Добавил:
ivanov666
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:Теплофизика. Прогнозирование опасных факторов пожара. Учебно-методическое пособие.pdf
2.6. Кипение в переходном режиме
qC
V
FdTdt
dT
TT
()
∆∆
..21
()
dt
dt
mM
()
()
−
51
04
,;
,
−
025,,
qq
−
21
qq
TT
lg /
12
21
При охлаждении (захолаживании)резервуаровпод хранение криогенных горючихжидкостей
илипризакалкеметаллическихдеталейгорячийметаллприходитвконтактсхолоднойжидкостью.
Приэтомначальныйперепадтемпературбудетсоответствоватьплёночномукипению.
Помереохлажденияметаллабудетдостигнутатемпература,соответствующаякризисуплёночногокипенияΔТ
Bi→0скоростьохлаждениясогласноуравнениютепловогобаланса
ДляплоскойпластиныV0/F =δ.Приохлаждениител,имеющихмалыезапасывнутреннейэнергииилиразвитуюповерхность,контактыжидкостивпереходнойобластиприводяткпадениютемпературывместеконтактаикпоследующемуподводутеплаизблизлежащихобластей,вкоторых,
такимобразом,увеличиваетсявероятностькасанияжидкостьюстенки.Указанныепроцессыприводяткрезкому,лавинообразномунарастаниюплотноститепловогопотокаqсуменьшениемтемпера-
туры.ВслучаемалогозначенияdT/dtконтактжидкостисостенкойхотяиприводиткпадениютемпературывместекасания,номожетбытьлокализованподводомтеплотыизглубинныхобластей.
Врезультате этогоимеетместоболееплавноенарастаниевеличиныqсуменьшением температуры.Так,телам сбольшим запасомтеплотысоответствуетболееплавное(вогнутое)нарастаниеq
суменьшениемтемпературногонапораΔТ,случаюжемалыхзапасовтеплотысоответствует,какправило,лавинообразныйростплотноститепловогопотокасуменьшениемтемпературыстенки.Безразмернымкритериемнестационарностивпереходнойобластикипенияможетслужитьвеличина[7]
.Придальнейшемохлаждениикипениепродолжаетсявпереходномрежиме.При
кр2
0
=− ρ
p
.
τ
к
к
26
C
C
=
dt
′
p
p
r
1
2
λ
rg
−
кр кр
2
ρδ
′
min
; (72)
T
∆
′
кр
.
2
q
µ
′
min
2
ρρ ρ
−
′′ ′′
; (71)
.=
(73)
=
λρ
τ
δ
min
′′
λρ
Впоследнее соотношениевходитсреднеезначениескоростиохлаждения
оценить[7]следующимобразом:
dT
=+
mM
()
1102
+
mM
()
11025
+
1 ;
λρ
λρ
′′
λρ
λρ
C
p
C
C
′′
C
′
p
p
′
p
при1<Bi<100
приBi<100
приBi<1
dT
=+
dt
dT
=+
dt
dT
,которуюможно
Bi
−
, (74)
T
∆
кр
−
1
кр
2
T
∆
CV
ρ
кр
0
p
где Bi
1
кр кр
=
m
12
TTVF
∆∆λ
кр кр
q
0
; m
−
=
lg /
кр кр
кр кр
; M =
Существуеттриобласти,которыеможновыделитьвзависимостиотзначенияW:
1.W <2∙10–4—областьплавногонарастаниятепловогопотока;
31
1
F
2
.
2.W <2∙10–3—область,характеризующаясялавинообразнымнарастаниемтепловогопотока;
YX x
2
Yx
()
43
=−
()
()
()
12
TT
TT
()
()
∆∆
21
тм
()
()
2
/
S
15
()
()
/
qTT
=⋅−
()
α
()
=⋅
11
+
=°
600 0
2
C
Gr >⋅210
7
Nu
()
2
1
1
λ
вт
м
⋅
⋅
⋅°
Nu
k
990 200454
4
,,
C
м
⋅°
=°
()
C
3.2∙10–4<W <2∙10–3—область,гдекриваяпереходногокипениязанимаетпромежуточноеполо-
жение.
