Содержание

Основные понятия и уравнения интегральной математической модели пожара в помещении
Цели лекции:
Литература
Расчет среднеобъемной температуры пожара
Начальные условия для дифференциальных уравнений в начальной стадии пожара.
🎬 Видео

Основные понятия и уравнения интегральной математической модели пожара в помещении

Описание: Основные понятия и уравнения интегральной математической модели пожара в помещении. Основные понятия математической модели пожара в помещении. Допущения интегрального метода термодинамического анализа пожара.

Дата добавления: 2015-05-02

Размер файла: 53.24 KB

Работу скачали: 102 чел.

Поделитесь работой в социальных сетях

Если эта работа Вам не подошла внизу страницы есть список похожих работ. Так же Вы можете воспользоваться кнопкой поиск

по дисциплине «Прогнозирование опасных факторов пожара»

Тема №2. «Основные понятия и уравнения интегральной математической модели пожара в помещении»

Лекция 1. Основные понятия математической модели пожара в помещении

1.1 Допущения интегрального метода термодинамического анализа пожара

1.2 Среднеобъемная плотность газовой среды

1.3 Среднеобъемная парциальная плотность

1.4 Среднеобъемная (удельная) внутренняя энергия

1.5 Дым и его влияние на термодинамические параметры среды

Лекция 2. Дифференциальные уравнения пожара

Видео:9 Советов от Спасателей, Как Пережить Пожар в ДомеСкачать

Цели лекции:

В результате прослушивания материала слушатели должны знать:

опасные факторы пожара, воздействующие на людей, на конструкции и оборудование
предельно допустимые значения ОФП
методы прогнозирования ОФП

Уметь: прогнозировать обстановку на пожаре.

Развивающие:

выделять самое главное
самостоятельность и гибкости мышления
развитие познавательного мышления

Литература

Д.М. Рожков Прогнозирование опасных факторов пожара в помещении. Иркутск 2007. С.89
Ю.А.Кошмаров, М.П. Башкирцев Термодинамика и теплопередача в пожарном деле. ВИПТШ МВД СССР, М., 1987 г.
Ю.А.Кошмаров Прогнозирование опасных факторов пожара в помещении. Москва 2000. С.118
Ю.А.Кошмаров, В.В. Рубцов, Процессы нарастания опасных факторов пожара в производственных помещениях и расчет критической продолжительности пожара. МИПБ МВД России, М., 1999 г.

Лекция 1. Основные понятия математической модели пожара в помещении

1.1 Допущения интегрального метода термодинамического анализа пожара

Интегральная математическая модель пожара описывает в самом общем виде процесс изменения во времени состояния газовой среды в помещении.

1) С позиций термодинамики газовая среда, заполняющая помещение с проемами (окна, двери и т.п.), как объект исследования есть открытая термодинамическая система (рис. 1.1).

2)Ограждающие конструкции (пол, потолок, стены) и наружный воздух (атмосфера) являются внешней средой по отношению к этой термодинамической системе. Граница между термодинамической системой и внешней средой (контрольная поверхность) показана условно на рис. 1.1 пунктирной линией. Эта система взаимодействует с внешней средой путем тепло- и массообмена. В процессе развития пожара через одни проемы выталкиваются из помещения нагретые газы, а через другие поступает холодный воздух.

3) Количество вещества, т.е. масса газа в рассматриваемой открытой термодинамической системе, в течение времени изменяется. Поступление холодного воздуха обусловлено работой проталкивания, которую совершает внешняя среда.

4) Термодинамическая система в свою очередь совершает работу, выталкивая нагретые газы во внешнюю атмосферу. Эта термодинамическая система взаимодействует также с ограждающими конструкциями путем теплообмена. Кроме того, в эту систему с поверхности горящего материала (т.е. из пламенной зоны) поступает вещество в виде газообразных продуктов горения.

Рис. 1.1. Схема пожара в помещении:

—- контрольная поверхность;1 — ограждения; 2 — проемы (окна, двери); 3 горящий материал; G г — расход уходящих газов; G в — расход поступающего холодного воздуха; ψ- скорость выгорания материала

Состояние рассматриваемой термодинамической системы изменяется в результате взаимодействия с окружающей средой. Приступая к изложению сути интегрального метода описания процесса изменения состояния рассматриваемой термодинамической системы, отметим прежде всего следующие два факта.

5) Всегда с большой точностью можно считать, что газовая среда внутри помещения при пожаре есть смесь идеальных газов.

6) В каждой точке пространства внутри помещения в любой момент времени реализуется локальное равновесие. Это означает, что локальные значения основных термодинамических параметров состояния (плотность, давление, температура) связаны между собой уравнением Клапейрона, т.е.

где р — локальное давление, Н·м -2 ; ρ — локальная плотность, кг·м -3 ; R — газовая постоянная, Дж·кг -1 К -1 ; Т — локальная температура, К.

При пожаре поля локальных термодинамических параметров состояния являются нестационарными и неоднородными. Расчет этих полей представляет собой чрезвычайно сложную математическую задачу. Интегральный метод описания состояния среды в помещении позволяет не рассматривать эту задачу.

7) Особенностью рассматриваемой термодинамической системы (т.е. газовой среды в помещении) является то, что ее объем (т.е. пространственная конфигурация) в процессе развития пожара практически не изменяется. В связи с этим в интегральном методе описания состояния термодинамической системы, коей является газовая среда в помещении, используются «интегральные» параметры состояния термодинамической системы среднеобъемные параметры — среднеобъемную плотность газовой среды и среднеобъемную (удельную) внутреннюю энергию.

Отношение этих двух интегральных параметров позволяет оценивать в среднем степень нагретости газовой среды. В процессе развития пожара значения указанных интегральных параметров состояния изменяются.

1.2 Среднеобъемная плотность газовой среды в помещении представляет собой отношение массы газа, заполняющего помещение, к объему помещения, т.е.

где М — масса газа, заполняющего помещение, кг; V — свободный объем помещения, м 3 . Нижний индекс т , используемый здесь и далее, представляет собой первую букву в немецком слове mittel (средний). Следует отметить, что

С формальных позиций среднеобъемная плотность газовой среды есть результат осреднения по объему помещения всех значений локальной плотности, т.е.

Газовая среда в помещении представляет собой смесь кислорода, азота и продуктов горения. В процессе развития пожара количественное соотношение между компонентами смеси изменяется. В интегральном методе описания процесса изменения массы i -го компонента смеси в течение времени используется параметр, называемый среднеобъемной парциальной плотностью i -го компонента смеси.

1.3 Среднеобъемная парциальная плотность i -го компонента представляет собой отношение массы i -го компонента смеси (например О 2 ), содержащейся в объеме помещения, к объему помещения, т.е.

где М, — масса i -го компонента, находящегося в помещении, кг. Отметим, что с формальной точки зрения среднеобъемная парциальная плотность i -го компонента есть результат осреднения по объему помещения всех значений локальной парциальной плотности этого компонента, т.е.

где ρ i , — локальное значение парциальной плотности i -го компонента, кг·м -3 .

1.4 Среднеобъемная (удельная) внутренняя энергия представляет собой отношение внутренней тепловой энергии всего газа, заполняющего помещение, к объему помещения, т.е.

где и — внутренняя энергия всей газовой среды, заполняющей помещение, Дж. С формальных позиций среднеобъемная внутренняя энергия газовой среды есть результат осреднения по объему всех значений локальной удельной (объемной) внутренней энергии, т.е.

