8.1. Расчет интенсивности подачи воды, требуемой для прекращения пламенного горения
Согласно тепловой теории потухания пламени, прекращение пламенного горения наступает в результате понижения температуры пламени до некоторой критической величины, называемой температурой потухания (Tпот). Это достигается путём увеличения интенсивности теплоотвода от зоны горения и (или) уменьшения интенсивности тепловыделения за счёт снижения скорости реакции горения.
По механизму прекращения горения вода относится к категории охлаждающих огнетушащих веществ. В результате попадания воды в зону горения часть тепла химической реакции начинает затрачиваться на нагрев, испарение воды и нагрев образующегося пара. В этом заключается процесс охлаждения зоны горения. Образующийся водяной пар уменьшает за счет разбавления концентрацию молекул горючего и окислителя в зоне горения, что приводит к снижению скорости химической реакции и соответственно интенсивности тепловыделения.
Количество теплоты, отводимое водой из зоны горения, складывается из трех слагаемых
(8.20)
где
теплота, идущая на нагревание воды от
исходной темпера-
туры до температуры
кипения;
теплота, идущая на парообразо-
вание (испарение);
теплота, идущая на нагревание паров
воды
до температуры среды в зоне горения.
(8.21)
где
изобарная теплоёмкость воды, при 20
оС
= 4,18 кДж/(кг .
K);
масса воды, кг;
скрытая теплота испарения воды, равная
2256 кДж/кг;
средняя изобарная теплоёмкость водяного
пара, в диапазоне температур 100÷1000 оС
=2,2 кДж/(кг.K);
масса пара, численно равная массе воды
в килограммах;
to, tкип, tпот исходная температура, температура кипения (100 оС) и температура потухания (1000 оС) соответственно.
Тогда теоретическое количество теплоты, отводимое 1 кг воды, имеющей начальную температуру 20 оС, будет равно:
В итоге 1 л воды, введённой в зону горения при полном её испарении и нагревании паров до температуры потухания, способен отнять от очага горения 4570 кДж тепла.
Количество теплоты, которое необходимо отвести для прекращения пламенного горения большинства парогазовоздушных смесей, может быть рассчитано по уравнению
,
(8.22)
где 0,6 – коэффициент, характеризующий долю теплоты, затрачивае-
мую на повышение температуры зоны горения, за вычетом потерь на
излучение в окружающую среду; – коэффициент полноты сгорания
– низшая теплота
сгорания горючего вещества, кДж/кг;
– тем-
пература пламени,
оС;
– температура потухания, оС;
– площадь
горения (пожара);
– приведённая массовая скорость
выгорания
(см. приложения П. 17, П. 18).
Отношение
характеризует долю всего выделившегося
тепла, которую необходимо отвести для
прекращения пламенного горения.
Теоретическим условием для прекращения пламенного горения является соотношение
,
(8.23)
где
расход воды, теоретически необходимый
для прекращения пламенного горения
вещества или материала, кг/мин или кг/с.
Интенсивность подачи воды на тушение характерных видов пожаров представлена в приложении П. 13.