ВрезультатеполучаютсяследующиеаппроксимациидлязависимостиΔq =f(ΔT)напереходном
участке:
=−01 2
1.
2.
=− −
3.Yx x
x
,sin π
11
приW <2∙10–4;
/
при2∙10–4<W <2∙10–3;
2 приW <2∙10–3,
гдеY
=
qq
lg /
=
qq
lg /
кр кр
lg /
кр
2
∆∆
lg /
кр кр
кр
2
;
(75)
.
Пример.Определитьвремявключенияирасходводынаохлаждениеповерхностибетоннойстены.НастенупадаетлучистыйпотокотисточникаплощадьюS =15м2,Tf=1500K,степеньчернотыεf=0,93.Бетоннаястенатолщинойδ=40см,высотаh =4м,степеньчернотыεс=0,9,λδ=1,2вт/
м⋅град.,Ср =1130дж/кг⋅град.,ρ=2000кг/м3.РасстояниемеждуисточникомистенойZ =3м,расположениефронтальное.Принять,чтоводаиспаряетсяполностью,атемператураповерхностибетона
недолжнапревышать600°С.
Воздухмеждустенойиисточникомнеизлучаетинепоглощаетизлучение.НачальнаятемператураТ0=0°С.
1.Тепловойпоток,испускаемыйисточником:
qTT
=−
σε
4048 44
ffисп
=⋅⋅⋅ −
56710093 1500 273 266,,
−
=
кВ
.
2.Падающий,отражённыйипоглощаемыйпотокивмоментвремениt =0:
падающий qq
отражённый
поглощаемыйqqq
писп
π
qq
погл пот
22
r
ε ,,, /
266
141 2,, /
3143
=−
cот п
,,
кВтм==⋅=
=1 141 21 09 14 12
2
;
кВтм=−
кВтм=′−= −=141 21412 127
2
;
2
.
Врезультатепоглощениятеплаповерхностьстенынагреваетсяиначинаетсамаизлучатьивызыватьестественнуюконвекцию.
Конвективныйохлаждающийтепловойпотокзасчётестественнойконвекции
2
.
.
0
,
57510
.
3
β
hg T
ЧислоГрасгофаGr
=
⋅⋅⋅∆
2
ν
Вязкостьвоздухабраласьпри
конкн
3
4981 600 0
⋅⋅ −
=
273 4910
T =
,
5
−
,
⋅⋅
()
300
—режимтурбулентный
ЧислоНуссельта
,,,, ,Pr
Gr=⋅⋅
()
3
=⋅⋅⋅
11
3
=0 135 0 135 575100684 990
.
Коэффициентконвективнойтеплоотдачи
=
к
λ
в
=
вт
0 0454 300,
в
при=
32
=
11 24
,
2
CT .
;
Коэффициенттеплоотдачиизлучениемотнагретойстеныдляслучаялинеаризованноготеплово-
T
*
K
()
C
2
δρ
⋅°
м
,;
C
C
22
λρ
3
,,
t
1
1
079
t
3
,,
1
104,,
tt=⋅=0 104 78 25
,,. c
2110 71129 0 3231
,, ,
⋅⋅
š
C
вт
гопотокаопределяетсячерезпредельнуютемпературунагрева
=°=600 873 C
п
:
44
−
873 273
600
=
48,, 93
вт
2
м ⋅°C
.
αεσ
=⋅⋅
изл
A
**404
TT
()
−
п
TT
−
п
0
,,
=⋅ ⋅⋅
09 56710
8
−
Время,втечениекоторогостенаявляетсятермическитолстымтелом,
2
⋅⋅
,
Ft
05 05 05
0
p
λ
04 1130 2000
,
12
150607== =⋅
=,, ,
c
.