где U V — локальное значение удельной (объемной) внутренней энергии, Дж·м -3 . Локальные значения удельной объемной внутренней энергии и удельной массовой внутренней энергии связаны между собой простым соотношением, которое имеет следующий вид:

где и — локальное значение удельной массовой внутренней энергии газа, Дж·кг. Отметим здесь, что между локальным значением удельной массовой внутренней энергии и локальной температурой идеального газа существует простая взаимосвязь, а именно

где c v — изохорная теплоемкость газа, Дж·кг·К.

В интегральном методе описания процесса изменения состояния термодинамической системы (т.е. газовой среды в помещении) вместо среднеобъемной внутренней энергии используется параметр состояния, называемый среднеобъемным давлением. Эти два параметра в формальном отношении являются взаимозаменяемыми. Покажем это. Формулу (2.8) можно преобразовать с помощью выражений (2.9) и (2.10)

Если теперь воспользоваться уравнением Клапейрона (2.1), то формулу (2.11) можно преобразовать и получить следующее выражение:

где p — локальное давление, Н·м -2 ;

к = C p / C V — отношение изобарной и изо хорной теплоемкостей идеального газа (показатель адиабаты). С достаточной для практики точностью можно считать, что показатель адиабаты во всех точках внутри помещения есть одна и та же постоянная величина. С учетом этого замечания формулу (2.12) можно преобразовать:

Выражение в прямоугольных скобках представляет собой операцию осреднения всех локальных значений давления по объему помещения. Результат этого осреднения называют среднеобъемным давлением, т.е.

где р т — среднеобъемное давление, Н·м -2

Сравнивая выражения (2.13) и (2.14), получим следующее соотношение между среднеобъемной внутренней энергией и среднеобъемным давлением:

Из последней формулы следует, что среднеобъемное давление прямо пропорционально среднеобъемной внутренней энергии. Среднеобъемное давление необходимо знать при расчетах газообмена помещения с внешней атмосферой, что будет показано в дальнейшем.

Степень нагретости газовой среды характеризуется в среднем отношением внутренней энергии этой среды к ее массе. Отношение этих физических величин можно представить с помощью формул (2.2), (2.7) и (2.15) в следующем виде:

Если правую и левую части равенства (2.16) поделить на изохорную теплоемкость, то получится следующее выражение:

Комплекс в левой части выражения (2.17) имеет размерность «Кельвин». Этот комплекс представляет собой параметр состояния рассматриваемой термодинамической системы, который называется среднемассовой температурой газовой среды, т.е.

С помощью выражения (2.18) можно преобразовать формулу (2. ] 7) и в результате получить следующее уравнение:

Вывод: Уравнение 2.19 является основным и связывает между собой три важных параметра состояния газовой среды в помещении при пожаре. По внешнему виду это уравнение такое же, как уравнение Клапейрона для локальных параметров состояния. В дальнейшем уравнение (2.19) для краткости будем называть усредненным уравнением состояния газовой среды, заполняющей помещение.

1.5 Дым и его влияние на термодинамические параметры среды

Газовая среда, заполняющая помещение при пожаре, содержит в себе мельчайшие твердые частицы. Следует отметить, что доля тепловой энергии, приходящейся на эти частицы, пренебрежимо мала по сравнению с внутренней энергией газовой среды, находящейся в помещении. Не существенным является также вклад этих частиц в суммарную массу среды, заполняющей помещение при пожаре. Поэтому можно не учитывать присутствие этих частиц при вычислениях таких параметров состояния среды, как среднеобъемная плотность, среднеобъемное давление и среднемассовая температура. Однако присутствие этих частиц сильно изменяет оптические свойства среды в помещении. В результате рассеяния энергии световых волн из-за многократного диффузного отражения от этих мельчайших частиц (их диаметр приблизительно равен 0,2-4 мкм) ухудшается видимость. Оптические свойства среды, находящейся в помещении, характеризуются среднеобъемной оптической плотностью дыма.

Среднеобъемная плотность (концентрация) дыма представляет собой отношение оптического количества дыма, находящегося в помещении, к объему помещения, т.е.

где S — оптическое количество дыма, Нп·м 2 ; µ m — среднеобъемная оптическая плотность дыма, Нп·м -1 . Здесь сокращением «Нп» обозначено слово «Непер». Оптическое количество дыма в помещении есть произведение средней концентрации твердых частиц на объем помещения и эффективное сечение экстинкции, т.е.

где N — средняя концентрация частиц, т.е. число частиц, приходящееся на единицу объема, м -3 ; χ — эффективное сечение экстинкции, м 2 . Чем выше оптическая плотность (концентрация) дыма, тем хуже видимость в помещении. Оптическая плотность дыма и дальность видимости связаны между собой следующим приближенным соотношением:

где l вид — дальность видимости, м.

К числу важнейших понятий, используемых в дальнейшем, относятся упомянутые ранее теплота сгорания, стехиометрические коэффициенты и дымообразующая способность горючих материалов. Последнее понятие требует некоторых пояснений.

Дымообразующая способность горючего материала есть оптическое количество дыма, образующегося при сгорании единицы массы горючего материала, т.е.

где D — дымообразующая способность ГМ, Нп·м 2 ·кг -1 ; J — число частиц, образующихся при сгорании единицы массы горючего материала, кг -1 ; χ — эффективное сечение экстинкции частиц, м 2 .

Лекция 2. Дифференциальные уравнения пожара

Уравнения пожара описывают в самом общем виде изменение среднеобъемных параметров состояния газовой среды в помещении в течение времени (в процессе развития пожара). Эти уравнения были сформулированы в 1976г. проф. Ю.А. Кошмаровым (статья «Развитие пожара в помещении» в научном сборнике ВНИИПО МВД СССР «Горение и проблемы тушения пожаров». М.: ВНИИПО МВД СССР, 1977).

Уравнения пожара являются обыкновенными дифференциальными уравнениями. Они вытекают, как и большинство уравнений математической физики, из фундаментальных законов природы — первого закона термодинамики для открытой термодинамической системы и закона сохранения массы. Подробный вывод этих уравнений приведен в учебнике Ю.А. Кошмарова и М.П. Башкирцева «Термодинамика и теплопередача в пожарном деле» (М., ВИПТШ МВД СССР, 1987). Ограничимся здесь кратким изложением рассуждений, используемых при выводе уравнений пожара.

Первое уравнение — уравнение материального баланса пожара в помещении — вытекает из закона сохранения массы. Применительно к газовой среде, заполняющей помещение, этот закон можно сформулировать так: изменение массы газовой среды в помещении за единицу времени равно алгебраической сумме потоков массы через границы рассматриваемой термодинамической системы. Под границей системы здесь подразумевается воображаемая контрольная поверхность, ограничивающая пространство, внутри которого заключена рассматриваемая газовая среда. На рис. 1.1 эта поверхность условно показана пунктирной линией. Часть этой поверхности совпадает с поверхностью ограждений (стены, пол, потолок). Там, где находятся проемы, эта поверхность является воображаемой. Объем пространства, заключенный внутри этой поверхности, называется свободным объемом помещения и обозначается буквой V . Введем следующие обозначения:

а) G B — расход поступающего воздуха из окружающей атмосферы в помещение, который имеет место в рассматриваемый момент времени процесса развития пожара, кг∙с -1 ;

б) G Г — расход газов, покидающих помещение через проемы в рассматриваемый момент времени, кг∙с -1 ;

в) ψ — скорость выгорания (скорость газификации) горючего материала в рассматриваемый момент времени, кг∙с -1 ;

г) ρ m V — масса газовой среды, заполняющей помещение в рассматриваемый момент времени, кг.

