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
|
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:
qкр.к = 0.5 кг∙м–2.
Удельное количество пожарной нагрузки:
= кг∙м–2.
Из сравнения qк и qкр.к получается, что qк = 0.097˂ qкр.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 tmах = 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 м0,5, 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
Расчет координат плоскостей давлений, расхода газа и воздуха
Расчет координаты плоскости равных давлений
Определить координату плоскости равных давлений, если в центре помещения с дверным проемом произошел пожар. Данные для расчета: температура наружного воздуха (начальная) 30 °С, температура пожара 95 °С.
Определяем значение удельной газовой постоянной. Так как количественный состав не известен, принимаем значение R по азоту (прил. 4):
R = 296,8 Дж∙кг–1∙К–1.
Определяем значение плотности атмосферного давления и среднеобъемной плотности среды, используя табличные данные зависимости плотностей от температуры (прил. 5). Для этого используем метод линейной интерполяции:
t = 0 °Cρ1 = 1,293 кг∙м–3
t = 30 °C ρа = Х
t = 100 °Cρ3= 0,943 кг∙м–3
ρ = 1,293 + 
= 1,188
кг∙м–3
t = 0 °Cρ1 = 1,31кг∙м–3
t = 95 °C ρ = Х
t = 100 °Cρ3= 0,96кг∙м–3
ρ = 1,31 + 
= 0.9775кг∙м–3.
Рассчитываем среднеобъемное давление газовой среды в помещении P по формуле
Pm = ρm∙Tm∙R = 0.9775∙(273+95)∙296,8 = 106,764 кПа.
Определяем координату ПРД:
y* =h- 
2 – 
= 0,6
м.
-режим
смешанный
Расчет расходов поступающего воздуха
И газовой среды, удаляемой из помещения
Расход воздуха через весь проем, который лежит ниже ПРД в пределах от у = ув до у = ун (рис. 3) определяется по следующей формуле:
= 
Формула для расчета расхода уходящих газов через проем при смешанном режиме его работы имеет следующий вид
Расчет необходимого времени эвакуации
Расчет необходимого времени эвакуации tнб производится для наиболее опасного варианта развития пожара, характеризующегося наибольшим темпом нарастания ОФП в рассматриваемом помещении. Сначала рассчитывают значения критической продолжительности пожара (tкр.с) по условию достижения каждым из ОФП предельно допустимых значений в зоне пребывания людей (рабочей зоне):
– по повышенной температуре:
B= 
= 
=
130 кг
Z= 
*exp*(1.4 
)
= 
*2.71*(1.4
* 
)
=0,87
A=1.05* 
* 
=
1,05*0,0129* 
=0,023кг* 
= =90сек
=1,5мин
– по потере видимости:
= 
= 
= 405сек = 6,75мин
– по пониженному содержанию кислорода:
= 
= 
= 1150сек = 19 мин
– по каждому из газообразных токсичных продуктов горения:
= 
= 
= 
= 
=
1003мин = 16ч.
= 
= 
Из полученных в результате расчетов значений критической продолжительности пожара выбираются минимальные:
=
1,5 мин (по потере видимости)
Необходимое время эвакуации людей составит:
=
0,8*90/60=1,2 мин
Определение температуры
И массового расхода в сечении конвективной колонки
Определить температуру и массовый расход в сечении конвективной колонки, если в помещении с размерами, указанными в таблице, пожар распространился на площади. Координата сечения колонки на 0,5 метра ниже высоты помещения:
η = 1; ср = 103 Дж·кг–1·К–1; p0 = 300 / T0 кг∙К∙м3; χ = 0,6.
Размер помещения, м |
Пожарная нагрузка |
Площадь пожара, м2 |
Температура наружного воздуха, °С |
31х24х3,5 |
Кабинет |
|
|
Вычисляем:
= 1 *0,0129*14002000*10=1806258 Вт;
=1.5* 
м
(y+ 
=
0.21 
*
(0.5+4.74 
=
56.84кг* 
T= 
+ 
=
30+ 
=153.4℃