Tong hop cemina (1254556)

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

Текст из файла

121

ИСТОЧНИК: “Защита в чрезвычайных ситуациях и гражданская оборона: в 2 частях,/ Ефимов В.Ф., Рябиков А.А., Титоренко Л.П., Чебыкин А.Д., под ред. Л.П. Титоренко Учебное пособие, часть 1, М.: Изд. ООО «Ториус 77», 2009 г.

Семинар 5 . Оценка пожарной обстановки при авариях на ПОО.

Задачи, решаемые при оценке пожароопасной обстановки.

Задачи прогноза возможного возгорания решаются для случаев:

1. Воздействия на горючие материалы твердых нагретых предметов – технологических поверхностей агрегатов или трубопроводных систем транспортировки жидких и газообразных компонентов с повышенной температурой. Инженерные методы решения таких задач основываются на физике стационарного режима теплообмена.

1. Воздействия на горючие материалы омывающих их нагретых жидкостей или газов. Такие случаи более характерны для аэродинамических и газодинамических систем, а на других производствах встречаются, как правило, при аварийных ситуациях. Например, случай омывания поверхностей производственного помещения газообразными продуктами сгорания при пожаре. Решение задач основывается на физике конвективного теплообмена.

2. Воздействия на горючие материалы потока электромагнитного излучения в диапазонах ультрафиолетового, инфракрасного или светового излучения. Задачи этого вида решаются для оценки при пожарах возможности переброса пламени на соседние объекты, при оценке необходимых противопожарных разрывов между пожароопасными объектами и т.д. Решение основывается на законах лучистого теплообмена.

Методы решения задач 3-го вида рассмотрим на этом занятии.

Уравнение баланса лучистого теплообмена

Баланс лучистого теплообмена описывается следующим выражением:

Q = Q_R + Q_A + Q_D ,

где: Q - лучистая энергия, воздействующая на облучаемое тело;

Q_R, Q_A, Q_D – отраженная, поглощенная и проходящая сквозь тело лу­чистая энергия.¹

Разделив обе части этого выражения на Q получим:

R + A + D = 1 ,

где: R, A, D - коэффициенты, характеризующие отража­тельную (R), поглощательную (A) и пропускательную (D) способность тела.

Эти коэффициенты зависят от рода тела, его температуры, состояния поверхности, от длины волны лучей, воздействующих на него.

При D=1 тело называется абсолютно прозрачным или диатермальным,

При R=1 - абсолютно белым или зеркальным,

при A=1 - абсолютно черным, т.е. таким, которое поглощает все падающие на него лучи независимо от их направления, спектрального состава и поляризации.

В природе не существует ни абсолютно черного, ни диатермального, ни абсолютно белого тела.

Наиболее близки

- к диатермальным - двухатомные газы (D ≈ 0,97 – 0,99);

- к зеркальным - полированные металлические поверхности (R ≈ 0,97 – 0,99);

- к абсолютно черным – сажа, черный бархат (A ≈ 0,97 – 0,99).²

Названные три понятия, особенно понятие абсо­лютно черного тела, широко используются в инженерных расчетах лучисто­го теплообмена.

Закон Стфана-Больцмана

(Экспериментально открыт в 1879 году Стефаном, теоретически обоснован и выведен в 1884 году Больцманом) гласит:

энергия полусферического излучения абсолютно черного тела пропорциональна четвертой степени его абсолютной температуры, т.е.

E_o=σ_oT⁴ ,

где σ_o - постоянная Стефана-Больцмана, Т – температура тела в градусах Кельвина. σ_o = 20,766 · 10^-8 кДж /(м²·ч·К⁴) = 5,67· 10^-8 Вт /(м²·К⁴)

В целях удобства вычислений при проведении практических расчетов³ для написания закона используется величина

С_о= 20,766 кДж /м²·ч·К⁴= 5,67 Вт /м²·К⁴

и закон принимает вид

кДж /м²·ч (или Вт/м²).