За малый промежуток времени, равный dx , будет иметь место малое изменение массы газовой среды. В то же время можно считать, что значения G Г , G B и ψ в течение этого малого промежутка времени остаются практически неизменными. С учетом вышесказанного уравнение материального баланса для газовой среды в помещении записывается следующим образом:

где левая часть уравнения есть изменение массы газовой среды за единицу времени в интервале, равном dτ . Правая часть есть алгебраическая сумма потоков массы.

Уравнение (2.24) называется уравнением материального баланса пожара.

Аналогичные рассуждения позволяют получить дифференциальные уравнения баланса массы кислорода, баланса продуктов горения и баланса оптического количества дыма. Уравнение баланса массы кислорода:

Уравнение баланса токсичного продукта горения:

Уравнение баланса оптического количества дыма:

В этих уравнениях использованы следующие обозначения: ρ 1 , — среднеобъемная парциальная плотность кислорода, кг · м -3 ; ρ 2 — среднеобъемная парциальная плотность токсичного продукта горения, кг · м -3 ; μ м — объемная оптическая концентрация дыма, Нп · м -1 .

В правой части уравнения (2.25) — уравнения баланса массы кислорода — использованы, кроме ранее указанных, следующие обозначения: х 1в — массовая доля кислорода в поступающем воздухе; средняя массовая доля кислорода в помещении; L 1 — стехиометрический коэффициент для кислорода (количество кислорода, необходимое для сгорания единицы массы горючего материала), кг∙кг -1 ; η — коэффициент полноты сгорания; n 3 , — коэффициент, учитывающий отличие концентрации кислорода в уходящих газах от среднеобъемной концентрации кислорода.

В правой части уравнения (2.26) — уравнения баланса токсичного продукта горения — использованы, кроме ранее указанных, следующие обозначения: L 2 — стехиометрический коэффициент для продукта горения (количество продукта горения, образующегося при сгорании единицы массы горючего материала), кг∙кг -1 ; средняя массовая доля токсичного газа в помещении; п 2 — коэффициент, учитывающий отличие концентрации токсичного газа в уходящих газах от среднеобъемной концентрации этого газа.

В правой части уравнения (1.36) — уравнения баланса оптического количества дыма — использованы, кроме ранее указанных, следующие обозначения: n 3 — коэффициент, учитывающий отличие оптической концентрации дыма в уходящих газах от среднеобъемного значения оптической концентрации дыма; F w — площадь поверхности ограждений (потолка, пола, стен), м 2 ; к с — коэффициент седиментации частиц дыма на поверхностях ограждающих конструкций, Нп · с -1 . Коэффициент седиментации по физическому смыслу есть скорость осаждения частиц дыма.

На основе первого закона термодинамики выводится уравнение энергии пожара. Рассматриваемая термодинамическая система, т.е. газовая среда внутри контрольной поверхности, характеризуется тем, что она не совершает работы расширения. Кинетическая энергия видимого движения газовой среды в помещении пренебрежимо мала по сравнению с ее внутренней энергией. Потоки массы через некоторые участки контрольной поверхности (проемы) характеризуются тем, что в них удельная кинетическая энергия газа пренебрежимо мала по сравнению с удельной энтальпией.

С учетом всего сказанного получается следующее уравнение энергии пожара:

Левая часть этого уравнения есть скорость изменения внутренней тепловой энергии газовой среды в помещении за единицу времени в рассматриваемый малый промежуток времени dτ , т.е.

В правой части уравнения (2.28) первый член представляет собой количество тепла, поступающего за единицу времени в газовую среду в результате горения (скорость тепловыделения). Второй член есть поток энергии в помещение, поступающий вместе с продуктами газификации (пиролиз, испарение) горючего материала. Здесь величина i r — энтальпия этих продуктов. Третий член представляет собой сумму внутренней тепловой энергии поступающего за единицу времени воздуха и работы проталкивания, которую совершает внешняя атмосфера. Четвертый член есть сумма внутренней тепловой энергии, которую уносят за единицу времени уходящие газы, и работы выталкивания, которую совершает рассматриваемая термодинамическая система. Пятый член представляет собой тепловой поток, поглощаемый ограничивающими конструкциями и излучаемый через проемы.

Представленные выше пять дифференциальных уравнений содержат шесть неизвестных функций p m (τ), p m (τ), Т m (τ), р 1 (τ), р 2 (τ) и  m (τ) . Эту систему уравнений дополняет алгебраическое уравнение — усредненное уравнение состояния (2.19).

Начальные значения для этих функций задаются условиями, которые имеют место в помещении перед началом пожара, т.е.

Представленная здесь система уравнений описывает свободное развитие пожара. Развитие пожара называют свободным, если не осуществляется тушение, т.е. если помещение не подаются огнетушащие вещества. Эффекты, обусловленные подачей огнетушащих веществ в объем помещения, можно учесть путем введения в дифференциальные уравнения дополнительных членов. Например, при тушении инертными газами (аргон, азот, диоксид углерода) уравнение материального баланса пожара записывается следующим образом:

где G o в — массовый расход подачи огнетушащего вещества, кг∙с -1 . Соответствующим образом изменяются в этом случае и остальные дифференциальные уравнения пожара.

Как уже говорилось, в уравнениях пожара искомыми (неизвестными) функциями являются среднеобъемные параметры газовой среды, а независимой переменной является время. Кроме этих переменных величин, уравнения содержат целый ряд других физических величин, которые можно разделить на две группы. К первой группе относятся величины, заданные условиями однозначности, которые представляют собой сведения о размерах помещения (объем V и поверхность ограждений F w ) и свойствах горючего материала (теплота сгорания Q р н , стехиометрические коэффициенты L 1 , L 2 , дымообразующая способность D , энтальпия продуктов горения i n . Ко второй группе относятся те величины, которые зависят, помимо всего прочего, от параметров состояния среды в помещении. К этим величинам относятся массовые расходы поступающего через проемы воздуха G B и уходящих через проемы газов G Г , тепловой поток, поглощаемый ограждающими конструкциями и излучаемый через проемы Q w , коэффициент полноты сгорания η , скорость тепловыделения ηQ p н ψ . Для вычисления значений физических величин, относящихся ко второй группе, необходимо располагать дополнительными уравнениями.

Конкретный вид дополнительных уравнений установлен путем привлечения сведений из теории конвективного и лучистого теплообмена, теории газообмена помещения с окружающей атмосферой через проемы из-за различия плотностей наружного воздуха и газовой среды внутри помещения, теории горения.

В заключение необходимо сделать некоторые замечания по поводу общих положений, касающихся сущности описания пожара на уровне осредненных параметров состояния.

В интегральной математической модели мы оперируем с интегральными характеристиками термодинамической системы. Этот подход не требует каких-либо допущений и оговорок о том, как распределены локальные значения термодинамических параметров состояния по объему помещения. Здесь не уместны оговорки такого, например, типа: «предположим, что температурное поле является однородным», или часто используемое выражение о «размазанности» того или иного параметра состояния газовой среды.

Естественным является вопрос о том, как определить значение того или иного термодинамического параметра состояния в заданной точке объема помещения, если будет известно среднеобъемное значение. К этому вопросу мы вернемся в параграфах, посвященных интегральной математической модели пожара.

Здесь лишь отметим, что процесс развития пожара в помещении можно расчленить на ряд характерных временных этапов. Каждому этапу присущи характерные законы распределения локальных термодинамических параметров состояния внутри помещения. Это обстоятельство используется для ответа на поставленный здесь вопрос.