Суммарныйкоэффициенттеплоотдачиотстены и характерноевремя изменения температуры
поверхностистены:
ααα
=+ =+=
∑
кизл
t
3
α
11 24 48 93 60 17
,,
⋅⋅
121130 2000
,
p
60 17
∑
,
Предположим,чтовремяпрогревадо600°Слежитвинтервале
сявыражением(24)получим
2
t
2
⋅
t
3
t
t
3
600 2110 7
→= ⋅
1
2
,
12
TT
−= ⋅
п
0
q
п
α
∑
12
+⋅
=
+⋅
вт
2
749==
c
.
05 25
<<
тогдавоспользуем-
t
2
t
2
⋅
t
3
t
t
3
t
→=
1
t
3
2
,
0
.
Таккаквыдвинутоеранеепредположениенеоправдалосьиполучилось,что
емвыражение(23):
2
t
⋅
t
3
π
t
2
t
3
0 284 025
→+⋅
1
2
1
2
t
t
1 129 0
=
3
1
2
t
→
t
3
600 2110 7
=⋅
,,,
2
π
1
+⋅
1
2
t
t
3
05<
применя-
t
=
.
Времявключенияорошения
3
598 6 600
,
Проверка
10886 0 3231
,,
+⋅
=°
C
.
Разница0,23%,поэтомупринимаемвремявключенияорошения78,25с.
Тепловойпоток,которыйпоступаетвнутрьстеныпослетогокактемператураповерхностидостигнетвеличиныТп =600°С,иэтотпотокнеобходимокомпенсироватьорошением,составит
qq
погл. 78,25 секпогл.0сек
()()
=−⋅= −⋅=α 600 127000 60 17 600 909, 000
∑
м
.
2
33
Охлаждающая способность воды, если она имеет температуру 0 °С, теплота испарения
τ ==
°
кДж
кг
кДж
кг C
,
кДж
кг C
+
=°
100 600
2
C
q
кДж
кг
m
q
q
==
⋅⋅
охл
мс
22
90 9
3215
,
,,.
mq x
⋅ .
qx
л
()
q
= 0,
qmq
−=⋅
∑
α 600.
1
K
ν
с
2
кг
м
,;
3
кг
σ= ⋅−12 103Нм/
λ= ⋅°0 119, /CВт м
T
= 272 5, K
r = 362 37, /кДжкг
=−
R =⋅
,;
Дж
кмоль
µ=58
P
= 276,
⋅
⋅
=⋅
Ul
62
()
,,
2260 42
T =
,,
C теплоемкость пара
pж
350
,составит
охл
=⋅++⋅=42100 2260 214 250 3215,, .
п
=°214,
и пар достигает температуры
Требуемыйрасходводы
треб
==
0 02827 28 27
кг
мс
грам
Примечание.Полученныйрезультатсправедливдажеесликакая-точастьводыиспарится,недостигаяповерхности,посколькуприэтомуменьшитсяпадающийпотокнавеличину
приТп=Т
Поопределениювэтотмомент
*
(предельная)будетвыполнятьсяусловиеqmqx
п
иврезультатеполучается
погл
=⋅=⋅ ++−
похл погл ох
α 600 1 .
∑
похл
охл
⋅
Тогда
mq
Насамомделепадающийпотокуменьшитсянаещёбольшуювеличину,таккакводяныепары
сильнопоглощаюттепловоеизлучение.
Пример.Определить характеризменениятемпературыстенкиметаллическогорезервуара,наполненногобутаном.Начальнаятемпература25°С.Ёмкость–горизонтальныйцилиндрическийсосуд,α=10м,d=2,4м,δ=36мм.ЁмкостьнаходитсяподдействиемфакеласТ =1200К,горячие
газынепосредственнодействуютнастенкунаплощади4м2,средняяскоростьгазавфакеле6м/с.
