Семинар 5 (Вариант на 2017) Пожарная обстановка(5) (1254559)
Текст из файла
32
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:
-
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.
-
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.
-
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 = QR + QA + QD ,
где: Q - лучистая энергия, воздействующая на облучаемое тело;
QR, QA, QD – 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.
Eo=σoT4 ,
где σo - постоянная Стефана-Больцмана, Т – температура тела в градусах Кельвина. σo = 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
Со= 20,766 кДж /м2·ч·К4= 5,67 Вт /м2·К4
и закон принимает вид
Ео – 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 σo , Со 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 . Со
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 q1-2 - 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):
где ε пр – приведенная степень черноты.
Уравнение для q1-2 (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 q1-2 измеряется либо в кДж/(м2·ч) , либо в Вт/м2 [при Со= 20,766 кДж /(м2·ч·К4) = 5,67 Вт /(м2·К4) ] и характеризует плотность облучения.
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.