Е_о – энергия удельная, т.е. излучаемая в час с квадратного метра поверхности тела и приходящаяся на один градус абсолютной температуры тела, или плотность излучения.

Если речь идет не об абсолютно черном, а о реальном теле, значения постоянных σ_o , С_о и всей излучаемой энергии будут меньше.

В случае реального тела используются обозначения

E=εT⁴ или , кДж /м²·ч (или Вт/м²).

Показатель для реального тела С = ε . С_о

Отношение называется степенью черноты реального тела, а само тело при ε < 1 называют серым.

Величина ε - аналог величины A (поглощательной способности тела).

В результате для тела с температурой Т можно написать

.

Уравнение теплообмена бесконечной плоской стенки

Лучистый теплообмен при пожарах представляет собой сложный физи­ческий процесс, зависящий от большого числа факторов, характеризующих как сам процесс формирования теплового излучения, так и его воздейс­твие на окружающие тела. Полностью учесть особенности каждого из этих факторов в аналитичес­ком выражении, описывающем процесс теплообмена, не представляется воз­можным, поэтому при проведении расчетов процесс представляется с большим количеством допущений.

Поясним используемые подходы, рассмотрев один из частных случаев.

Как твердые, так и жидкие тела поглощают очень тонким слоем почти все тепловое излучение, падающее на их поверхность. Для металлов тол­щина этого слоя составляет около 1 микрона, для большинства остальных материалов - около 1,3 мм. Поэтому, в первом приближении, можно гово­рить о тонкой поглощающей поверхности облучаемого тела или представлять излучающее или облучаемое тело в виде плоскости.

Пусть имеются две параллельные (чтобы упростить вычисления), бесконечные (чтобы исключить краевой эффект) плоскости ТЕЛ, имеющие следующие характеристики: 1. Для каждой поверхности A < 1, D = 0, R = (1 – A) или

степени черноты тел ε ₁ < 1, ε ₂ < 1,

сквозь себя тела излучений не пропускают,

отражательные способности (1 - ε ₁) и (1 - ε ₂) .

2. Температуры тел различны и положим, что Т₁>T₂.

3. Тела разделены диатермальной средой с D = 1 (т.е.среда прозрачна).

Индексом 1 обозначается ОДНО тело ИЗЛУЧАЮЩЕЕ, 2 – ДРУГОЕ тело ОБЛУЧАЕМОЕ.

Согласно закону Стефана-Больцмана и принятым допущениям можно звключить, что каждая плоскость не только излучает собственную энергию, но и отражает падающую на нее энергию, направляя ее в сторону излучателя.

При этом следует иметь ввиду, что часть падающей на нее энергии – это ее собственная энергия, отраженная противоположной плоскостью.

Баланс перечисленных энергий отражается в итоговом уравнении теплообмена плоской стенки следующим образом

где q_1-2 - плотность светового потока, Вт/м²;

Е₁ – энергия, излучаемой первой плоскостью, - та ее часть, которая поглощается самим первым телом после отражения вторым телом.

Аналогичные величины для энергии, излучаемой второй плоскостью .

В результате для случая тел, представленных в виде бесконечных плоскостей, получим выражение для удельной энергии, передаваемой от первого тела второму (Т₁ > Т₂):

. Вт/м²

где ε _пр – приведенная степень черноты.

Уравнение для q_1-2 (удельной энергии, передаваемой от первого тела второму в единицах плотности) получило название уравнение лучистого теплообмена в бесконечной плоской стенке. Величина ε _пр характеризует процесс теплообмена двух плоскостей с учетом степеней их черноты:

Краевой эффект при конечных размерах стенки

При лучистом теплообмене между двумя параллельными бесконечными плоскостями на каждую точку плоскости падают лучи от всех точек противолежащей плоскости. В результате можно сказать, - во-первых, что энергия, падающая на точку, приносится лучами из полусферы, лежащей на облучаемой плоскости и с центром в этой точке, и, - во-вторых, все точки каждой плоскости с точки зрения теплообмена находятся в одинаковых условиях.