ОсновныехарактеристикижидкогобутанапритемпературеТ0 =298К:
температурныйкоэффициентобъёмногорасширениямβ=2,4∙10
м
−
кинематическийкоэффициентвязкости
=⋅
2710
,
7
;
–3
;
плотность
удельнаятеплоёмкостьприпостоянномдавленииp=⋅ ⋅°25
поверхностноенатяжение
коэффициенттеплопроводности
600
;
3
10
Дж
C
;
.
1.Определим давление насыщенногопара бутана при температуре298 К, если при давлении
1атм
кип
,атеплотаиспарения
.
ИзуравненияКлаузиуса—Клапейрона
P
ln
PrR
µ
к
ο
1
,
272 51298
;
°8314 4
C
;
атм
к
.
2.Коэффициенттеплоотдачиприконвективномобтеканиигорячихгазов
Re =
к
=
ν
⋅
7610
,
−
5
15810
,
5
,
гдеlк–размервзаимодействиягазовфакеласповерхностью,S =4м2.
Турбулентныйрежим
08 5
Nu ==⋅⋅
,,
Re
,
34
08
,
=0 032 0 032 15810 460 0
;
α
α
Nu 460
2
C
hT
ν
αα
TT
**
()
=−
()
0
0 075
1
1
1
,
()
⋅
′
λ
b
2
Ts=+=298 32 301 2,, K
'
2
23
/
025
()
=
()
,
()
/
с.
∆T
.1
,;
2
=°
dT
dt
.
qTTTT
ffпадк
=−
()
+−
()
=⋅+⋅⋅⋅ −
−
αεσ
οο
44 84
12 65 902 093567 10 1200,,,2298 11410 1110 11 10
455
()
=+⋅=⋅,,
кг
λ
0 055 12 65
,, /
2
Вт м==⋅= ⋅°
.
Коэффициенттеплопроводностиλгпринятпритемпературе750К.
3.Вначальныймоменттеплообменвнутрирезервуарабудетосуществлятьсязасчётестествен-
нойконвекции,котораяразвиваетсявследствиенагревастенки:
3
g
β
⋅
Gr
=
c
.
2
Вданномслучаеперепадтемпературмеждустенкойижидкимбутаномнеопределён.Задачасостоитвтомчтобыопределитьэтотперепаддлямоментаокончаниярежимасвободнойконвекциии
переходаеговрежимпузырьковогокипения.Дляэтогоприравниваниемтепловойпотокотстенки
врежимеконвекцииипузырьковогокипения:
TT
−
кп кп.к.п к
.
Приусловиитурбулентнойконвекцииэторавенствосводитсяк
135
,Pr
3
⋅
βνσ
′
где
Приподстановкезначенийуказанныхвеличинполучится ∆T
стены
начинаетсяпузырьковоекипение.Вэтотмоменттепловойпотокот
3
⋅
⋅⋅⋅
′
3
110
=+
3
′
w
ρ
+
ρρ
′
T
′
к
3
′′
′′
5
*
=
3
T
∆
,
п
.
*
,= 32 K,тоестьпритемпературе
п
стенкивбутанравен
**
== =
qq b
пк конв
3
νσ
λ
T
′′
33
∆
T
008
п
к
,
0 119 32
−
7
⋅⋅⋅
,
2710 12 10
=
246
−−
3
⋅
298
Вт м .
⋅
,,
Дальнейшийанализвеличинытепловыхпотоковпроводитсяпоследующейсхеме.
1.Определяемкритическийтепловойпотокприпузырьковомкипении
05
,
qrg
014
=⋅⋅
,
1
кр
0
,,
5
⋅⋅
014 362370 582
,,
,,,, ,
1210 981 564 3582 348 1⋅⋅ −
ρσρρ
′′
2
−
⋅−
1
′′
=
,
025
=
кДжм
2
2
Из(61)и(64)определяем
2.Тепловойбалансдлястенкирезервуара
:
кр
1
qqVT
кр
∆T
кр
1
==
.