Видео:Действия должностных лиц, ответственных за обеспечение пожарной безопасностиСкачать

Расчет среднеобъемной температуры пожара

Введение

Горение – это основной процесс на внутреннем пожаре, является неконтролируемым и до настоящего времени еще недостаточно изученным. Поэтому изучение принципов и методов математического описания (моделирования) взаимосвязанных термогазодинамических процессов, характеризующих в целом пожар в закрытом объеме помещения, а также проведению исследований реально произошедших пожаров позволяет с большей достоверностью определить значения опасных факторов пожара.

Глубокие знания методов прогнозирования опасных факторов пожара необходимы для решения задач по обеспечению пожарной безопасности хозяйственных объектов, безопасной эвакуации людей при пожаре и успешной борьбы с пожарами.

Целью написания курсовой работы является прогнозирование опасных факторов пожара.

Для достижения поставленной цели были определены решаемые задачи:

· рассчитать среднеобъемные температуры пожара;

· определить температурный режим пожара в помещении промышленного здания с учетом начальной стадии;

· рассчитать координаты плоскостей давлений расхода газа и воздуха;

· кратко изложить теоретическую часть курсовой работы по темам курса учебной дисциплины.

Большой вклад в моделирование процессов, происходящих на внутреннем пожаре, внесли: Ю.А. Кошмаров, А.В. Матюшин, С.И. Зернов, В.М. Астапенко, В.Н. Тимошенко, А.М. Рыжов, В.Л. Страхов и С.В. Пузач. Работы этих ученых по моделированию опасных факторов пожара признаны в мировой науке.

Для написания курсовой работы использовалась специальная литература, методические рекомендации.

Расчет среднеобъемной температуры пожара

Рассчитать среднеобъемную температуру пожара на момент полного охвата помещения пламенем, если пожарную нагрузку в помещении составляют мебель и бытовые изделия. Помещение размерами 31х24х3,5 м находится в здании 1-й степени огнестойкости. Размеры дверных проемов 1,5х2 м, предел огнестойкости дверей 0,1 ч. Пожар произошел в центре помещения.

1. По табл. прил. 1 определяем необходимые параметры пожарной нагрузки:

– низшая теплота сгорания кДж·кг –1 ;

– линейная скорость распространения пламени Vл = 0,042 м·с –1 = 2,52 м·мин –1 ;

– удельная скорость выгорания υ_м.т.= 0,0129 кг∙м –2 ∙с –1 .

Рис. 1. Схема развития пожара

2. Рассчитываем площадь пожара с построением схемы развития пожара (рис. 1):

– путь, пройденный фронтом пламени за 10 минут, равен:

L10= 0.5*Vл*10 = 0,5*2,52,10 = 12,6м

– расстояние до ближайших ограждающих конструкций пламя пойдет за время, равное:

= 10+ = 10+ =11,4мин

τ = +0,1*60 =17,4 мин

4. Рассчитываем среднеобъемную температуру пожара. Предварительно определяем:

– отношение площади приточной части проема к площади пожара:

= меньше , поэтому по номограмме прил. 2 принимаем пару кривых под № 1;

– отношение площади пожара к площади пола помещения

F_n / F_пола = 744 / 744 = 1, поэтому из пары кривых № 1 принимаем сплошную кривую для определения коэффициента избытка воздуха α;

– по номограмме (прил. 2) определяем значение коэффициента избытка воздуха α в зависимости от (прил. 3), F₁/ F_n и F / F_пола при α = 1,8 (так как пожарная нагрузка аналогична древесине, прил. 1).

5. Рассчитываем тепловой поток в ограждающие конструкции, при этом:

385+744+744=1873

q =

По номограмме (прил. 2) в зависимости от коэффициента избытка воздуха и теплового потока в ограждающие конструкции определяем среднеобъемную температуру внутреннего пожара на 17,4 минуты, которая равна 180 °С.

Определение температурного режима пожара

В помещении промышленного здания

С учетом начальной стадии

Данные для расчета.

Площадь пола S = 744 м 2 , объем помещения V = 2306 м 3 , площадь проема А = 3 м 2 , высота проемов h = 2 м. Общее количество пожарной нагрузки, приведенное к древесине, составляет

пожарная нагрузка q =

П= ∑*А*

Количество воздуха, необходимое для сгорания 1 кг материала пожарной нагрузки:

= 4.2 м 3 ·кг –1 .

Удельное критическое количество пожарной нагрузки:

Удельное количество пожарной нагрузки:

= кг∙м –2 .

Следовательно, в помещении будет пожар, регулируемый нагревом.

Максимальная среднеобъемная температура на стадии объемного пожара:

Характерная продолжительность пожара:

ч.

Время достижения максимальной среднеобъемной температуры t_m_ах = 32-8,1*

Изменение среднеобъемной температуры при объемном свободно развивающемся пожаре:

T- =(

Изменение среднеобъемной температуры при пожаре с учетом начальной стадии пожара в помещении объемом V = 2306 м 3 , проемностью П = 0.005 м 0,5 , с пожарной нагрузкой, приведенной к древесине в количестве 100 кг∙м –2 , представлено на рис. 2.

Рис. 2. Изменение среднеобъемной температуры по времени

с учетом начальной стадии пожара

Определение температуры

Теоретическая часть

1. Параметры состояния газовой среды в помещении

Среднеобъемная плотность газовой среды в помещении представляет собой отношение массы газа, заполняющего помещение, к объему помещения, т.е.

где М — масса газа, заполняющего помещение, кг;

V — свободный объем помещения, м3.

Нижний индекс т, используемый здесь и далее, представляет собой первую букву в немецком слове mittel (средний).

Следует отметить, что с формальных позиций среднеобъемная плотность газовой среды есть результат осреднения по объему помещения всех значений локальной плотности, т.е. газовая среда в помещении представляет собой смесь кислорода, азота и продуктов горения. В процессе развития пожара количественное соотношение между компонентами смеси изменяется. В интегральном методе описания процесса изменения массы i-го компонента смеси в течение времени используется параметр, называемый среднеобъемной парциальной плотностью i-го компонента смеси.

2. Понятие и физические величины пламени
Пламя – это видимая часть пространстве (пламенная зона), внутри которой протекает процесс окисления (горения) и происходит тепловыделение, а также генерируются токсичные газообразные продукты и поглощается забираемый из окружающего пространства кислород.

По отношению к объему помещения, заполненного газом, пламенную зону можно рассматривать, с одной стороны, как «генератор», тепловой энергии, поступающей в помещение, токсичных продуктов горения и мельчайших твердых частицы, ухудшающих видимость. С другой стороны, пламенная зона потребляет кислород из помещения.

В связи с выше сказанным содержание понятия «пламя» представлено в количественном отношении следующими величинами:

— характерными размерами пламенной зоны (очага горения), например, площадью горения (площадью пожара) .

— количеством сгорающего за единицу времени горючего материала (скоростью выгорания)

— количеством генерирумых за единицу времени в пламенной зоне токсичных газов – количество токсичного газа образующегося при сгорании

— количеством кислорода, потребляемого в зоне горения – количество кислорода для сгорания единицы массы

— оптическим количеством дыма, образующегося в очаге горения.

3. Раскройте сущность динамики ОФП

С научных позиций опасные факторы пожара являются физическими понятиями и, следовательно каждый из них представлен в количественном отношении одной или несколькими физическими величинами. С этих позиций рассмотрим вышеперечисленные ОФП.

1. Пламя – это видимая часть в пространстве , внутри которой протекает процесс окисления и происходит тепловыделение, а также генерируются токсичные газообразные продукты и поглощается забираемый из окружающего пространства кислород.

2. Повышенная температура окружающей среды и температура среды, заполняющей помещение, является параметром состояния.

