьетнама:- ГЭС Лай Чау: кабельный зал 35255,5 м;130- ТЭС Тхай Бинь: кабельный тоннель 3023,1 м.Размеры открытого проема (двери) равны 1,82 м.Рассматриваем в качестве горючего материала оболочку кабелей ПВХ [5]:QнР=25 МДж/кг; уд=0,0244 кг/(м2с); wл=0,0071 м/с; LCO=0,109; LO2=2,19.где уд – удельная массовая скорость выгорания горючего материала, кг/(м2с); wл– линейная скорость распространения пламени по поверхности материала, м/с.Критическое значение плотности СО по существующим методикам расчетаравно СО.кр=1,1610-3 кг/м3 [5].При спокойном дыхании, когда нет дополнительных воздействий надыхательный центр, принимаем для взрослого человека весом 75 кг W=5,25 л/мини kW =0,7 [40].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.)).Принимаем, что в организме взрослого человека средняя удельная массагемоглобина равна 135 г/л, средний объем крови составляет 5,25 л, средняя массагемоглобина в крови человека  708,8 г [40].Молекулярная масса гемоглобина составляет Hb=68800 кг/кмоль [40], дляСО - СО=28 кг/кмоль.При расчете с использованием полной системы уравнений интегральноймодели (уравнения (2.7)-(2.11)) коэффициент теплопотерь  не задаетсяпостоянным, а определяется в процессе расчета с использованием уравнениятеплопроводности внутри ограждающей конструкции.Зависимости среднеобъемной температуры от времени с начала пожарапредставлены на рисунке 4.9.

Характеристики

Список файлов диссертации