1
α
кр
1
3
()
кр жк
,
008
α
1
ρδ =−−
p
1
3
σ
=
2
3
λ
′
()
9382 7крВт м
, / C
qqq
падуп.к
35
,
0 745
⋅
,,
0080119
()
.
;
37 1=
22
3
K
Вт/м2;
qTTTTTT
укпп кр
≈−
()
+−
()
=⋅+−
()
=
αεσεσ
οο
44
44
12 65 37 1
,,
м
TT
==1335 1,. K
qqq
, ,
q
qq
=
q
=⋅11 10
52
, /
∆
1
1
()
()
8254
∆=T 25 4,
1
=°
,
⋅
6474 0 036
53
44,,.
T
,,=+ =298 25 4 323 4 K
q
тм
2
/
мс
q
dT
dt
зж
44
οο
TT
()
qT
()
qT
=−
()
dT
dt
TT
()
()
+−
()
αα
οο
1
=°
C.
οο
1
ο
44
()
=+=37 1 335 1 298 469 268 737
при
пкр
3.Изсравнения
=
12 65
, ⋅⋅ +−
паду кр
1
,,εσ
ο
можносделатьвывод,чтовеличиной
сматриваемомслучаестенкарезервуаранагреетсядоуровня,когда
4.Температура,докоторойнагреетсястенка,определяетсяизусловия
Вт м
;
3
⋅
()
2
2
−
⋅⋅
3
1
1
3
qT
пуз.кипк.
=
T
⋅⋅
νσ
′
′
()
2
3
⋅
b
λ
′
1
1
3
3
⋅
⋅⋅⋅⋅⋅
,, ,
11 10 2910 12 1
=
5.Коэффициенттеплоотдачивточке
α
пуз.кип.
=
008008
,,
λ
′
νσ
′⋅′
2
Максимальноезначение
3
2
3
q
⋅
к
=
Bi =
пуз.кип.
57
−
,,
0080119
⋅
00 298
К
2910 1
,,T
0 119
,
7
−
⋅⋅
=
−
2
2
3
2210 298
Вт
можнопренебречь,иврас-
C
пуз.кип. пад
,
0 0726 298
=
,,
0080242
3
11 10 6474
⋅
()
2
.
1
3
⋅
=
,8
25 3
⋅
2
5
3
°= ,
2
/ CВт м
К.
.
Такимобразом,ориентировочноезначениемаксимальнойтемпературыстенкирезервуарадостигаетзначение
cmax,
.
Примечание:температурастенкибудетбыстрорастивслучае,еслипадающийтепловойпоток
преодолеетзначениеq
Пример.Рассмотретьпредыдущийслучай,еслипадающийтепловойпотокпревышает
делитьконечнуюравновеснуютемпературустенки,если q
1кр.
пад
= 400
кВ
.Опре-
1кр
.Такойвысокийтепло-
войпотокможетбытьвслучае,еслиисточникизлученияимееттемпературуоколо1500Кигорячий
излучающийгазобтекаетрезервуарсвысокойскоростью,такчтоα
≈150 / .
к
Вт
2
Далеепослевыполненияпп.1–5продолжаем:
6.Посколькупадающий тепловойпотокпревышает
,тоиз-закризисакипения теплоотвод
1кр
резкоуменьшится,иновоеравновесиеустановитсяприболеевысокойтемпературевовремяплёночногокипения.
Тепловойбалансдлястенки
C
ρδ =− −
p
qq q
падуга
Потерявгазивжидкостьзасчётизлучениясоставляет
.
2
εσ
.Множитель2учитыва-
−
ст
етизлучениевобестороны.