3. Токсичные продукты горения – этот фактор количественно характеризуется парциальный плоскостью (или концентрацией) каждого токсичного газа. Под токсичностью обычно понимают степень вредного воздействия химического вещества на живой организм.

4. Пониженная концентрация кислорода в помещении.

Этот фактор количественно характеризуется значением парциальной плоскости кислорода или отношением ее к плоскости газовой среды в помещении.

5. Дым — устойчивая дисперсная система, состоящая из мелких твёрдых частиц, находящихся во взвешенном состоянии в газах. Процесс образования дисперсной среды, ухудшающей видимость, принято называть процессом дымообразования.

Совокупность этих зависимостей составляет суть динамики ОФП.

4. Основные допущения интегральной математической модели пожара в помещении

Интегральная математическая модель пожара представляет собой систему обыкновенных дифференциальных уравнений, описывающих изменение среднеобъёмных параметров состояния газовой среды в помещении в процессе развития пожара. Они следуют из фундаментальных законов природы − первого закона термодинамики для открытой термодинамической системы и закона сохранения массы. Впервые интегральная модель была сформулирована профессором Ю.А. Кошмаровым в 1976 году.

Таким образом, интегральную модель можно применять при следующих условиях:

для зданий, содержащих развитую систему помещений малого объема простой геометрической конфигурации;
для помещений, где характерный размер очага пожара соизмерим с характерными размерами помещения и размеры помещения соизмеримы между собой (линейные размеры помещения отличаются не более чем в 5 раз);
для предварительных расчетов с целью выявления наиболее опасного сценария пожара.

5. Токсичные продукты горения: понятия и физические величины

Токсичные продукты горения, выделяемые при пожарах, содержат от 50 до 100 химических соединений, которые могут оказывать токсическое воздействие на человека. К наиболее токсичным и часто встречающимся относятся оксид углерода СО и диоксид углерода СО₂.

Опасность СО заключается в том, что он в 200 – 300 раз лучше, чем кислород, взаимодействует с гемоглобином крови, образуя при этом карбоксигемоглобин HbCO. При этом наступает кислородное голодание.

Симптомы при различном содержании HbCO в крови человека, об. %:

0…10 – нет симптомов;

10…20 – слабая головная боль;

20…30 – головная боль;

30…40 – сильная головная боль, слабость, головокружение, рвота;

40…50 – то же, учащенные пульс и дыхание;

50…60 – обморок, бессознательное состояние, ритмичные конвульсии;

60…70 – то же, возможна смерть;

70…80 – смерть в течение нескольких часов.

Опасность СО₂ заключается в том, что он замещает кислород в крови, ускоряет дыхание, что приводит к ингаляции большого количества других газов в опасных концентрациях.

Симптомы при повышенном содержании СО₂ во вдыхаемом воздухе, об. %:

0,5…4 – учащенное дыхание;

5…7 – головная боль, учащенное дыхание, головокружение;

10…12 – смерть в течение нескольких минут вследствие паралича дыхательного центра.

6. Предельно допустимые значения ОФП, физический смысл

Предельно допустимым значением опасного фактора пожара является значение опасного фактора, воздействие которого на человека в течение критической продолжительности пожара не приводит к травме, заболеванию или отклонению в состоянии здоровья в течение нормативно установленного времени, а воздействие на материальные ценности не приводит к потере устойчивости объекта при пожаре.

7. Раскрыть особенности режимов работы проемов

В зависимости от расположения проемов относительно ПРД (плоскости равных давлений) возможны три разных режима «работы» этих проемов. Если проем целиком расположен выше ПРД, то через этот проем будут только выбрасываться газы из помещения. Этот режим называется режимом «выталкивания». Если проем целиком расположен ниже ПРД, то через этот проем будет только поступать воздух из окружающей среды. Этот режим называется режимом «всасывания» воздуха. Наконец, если ПРД проходит через проем, разделяя его на две части, то в этом случае через верхнюю часть проема выталкиваются газы из помещения, а через нижнюю часть всасывается свежий воздух. Этот режим называется «смешанным». В процессе развития пожара может происходить смена режимов работы всех проемов, так как положение ПРД в течение времени изменяется.

8. Уравнение энергии внутреннего пожара

С учетом всего сказанного получается следующее уравнение энергии пожара:

(2.28)

Левая часть этого уравнения есть скорость изменения внутренней тепловой энергии газовой среды в помещении за единицу времени в рассматриваемый малый промежуток времени dτ, т.е.

(2.29)

В правой части уравнения (2.28) первый член представляет собой количество тепла, поступающего за единицу времени в газовую среду в результате горения (скорость тепловыделения). Второй член есть поток энергии в помещение, поступающий вместе с продуктами газификации (пиролиз, испарение) горючего материала. Здесь величина i_r — энтальпия этих продуктов. Третий член представляет собой сумму внутренней тепловой энергии поступающего за единицу времени воздуха и работы проталкивания, которую совершает внешняя атмосфера. Четвертый член есть сумма внутренней тепловой энергии, которую уносят за единицу времени уходящие газы, и работы выталкивания, которую совершает рассматриваемая термодинамическая система. Пятый член представляет собой тепловой поток, поглощаемый ограничивающими конструкциями и излучаемый через проемы.

9. Уравнение продуктов горения на внутреннем пожаре

Уравнение баланса токсичного продукта горения:

G_B — расход поступающего воздуха из окружающей атмосферы в помещение, который имеет место в рассматриваемый момент времени процесса развития пожара, кг∙с -1 ;

G_Г — расход газов, покидающих помещение через проемы в рассматриваемый момент времени, кг∙с -1 ;

ψ — скорость выгорания (скорость газификации) горючего материала в рассматриваемый момент времени, кг∙с -1 ;

10. Критическая продолжительность пожара по условию достижения концентрации токсичных газов (продуктов горения) в помещении предельно допустимых значений

Расчет t_кр _j производится в следующей последовательности. Сначала находится значение комплекса В

где Q — низшая теплота сгорания материала, охваченного племенем (при рассматриваемой схеме), MДж·кг -1 ; V — свободный объем помещения, м 3 .

Затем рассчитывается параметр по формуле

Далее определяется критическая продолжительность пожара для данной j-й схемы развития по каждому из опасных факторов:

а) повышенной температуре

где t₀ — начальная температура в помещении, °С;

б) потере видимости

где α — коэффициент отражения (альбедо) предметов на путях эвакуации; Е — начальная освещенность путей эвакуации, лк; D — дымообразующая способность горящего материала, Нп·м 2 ·кг -1 ;

в) пониженному содержанию кислорода

где L_О2 — расход кислорода на сгорание 1 кг горящего материала, кг·кг -1

г) каждому из газообразных токсичных продуктов горения

где х — предельно допустимое содержание данного газа в атмосфере помещения, кг·м -3 (х_СО2 = 0,11 кг·м -3 ; х_СО = 1,16·10 -3 кг·м -3 ; х_HCl = 23·10 -6 кг·м -3 /3/.

Определяется критическая продолжительность пожара для данной расчетной схемы

где i = 1, 2, . n — индекс токсичного продукта горения.

При отсутствии специальных требований значения α и Е принимаются равными соответственно 0,3 и 50 лк.

11. Дифференциальное уравнение, описывающее процесс изменения концентрации токсичных продуктов горения в помещении

Уравнение баланса токсичного продукта горения:

G_Г — расход газов, покидающих помещение через проемы в рассматриваемый момент времени, кг∙с -1 ;

ψ — скорость выгорания (скорость газификации) горючего материала в рассматриваемый момент времени, кг∙с -1 ;

значения G_Г, G_B в течение этого малого промежутка времени остаются практически неизменными.

