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;

· 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.

Решение.

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.

 

 

 

R10

24

 

 

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 м², объем помещения V = 2306 м³, площадь проема А = 3 м², высота проемов h = 2 м. Общее количество пожарной нагрузки, приведенное к древесине, составляет 

пожарная нагрузка q = 

 

 

Проемность помещения:

 

П= ∑*А* 

 

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

 

 = 4.2 м³·кг^–1.

 

Удельное критическое количество пожарной нагрузки:

 

 

 

q_кр.к = 0.5 кг∙м^–2.

 

Удельное количество пожарной нагрузки:

 

 =   кг∙м^–2.

 

Из сравнения q_к и q_кр.к получается, что q_к = 0.097˂ q_кр.к = 0.5

Следовательно, в помещении будет пожар, регулируемый нагревом.

Максимальная среднеобъемная температура на стадии объемного пожара:

 

 K.

 

Характерная продолжительность пожара:

 

 ч.

Время достижения максимальной среднеобъемной температуры t_mах = 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 м³, 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)

 

- мощностью тепловыделения

 

- 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.