Поток,уходящийзасчётконвекциивгаз
гокипениянаиспарение,
пл.кип пл.кип ст
α
к.г. к.г. ст
T
ο
7.Приравновесиитемпературастенкипостояннаи
=−−
α
.
*
T
,потокуходящийзасчётплёночно-
ο
ст
=0.Поэтому
44
qTTT
=−
2
εσ
падс пл.кип ст конкт
***
οο
+−
Коэффициенттеплоотдачиприплёночномкипениибутана(53)
2
C
λρρ
025025
=
,,
пл
′′ ′′
−
′′′
()
p
ν
′′
3
=
⋅⋅
0 003 1900 563 4
,,
36
4
,
7710
⋅
6
−
T
.
1
3
220
Вт
м
2
Физическиевеличиныдляпарабралисьпри600К.
()
()
⋅−
()
TT
οο
Tст=1000 K,
42
()
/
4002 /кВтм
Tст=1080 K
=+=138 289 4272 /
Tст=1050 K,
кВт
м
/
T
*
≈ 800 K
Tк=− °05, C
δ=24, см
TT T
()
=°
,, C
∆= °T
37 1, C
2
q
163191 4
,
C
⋅
6400 0 024
53
,
,,
TT
ск
()
α
ο
Fo < 05,
C
==
2
,,
δρ
λ
c
C
460 7800 53
6400
⋅⋅
ρλ
ο
, с
t
3
42
=°
Tп=− =°25 19 258,,. C
2
,
05
19 5,,,= с
t
42=,,
Равновеснаятемпературастенкиопределяетсяизусловияравенствападающегопотокаисуммы
уходящихпообестороныстенки:
84 4
400000 209567 10 220 150
=⋅ ⋅⋅⋅−
,, TT
−
ст ст
++
.
Применяемметодпоследовательныхприближений.
8.Пусть
209567 10 1000 298 370 702 100 260 360
⋅⋅ ⋅⋅ −
тогдаправаячастьравна
84
,,
−
+⋅=+=
кВтм ,
чтоменьше,чем
9.Пусть
10.Пусть
,праваячасть
праваячасть
падающегопотока.
=+=123 278 401
кВтм.
,
чтохорошосовпадаетс
2
q
пад
кВтм= 400
2
Такимобразом,температурастенкиможетподнятьсядо1050К,чтонемногохужеиприведёткразрушениюрезервуара,таккакпритемпературесталивыше
ο
прочностьметалларезкосни-
жается.
Пример.Вусловияхпредыдущегопримерарассмотретьслучаймгновенногоразрушениярезервуараиохлаждениежидкогобутана,оставшегосяврезервуаредотемпературы
.Температурастенкизавремямгновенногоиспарения не изменяласьи осталась равной 25 °С.Определитьиспарение бутаназасчёттеплообменасо стенкойрезервуара.Толщинастенки резервуара
.
1. Начальная разность температур (температурнойнапор) ∆
чтоменьше,чем
кр.1
(см.предыдущийпример),поэтомувначальныймоментустанав-
=−=−−
ст к
25 05 25 5
ливаетсяпузырьковоекипениесначальнымтепловымпотоком
3
=
qb
ο
νσ
2
λ
′′
33
∆=
T
T
к
008
,
2710 1210 272 5
α
=
ο
∆
−−
,, ,
ο
T
72
⋅⋅⋅⋅
=š
25 5
0 119
,
,
2
6400
3
25 5
, == 163191 4
()
Вт
м
.
2
, /Вт м ;
.
,
Приэтом
Bi =
=
29
истенканеявляетсятермическитонкимтелом.