12. Дифференциальное уравнение, описывающее процесс изменения критической плотности дыма в помещении

Уравнение баланса оптического количества дыма:

В этих уравнениях использованы следующие обозначения: ρ₁, — среднеобъемная парциальная плотность кислорода, кг·м -3 ; ρ₂ — среднеобъемная парциальная плотность токсичного продукта горения, кг·м -3 ; μ_м — объемная оптическая концентрация дыма, Нп·м -1 .

13. Дифференциальное уравнение, описывающее процесс изменения среднеобъемной температуры в помещении при пожаре в начальной стадии пожара

14. Среднеобъемная температура газовой среды как ОФП

300 градусов по Цельсию.

15. Определение массы выгоревшего материала в зависимости от формы развития пожара и от вида пожарной нагрузки

Масса выгоревших веществ и материалов М_iопределяется по исходным данным, полученным при обследовании объекта пожара в результате пожарно-технической экспертизы; отчетной документации 01 ГПС МЧС России; Государственной системы статистического учета пожаров.

Если известно количество сгоревшего материала (или материалов) в результате пожара, то при определении М_iиспользуют фактические данные.

Если известны площадь пожара S, плотность горючего вещества p_iи глубина выгорания h, то количество сгоревшего вещества или материала М_i находят по формуле:

где: М_i — количество сгоревшего вещества или материала, т; S — площадь пожара, м 2 ; p_i — плотность горючего вещества, кг/м 3 ; h — глубина выгорания, м.

Если известны площадь пожара S, массовая скорость выгорания материала w_iи время пожара t, то количество сгоревшего вещества или материала находят по формуле:

где: М_i— количество сгоревшего вещества или материала, т; S — площадь пожара, кв. м;

w_i— массовая скорость выгорания материала, т ∙ м ∙ сек. ; t — время пожара (часы, минуты).

Значение времени пожара t определяется промежутком времени между временем ликвидации пожара t_л и временем обнаружения пожара t_о:

Если известны площадь пожара S, пожарная нагрузка в здании, помещении P_i , то количество сгоревшего вещества или материала определяют по формуле:

где: M_i— количество сгоревшего вещества или материала, т; В — коэффициент полноты горения, безразмерный; S — площадь пожара, м 2 ;

P_i— пожарная нагрузка, т/ м 2 .

Если известны исходная масса вещества М_о и коэффициент полноты горения В, то количество сгоревшего вещества или материала определяют по формуле:

M_i = M_о ∙ B, (4) где: M_i — количество сгоревшего вещества или материала, т; В — коэффициент полноты горения, безразмерный; M_о — исходная масса вещества, т.

Коэффициент полноты горения В выбирается равным: 0,80 — для пожара на открытом пространстве; 0,87 — для пожара в помещении, здании.

Показатели выброса загрязняющих веществ (продуктов горения) допускается определять аналитико-статистическим методом на основе данных Государственного статистического учета пожаров (с использованием карточки учета пожара).

Выброс загрязняющих веществ (продуктов горения) при пожаре определяется на основе следующих данных:

уничтоженная и поврежденная пожаром поэтажная площадь F_п;
время обнаружения пожара t_о;
время ликвидации пожара t_л.

Эффективную площадь поверхности выброса пожара F_эффопределяют по формуле: F_эфф= y ∙ F_п,

где: F_эфф — эффективная площадь поверхности выброса пожара, м 2 ; y = 0,62 — коэффициент, учитывающий изменение площади пожар по времени, безразмерный; F_п — уничтоженная и поврежденная пожаром поэтажная площадь, м 2 .

Расчет массы сгоревших веществ и материалов М_i производится по формуле:

где: M _i — масса сгоревших веществ и материалов, т; F_эфф — эффективная площадь поверхности выброса пожара, м 2 ; t _-1— время пожара (часы, минуты); w _i — массовая скорость выгорания материала, т ∙ м 2 ∙ сек.

Значения массы выброса M в _j j-го загрязняющего вещества (продукта горения) определяют на основе определения массы сгоревших веществ и материалов M_i:

где: М в _j — значения массы выброса j-го загрязняющего вещества (продукта горения), кг;

m_ij— удельная масса j-го загрязняющего вещества (продукта горения), поступившего в атмосферный воздух при горении i-го горючего материала,

M_i гор — масса сгоревших веществ и материалов, т.

16. Сущность дифференциального метода прогнозирования ОФП, его информативность и область практического использования

Дифференциальный метод является наиболее универсальным из существующих детерминистических методов, поскольку он основан на решении уравнений в частных производных, выражающих фундаментальные законы сохранения в каждой точке расчетной области. С его помощью можно рассчитать температуру, скорость, скорость, концентрации компонентов смеси и т.п. в каждой точки расчетной области.

В связи с этим полевой метод может использоваться:
• для проведения научных исследований в целях выявления закономерностей развития пожара;
• для проведения сравнительных расчетов в целях апробации и совершенствования менее универсальных и зональных и интегральных моделей, проверки обоснованности и их применения;
• выбора рационального варианта противопожарной защиты конкретных объектов:
• моделирования распространения пожара в помещениях высотой более 6м.
В своей основе полевой метод не содержит никаких априорных допущений о структуре течения, и связи с этим принципиально применим для рассмотрения любого сценарий развития пожара.
Вместе с тем, следует отметить, что его использование требует значительных вычислительных ресурсов. Это накладывает ряд ограничений на размеры рассматриваемой системы и снижает возможность проведения многовариантных расчетов. Поэтому, интегральный и зональный методы моделирования также являются важным инструментами в оценке пожарной опасности объектов в тех случаях, когда они обладают достаточной информативностью и сделанные при их формулировке допущения не противоречат картине развития пожара.
Однако, на основе проведенных исследований, можно утверждать, что поскольку априорные допущения зонных моделей могут приводить к существенным ошибкам при оценке пожарной опасности объекта, предпочтительно использовать полевой метод моделирования в следующих случаях:
• для помещений сложной геометрической конфигурации, а также для помещений с большим количеством внутренних преград;
• помещений, в которых один из геометрических размеров гораздо больше остальных;
• помещений, где существует вероятность образования рециркуляционных течений без формирования верхнего прогретого слоя (что является основным допущением классических зонных моделей);
• в иных случаях, когда зонные и интегральные модели являются недостаточно информативными для решения поставленных задач, либо есть основании считать, что развитие пожара может существенно отличаться от априорных допущений зональных и интегральных моделей пожара.

17. Модификация базовой математической модели для учета влияния объемного газового тушения

Расчетная масса ГОТВ М_г, которая должна храниться в установке, определяется по формуле

где М_р— масса ГОТВ, предназначенная для создания в объеме помещения огнетушащей концентрации при отсутствии искусственной вентиляции воздуха, определяется по формулам:

— для ГОТВ — сжиженных газов, за исключением двуокиси углерода:

(E.2)

— для ГОТВ — сжатых газов и двуокиси углерода

(E.3)

здесь V_р— расчетный объем защищаемого помещения, м 3 . В расчетный объем помещения включается его внутренний геометрический объем, в том числе объем системы вентиляции, кондиционирования, воздушного отопления (до герметичных клапанов или заслонок). Объем оборудования, находящегося в помещении, из него не вычитается, за исключением объема сплошных (непроницаемых) строительных элементов (колонны, балки, фундаменты под оборудование и т.д.);

K₁ — коэффициент, учитывающий утечки газового огнетушащего вещества из сосудов;

K₂ — коэффициент, учитывающий потери газового огнетушащего вещества через проемы помещения;

r₁ — плотность газового огнетушащего вещества с учетом высоты защищаемого объекта относительно уровня моря для минимальной температуры в помещении Т_м, кг/м 3 , определяется по формуле

(Е.4)

здесь r_о — плотность паров газового огнетушащего вещества при температуре Т₀ = 293 К (20 °С) и атмосферном давлении 101,3 кПа;

Т_о — минимальная температура воздуха в защищаемом помещении, К;

K_з — поправочный коэффициент, учитывающий высоту расположения объекта относительно уровня моря, значения которого приведены в таблице Д.11 приложения Д;

С_н — нормативная объемная концентрация, % (об.).