При конечных размерах стенки на каждую облучаемую точку падают лучи уже не из полусферы, а из телесного угла меньших размеров, ограниченного размерами излучаемой поверхности. Кроме того, точки находящиеся ближе к краям будут находиться в менее напряженном тепловом режиме по сравнению с точками, находящимися ближе к центру. В общем случае принимается, что энергия, падающая на облучаемую точку пропорциональна телесному углу, под которым из этой точки видна излучающая поверхность: при бесконечных плоскостях величина телесного угла равна площади поверхности полусферы (2 π r²), при конечных размерах стенки – площади некоторой поверхности S (r²) на полусфере.

В практических расчетах принимается, что уменьшение энергии, воспринимаемой облучаемой точкой за счет уменьшения размеров излучателя, выражается ψ, равным отношению величины телесного угла, под которым виден излучатель, к площади полусферы:

Ψ = S (r²)/ 2 π r²

Величина Ψ - коэффициент облученности (полная величина)

С учетом полной величины коэффициента облученности Ψ формула лучистого теплообмена в плоской стенке с конечными размерами приобретает вид:

Величина q_1-2 измеряется либо в кДж/(м²·ч) , либо в Вт/м² [при С_о= 20,766 кДж /(м²·ч·К⁴) = 5,67 Вт /(м²·К⁴) ] и характеризует плотность облучения.

Описанная выше схема плоской стенки применяется при оценке возможности возгорания объектов облучаемой плоскости 2 от облучающей горящей плоскостью 1.

По аналогии с подходом, принятым в термодинамике, можно сказать, что уравнение для q_1-2 строго справедливо только для равновесного процесса, т.е. при заданных и постоянных значениях всех параметров.

При исследовании реальных процессов величина q_1-2 рассматривается как критериальная функция, значение которой принимается постоянным и рассчитывается для какого-то условного момента времени в ходе процесса

переброса пламени с горящего объекта от начала его возгорания до момента возгорания другого защищаемого объекта под действием потока лучистой энергии, излучаемой горящим объектом.

При решения задач по оценке пожарной обстановки основная формула расчета приобретает обозначения:

, где

q_кр = q_1-2 - КРИТИЧЕСКАЯ ПЛОТНОСТЬ СВЕТОВОГО

ПОТОКА (или критическая плотность освещения), Вт/м²,

при которой возникает опасность возгорания некоторого защищаемого объекта от горящего источника, для различных материалов приведены в табл. А1 Приложения А.

Т_ист = Т₁ - средняя температура факела пламени горящего материала, ⁰К,

приведенная в табл. А1 Приложения А ;

Т_доп = Т₂ = Т_м - температура самовоспламенения материала объекта защиты

(облучаемого вещества), ⁰К, приведенная в табл. А1 Приложения А ;

С_о = 5,67 Вт/м² К⁴ ;

Характеристики

Тип файла документ

Документы такого типа открываются такими программами, как Microsoft Office Word на компьютерах Windows, Apple Pages на компьютерах Mac, Open Office - бесплатная альтернатива на различных платформах, в том числе Linux. Наиболее простым и современным решением будут Google документы, так как открываются онлайн без скачивания прямо в браузере на любой платформе. Существуют российские качественные аналоги, например от Яндекса.

Будьте внимательны на мобильных устройствах, так как там используются упрощённый функционал даже в официальном приложении от Microsoft, поэтому для просмотра скачивайте PDF-версию. А если нужно редактировать файл, то используйте оригинальный файл.

Файлы такого типа обычно разбиты на страницы, а текст может быть форматированным (жирный, курсив, выбор шрифта, таблицы и т.п.), а также в него можно добавлять изображения. Формат идеально подходит для рефератов, докладов и РПЗ курсовых проектов, которые необходимо распечатать. Кстати перед печатью также сохраняйте файл в PDF, так как принтер может начудить со шрифтами.

Список файлов семинаров