2.Припузырьковомкипенииизменениетепловогопотокаотстенкиприохлаждениистенкине
совпадаетстепловымпотокомприеёнагреванииприодномитомжетепловомнапоре.Кипение
бутанапроисходит за счёттепловогоресурса стенки,ивеличина тепловогопотокаприохлаждениибольше,чемпринагреваниистенкиприодномитомжетемпературномнапоре(явлениегистерезиса).Величинатепловогопотокаприпузырьковомкипенииврежимеохлаждениястенкибудет
определятьсяизусловия,чтотемпературныйнапоруменьшается.Приэтомскоростьростапузыряуменьшитсясогласно
−
,аплотностьцентровпарообразованиясохраняетсянауровненачальногопотокаилиначальноготемпературногонапора[5].Этозначит,чтотепловойпотокбудет
определятьсяначальнымкоэффициентомтеплоотдачи
.
Втакомслучаетемпературастенкибудетвтечениивремени,соответствующегоусловию
19 2
, C
p
,
как термически толстого тела,
= , иTT
t
ο
q
−= ⋅
ο
п
α
ο
⋅
2464
,
+⋅
12464
05 19 5
,
Тепловойпотоккэтомувремени q =⋅=6400 58 37120
3.Завремя
или
t
изстенкиуйдетколичествотепла
3
37
. Так как
/Вт м .
p
3
22
α
464==
=
, то
19 5
33
42
=
()
,
∆ΣH =⋅⋅⋅=25 5 460 0 024 7800 2196,, кДж
1166 100
2196
⋅
,%
M
1166
362 37 1 751 15 9
,, ,
+⋅
кг
м
+
25 58
2
,
,.
Fo = 05,
,,
Fο≤ 05,
Bi
+
ο
2
1
Fο= 05,
Fο> 05,
ee
1
()
()
−−
µµ
FoQ Fo Q== ==+=1 599 10 1166 599 1765,;,; кДжкД
Σ
Fo QFoQ== = =+=2 1054 50 1166 1054 2220,;,.
жк
C
λρ
αδ
λ
,,
=−
α
19 5
,
οο οст кип
∫∫
0
Tdtqt
()
=−
42
=
3
757 229136 1166
,, ,.
1
0
+
12
t
d
t
t
t
3
3
=
qt
=
кДж
t
−+
2212
3
t
ln
t
t
0
Полныйтепловойресурсстенкитолщиной24ммприохлажденииот25до–0,5°Ссоставляет
.
Такимобразом,запервые19,5сизрасходуется
=
53 1
тепловогоресурса.Заэтовре-
мясодногоквадратногометрастенкивыкипит
19 5
300
,=
,
=
(за19,5с).
2
Привычисленииучтенотепло,уносимоепаромсосреднейтемпературой
=∆=−−= °
cp
15 4154 05 15 9
T
,; ,(,)
C=
4.ПриFo>0,5теплообменбудетописыватьсявыражением(44),справедливымдляBi≥3.Врас-
сматриваемомслучаеBi=2,9,
2
HBi
T
−= −
o
п
25 51
,
Для
получилось TT e
−
=−
25 51
,
()
ο
п
чтонеплохосогласуетсясрезультатомдля
−⋅
2
Bi
1
+
π
−⋅
22939
e
2
,
,
2
39
,
снизу.
Bi
21
+
05
,
⋅
=
Fo
18 9
.
Тепловойпотокизпластинынакипение
2
F
qq
=
−οµ
e
.
Количествотепла,ушедшееизпластинысмомента
2
δ
q
Q
05
=
,
Bi
ο
1
+
ДляразныхFo имеем
кД
Примечание.
Расчётнаячастькурсовойработыможетбытьвыполненапообразцупримеров,рассмотренных
впособиивразделе«Теплофизика».
Потеме:«Температурныйрежимконструкции»:
1)Необходимоопределитьвремя, в течениекоторогоFo < 0,5. В течениеэтоговремени кон-
струкциябудеттермическитолстымтелом,ипараметрытеплообменаопределяютсявзависимости
отзначениявеличиныt/t3,гдеt
2)Определяетсячисло Bi =
=
3
.
2
α
Σ
.ЕслиBi <0,1,тотелосчитаетсятермическитонкимтелом.