Значения нормативных огнетушащих концентраций С_н приведены в приложении Д.

Масса остатка ГОТВ в трубопроводах М_тр, кг, определяется по формуле

где V_тp — объем всей трубопроводной разводки установки, м 3 ;

r_готв — плотность остатка ГОТВ при давлении, которое имеется в трубопроводе после окончания истечения массы газового огнетушащего вещества М_р в защищаемое помещение;

М_бп — произведение остатка ГОТВ в модуле М_б, который принимается по ТД на модуль, кг, на количество модулей в установке п.

Примечание — Для жидких горючих веществ, не приведенных в приложении Д, нормативная объемная огнетушащая концентрация ГОТВ, все компоненты которых при нормальных условиях находятся в газовой фазе, может быть определена как произведение минимальной объемной огнетушащей концентрации на коэффициент безопасности, равный 1,2 для всех ГОТВ, за исключением двуокиси углерода. Для СО₂ коэффициент безопасности равен 1,7.

Для ГОТВ, находящихся при нормальных условиях в жидкой фазе, а также смесей ГОТВ, хотя бы один из компонентов которых при нормальных условиях находится в жидкой фазе, нормативную огнетушащую концентрацию определяют умножением объемной огнетушащей концентрации на коэффициент безопасности 1,2.

Методики определения минимальной объемной огнетушащей концентрации и огнетушащей концентрации изложены в ГОСТ Р 53280.3.

Е.2 Коэффициенты уравнения (Е.1) определяются следующим образом.

Е.2.1 Коэффициент, учитывающий утечки газового огнетушащего вещества из сосудов K₁ = 1,05.

Е.2.2 Коэффициент, учитывающий потери газового огнетушащего вещества через проемы помещения:

(Е.6)

где П — параметр, учитывающий расположение проемов по высоте защищаемого помещения, м 0,5 ×с -1 .

Численные значения параметра П выбираются следующим образом:

П = 0, 65 — при расположении проемов одновременно в нижней (0 — 0,2)Н и верхней зоне помещения (0,8 — 1,0)V₁ или одновременно на потолке и на полу помещения, причем площади проемов в нижней и верхней части примерно равны и составляют половину суммарной площади проемов; П= 0,1 — при расположении проемов только в верхней зоне (0,8 — 1,0)H защищаемого помещения (или на потолке); П = 0,25 — при расположении проемов только в нижней зоне (0 — 0,2)V₁ защищаемого помещения (или на полу); П = 0,4 — при примерно равномерном распределении площади проемов по всей высоте защищаемого помещения и во всех остальных случаях;

— параметр негерметичности помещения, м -1 ,

где SF_н — суммарная площадь проемов, м 2 ;

Н — высота помещения, м;

t_под — нормативное время подачи ГОТВ в защищаемое помещение, с.

Е.3 Тушение пожаров подкласса А₁ (кроме тлеющих материалов, указанных в 8.1.1) следует осуществлять в помещениях с параметром негерметичности не более 0,001 м -1 .

Значение массы М_рдля тушения пожаров подкласса А₁ определяется по формуле

где М_{р—гепт} — значение массы М_рдля нормативной объемной концентрации С_н при тушении н-гептана, вычисляется по формулам (2) или (3);

K₄— коэффициент, учитывающий вид горючего материала.

Значения коэффициента K₄принимаются равными: 1,3 — для тушения бумаги, гофрированной бумаги, картона, тканей и т.п. в кипах, рулонах или папках; 2,25 — для помещений с этими же материалами, в которые доступ пожарных после окончания работы АУГП исключен. Для остальных пожаров подкласса А₁, кроме указанных в 8.1.1, значение K₄принимается равным 1,2.

Далее расчетная масса ГОТВ вычисляется по формуле (Е.1).

При этом допускается увеличивать нормативное время подачи ГОТВ в K₄раз.

В случае, если расчетное количество ГОТВ определено с использованием коэффициента K₄ = 2,25, резерв ГОТВ может быть уменьшен и определен расчетом с применением коэффициента K₄ = 1,3.

Не следует вскрывать защищаемое помещение, в которое разрешен доступ, или нарушать его герметичность другим способом в течение 20 минут после срабатывания АУГП (или . до приезда подразделений пожарной охраны).

18. Определение потоков энергии из конвективной колонки в притолочный слой на основе теории свободной турбулентной конвективной струи

В качестве примера рассмотрим задачу о бьющей из конца тонкой трубки турбулентной струе, распространяющейся в неограниченном пространстве, заполненном той же жидкостью На больших по сравнению с размерами отверстия трубы расстояниях (о которых только и будет идти речь) струя аксиально симметрична вне зависимости от конкретной формы отверстия.

Определим форму области турбулентного движения в струе. Выберем ось струи в качестве оси а радиус области турбулентности обозначим посредством требуется определить зависимость R от отсчитывается от точки выхода струи). Как и в предыдущем примере, эту зависимость легко определить непосредственно из соображений размерности. На расстояниях, больших по сравнению с размерами отверстия трубы, конкретная форма и размеры отверстия не могут играть роли для формы струи. Поэтому в нашем распоряжении нет никаких характеристических параметров с размерностью длины. Отсюда опять следует, что R должно быть пропорционально

где численная постоянная одинакова для всех струй.

Таким образом, турбулентная область представляет собой конус; эксперимент дает для угла раствора этого конуса значение около 25°

Движение в струе происходит в основном вдоль ее оси. Ввиду отсутствия каких-либо параметров размерности длины или скорости, которые могли бы характеризовать движение в струе, распределение продольной (средней по времени) скорости их в ней должно иметь вид

Видео:Меры пожарной безопасности в жилых домах и домовладениях Правила поведения при пожареСкачать

Начальные условия для дифференциальных уравнений в начальной стадии пожара.

Параметры состояния газовой среды в помещении

Рекомендуемый уровень температуры в жилом помещении + 22 градуса С.

Оптимальная относительная влажность -30-60%.

Атмосферный воздух в своем составе содержит (% по объему): азота — 78,08; кислорода — 20,95; аргона, неона и других инертных газов — 0,93; углекислого газа — 0,03; прочих газов — 0,01. Воздух такого состава наиболее благоприятен для дыхания.

Избыток и недостаток С0₂ во вдыхаемом воздухе одинаково вредно отражаются на состоянии организма. При недостатке С0₂, когда его допустимая концентрация КС0₂ 1,5%, ощущаются наркотическое действие, головные боли, головокружение и т.п. При 8-9% человек теряет сознание, при 12% происходит паралич жизненных центров, наступает смерть. Установлено, что работоспособность и основные физиологические функции организма значительно не изменяются, если во вдыхаемом воздухе КС0₂ = 0,5×1,5%. Обычно в воздухе содержится не более 0,04% углекислого газа.

При понижении концентрации кислорода в окружающем воздухе с 21% до 14 % наступает так называемое кислородное голодание, а при 8-11% человек может погибнуть.

26. Основные уравнения пожара.