до
2
2
µ
38
2
05
,
1
2
F
1
ο
−
.
æ
Σ
,
Дж
Расчётыдля термически тонкого и термически толстоготелав зависимостиот t/t3приведены
всоответствующихразделах.
Температурныйрежимдля случаяFo >0,5определяетсявзависимости отвеличиныBi,иего
расчётприведёнвсоответствующихразделах.
Режимытеплообменаприналичиикипенияирадиационногоизлученияопределяютсявзависимостиотрежима(пузырьковый,плёночный,переходный).РадиационныйпотокопределяетсяпозаконуСтефанаилинеаризуется.Соответствующиепримерырассмотреныврешениизадач.ВЗаключениикурсовойработынеобходимопроанализироватьполученныерезультатыисделатьвыводы.
3. ПРОГНОЗИРОВАНИЕ ОПАСНЫХ ФАКТОРОВ ПОЖАРА
ΦΦ
−
TT
−
,;
ρρ
−
+≈
3.1. Общие сведения
Методыпрогнозированияопасныхфакторовпожараразличаютвзависимостиотвидаматематическоймоделипожара.Математическиемоделипожаравпомещенииделятсянатривида:интегральные,зонныеиполевые.
Интегральнаямодельпожарапозволяетполучитьинформациюосреднихзначенияхпараметров
состояниясредывпомещениидлялюбогомоментаразвитияпожара.Обычноэтотмоментограничиваетсятакназываемойначальнойстадиейпожара.Приэтомдлятогочтобысоотноситьсредние
(среднеобъёмные)параметрысредысихпредельнымизначениямиврабочейзоне,используютформулы,полученныенаосновеэкспериментальныхисследованийпространственногораспределения
температур,концентрацийпродуктовгорения,оптическойплотностидымаит.д.
Зоннаямодельпозволяетполучитьинформациюоразмераххарактерныхпространственныхзон,
возникающихприпожаревпомещении,иосреднихзначенияхпараметровсостояниясредывэтих
зонах.
Полеваядифференциальнаямодельпозволяетрассчитатьдлялюбогомоментаразвитияпожаразначениявсехлокальныхпараметровсостояниявовсехточкахпространствавнутрипомещения.
3.2. Методика решения задач
3.2.1. Расчёт критических значений опасных факторов пожара
Расчёткритическихзначенийопасныхфакторовпожара(ОФП),такихкакповышеннаятемператураокружающейсреды,пониженнаяконцентрациякислорода,повышеннаяконцентрациятоксичныхпродуктовгорения,дым,производитсяпообщейформуле[12]
пр
Φ
гдеФ
—критическоезначениеОФП;
кр
Ф
—предельнодопустимоезначениеОФП;
пр
=
кр
y
exp,
H
14
0
H
Φ
(76)
,
+
y
0
Ф0—начальноезначениеОФП;
y—высотарабочейзоны;
H—высотапомещения.
Пример.Параметрыпомещения:α=10м—длинапомещения;b=8м—ширинапомещения;
Н=6м—высотапомещения.Высотарабочейзоны:y =1,7м;То=293К—среднеобъёмнаяначаль-
наятемпературагазовойсредывпомещениипередпожаром.
Исходяизформулы(76),критическиепараметрыОФПследующие:
1)критическаятемпература
343 293
пр
T
=
кр
y
⋅⋅
exp,
H
14
0
H
y
T
+=
0
17
,
6
−
14
exp,
⋅⋅
+≈293 411 69
17
,
6
K
2)критическаяпарциальнаяплотностьтоксичныхгазов—посколькувначальныймоментвре-
менипарциальнаяплотностьтоксичныхгазовравнанулю,то:
для СО
0 00116 0
пр
14
0
y
H
ρ
+=
0
СО
ρ
=
кр
y
exp,
H
,
17
,
exp,
6
40
14
−
17
0 0,00275мкг/м3;
,
6