Безразмерный параметр, учитывающий неравномерность распределения опасных факторов (ОФП) по высоте помещения:

где – высота рабочей зоны, м;

Н – высота помещения, м.

1. Определение критического времени по повышенной температуре:

где В – размерный комплекс, зависящий от теплоты сгорания материала и свободного объема помещения, кг;

V – свободный объем помещения, м 3 ;

С_р –удельная изобарная теплоемкость газа, МДж×кг -1 ;С_р=0,001068 МДж×кг -1 ;

коэффициент теплопотерь;

коэффициент полноты сгорания;

нижняя теплота сгорания материала, МДж/кг.

2. Определение критического времени по потери видимости:

3. Определение критического времени по пониженному содержанию кислорода:

4. Определение критического времени по пониженному содержанию углекислого газа:

5. Определение критического времени по пониженному содержанию угарного газа:

6. Определение критического времени;

Начальные условия для дифференциальных уравнений в начальной стадии пожара.

A.1.1 При расчете значений критериев пожарной опасности при сгорании газопаровоздушных смесей в качестве расчетного следует выбирать наиболее неблагоприятный вариант развития пожара (в период пуска, остановки, загрузки, выгрузки, складирования, ремонта, нормальной работы, аварии аппаратов или технологического процесса), при котором в помещение поступает (или постоянно находится) максимальное количество наиболее опасных в отношении последствий сгорания газопаровоздушных смесей и пожара веществ и материалов.

А. 1.2 Количество поступивших в помещение веществ, которые могут образовать горючие газовоздушные или паровоздушные смеси, определяют, исходя из следующих предпосылок:

а) происходит расчетная авария одного из аппаратов согласно А. 1.1;

б) все содержимое аппарата поступает в помещение;

в) происходит одновременно утечка веществ из трубопроводов, питающих аппарат по прямому и обратному потоку в течение времени, необходимого для отключения трубопроводов.

Расчетное время отключения трубопроводов определяют в каждом конкретном случае, исходя из реальной обстановки, и оно должно быть минимальным с учетом паспортных данных на запорные устройства, характера технологического процесса и вида расчетной аварии.

Расчетное время отключения трубопроводов следует принимать равным:

— времени срабатывания системы автоматики отключения трубопроводов согласно паспортным данным установки, если вероятность отказа системы не превышает 0,000001 в год или обеспечено резервирование ее элементов (но не более 120 с);

— 120 с, если вероятность отказа системы автоматики превышает 0,000001 в год и не обеспечено резервирование ее элементов;

— 300 с при ручном отключении.

Не допускается использование технических средств для отключения трубопроводов, для которых время отключения превышает вышеприведенные значения.

Быстродействующие клапаны-отсекатели должны автоматически перекрывать подачу газа или жидкости при нарушении электроснабжения;

г) происходит испарение с поверхности разлившейся жидкости. Площадь испарения при разливе на пол определяют (при отсутствии справочных данных), исходя из расчета, что 1 л смесей и растворов, содержащих 70 % и менее (по массе) растворителей, разливается на площади 0,5 м 2 , а остальных жидкостей — на 1 м 2 пола помещения;

д) происходит также испарение жидкостей из емкостей, эксплуатируемых с открытым зеркалом жидкости, и со свежеокрашенных поверхностей;

е) длительность испарения жидкости принимают, равной времени ее полного испарения, но не более 3600 с.

А. 1.3 Свободный объем помещения определяют как разность между объемом помещения и объемом, занимаемым технологическим оборудованием. Если свободный объем помещения определить невозможно, то его допускается принимать условно, равным 80 %, геометрического объема помещения.

А. 1.4 Определение пожароопасных свойств веществ и материалов проводят на основании результатов испытаний или расчетов по стандартным методикам с учетом параметров состояния (давление, температура и т.д.).

Допускается использование справочных данных, опубликованных головными научно-исследовательскими организациями в области пожарной безопасности или выданных Государственной службой стандартных справочных данных.

Допускается использование показателей пожарной опасности для смесей веществ и материалов по наиболее опасному компоненту.

28. Опасный фактор пожара – пламя и искры.

ПЛАМЯ — зона горенияв газовой фазе с видимым излучением. П. представляет собой смесь паров горючего вещества, продуктов горения и воздуха, нагретого до высокой температуры за счет теплоты сгорания.

Тепло пожара разогревает окружающий материал, в то время как языки пламени и искры, переносимые ветром, легко находят то, что быстро воспламеняется. Искры попадают на элементы конструкции помещения, материалы и предметы обихода, что приводит к их воспламенению.

29. Опасный фактор пожара – токсичные продукты горения и термического разложения.

По словам специалистов около 70 % погибших во время пожара людей становятся жертвами отравления токсичными продуктами горения. Наибольшую опасность в плане отравления представляют, в первую очередь, оксид и диоксид углерода, цианистые соединения, хлористый водород, оксид азота, полициклические ароматические углеводороды.

Наиболее токсичным компонентом, выделяющимся при горении, является оксид углерода. Самым опасным и основным воздействием СО на организм является нарушение функции гемоглобина как переносчика кислорода вследствие его связывания оксидом углерода.

Другой токсичный продукт горения – это углекислый газ. Если во время пожара концентрация его в воздухе возрастает до 4-5%, увеличивается частота дыхания, возникает головокружение. При 8-9% человек теряет сознание, при 12% происходит паралич жизненных центров, наступает смерть.

Цианистые соединения – соли синильной кислоты и цианистый водород. Отравление наступает при вдыхании паров этих соединений.

Формальдегид — протоплазматический яд, оказывает сильное раздражающее действие на слизистые и на функции нервной системы .

Оксиды азота весьма опасны для людей, животных и растений даже при малых концентрациях. У людей, подвергающихся длительному воздействию оксидов азота в концентрациях, превышающих ПДК (0,000009%), наблюдается хроническое воспаление слизистых оболочек верхних дыхательных путей, хронические бронхиты.

30. Опасный фактор пожара – дым.

Большинство людей, ставших жертвами пожаров, погибли не от ожогов, а оттого что задохнулись в дыму. Принято определение дыма как смеси продуктов сгорания, включающих газы и частицы твердых тел и жидкостей, с воздухом, проникающим извне. Опасность, возникающая при задымлении зданий, состоит в следующем:

• Наличие в продуктах сгорания токсичных газов. Наиболее типичным примером является окись углерода (угарный газ). Кроме того, в зависимости от состава горящих материалов могут присутствовать наркотические (цианистый водород) и раздражающие (кислотные) вещества.
• Пониженный уровень кислорода, вызванный процессом горения.

• Высокая температура продуктов сгорания, что опасно как для людей, находящихся в дыму, так и для тех, кто подвергается тепловому облучению от этой среды.

• Ухудшение видимости, что затрудняет эвакуацию людей и работу пожарных.

Противопожарные мероприятия должны ограничивать возникновение дыма и его распространение, обеспечивать надежный способ дымоудаления. Дымоудаление может осуществляться путем вытяжки дыма из помещений как с помощью проемов, так и путем устройства системы вытяжной вентиляции, что позволяет снизить концентрацию дыма в верхней зоне и ограничить его распространение в другие (смежные) помещения.

31. Опасный фактор пожара – пониженная концентрация кислорода.

На пожарах выделяется много дыма, в состав которого входит высокотоксичный компонент — углекислый газ (СО₂). Углекислый газ, смешиваясь с воздухом, понижает концентрацию в нем кислорода. При понижении концентрации кислорода в окружающем воздухе с 21% до 14 % наступает так называемое кислородное голодание, а при 8-11% человек может погибнуть.