Процессы горения и взрыва / Bobkov - Primery i zadachi po kursu FHORiTP 2010
.pdf
Глава 3
РАСЧЕТ ПЛОЩАДИ ПОЖАРА В УСЛОВИЯХ НЕОГРАНИЧЕННОГО ГАЗООБМЕНА
Площадь пожара – это нормативный параметр, используемый для решения целого ряда практических задач, таких как определение сил и средств для тушения пожара, проектирование автоматических систем пожарной защиты и т. д.
О б о з н а ч е н и я:
– место возникновения пожара; Sп – площадь пожара, м2;
τ – время, мин;
Sпτ – площадь пожара в момент времени τ, м2;
Lτ – путь, пройденный фронтом пламени к моменту времени τ, м; vлтабл – табличное значение линейной скорости распространения пожа-
ра, м/мин.
Усреднённые значения линейной скорости vлтабл для разных объектов приведены в таблице прил. 2.
При расчете площади пожара принимается ряд допущений.
Первое: горючая нагрузка в помещении однородна и распределена равномерно по всей площади пола.
Второе: газообмен не лимитирует скорость и направление распространения пожара, т. е. пожар распространяется в режиме ПРН.
Третье: фронт пламени распространяется во все стороны с одинаковой скоростью. Следовательно, расчетная площадь пожара может иметь форму правильных геометрических фигур: круга, полукруга, сектора, прямоугольника (рис. 3.1–3.3).
Рис. 3.1. Приведение формы пожара к круговой
31
Рис. 3.2. Приведение формы пожара к угловой
Рис. 3.3. Приведение формы пожара к прямоугольной
Четвертое: в первые 10 мин свободного развития пожара линейная
скорость распространения vл равна половине значения, указанного в таблице для соответствующего объекта, т. е. при τ ≤ 10 мин vл = 0,5vлтабл; при
τ >10 мин vл = vлтабл.
Пятое: когда фронт пламени достигает ограждающей конструкции, он спрямляется.
Таким образом, значение площади пожара Sп в каждый момент времени рассчитывается по следующим основным формулам:
1. Круговой пожар
Lτ |
Sп = πLτ2 |
(3.1) |
|
|
|
32
2. Пожар, возникший в углу помещения
|
S |
|
= πL 2 |
/ 4 |
|
Lτ |
п |
||||
|
τ |
|
|||
|
|
|
|
|
3. Пожар, возникший возле стены
|
S |
|
= πL 2 |
/ 2 |
|
Lτ |
п |
||||
|
τ |
|
4. Прямоугольная форма пожара (двухсторонняя)
Lτ |
а |
Sп = 2Lτa |
(3.2)
(3.3)
(3.4)
33
5. Прямоугольная форма пожара (односторонняя)
|
|
|
|
|
Sп = aLτ |
(3.5) |
|
|
Lτ |
|
|
||
|
|
|
а |
|
||
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Учитывая, что до 10-й минуты включительно vл = 0,5vлтабл, путь, пройденный фронтом пламени к моменту t, будет равен:
Lτ = 0,5vлтабл τ при t £ 10 мин; |
(3.6) |
Lτ = L10 + Lτ–10 при t > 10 мин. |
(3.7) |
Здесь
L10 – путь, который проходит фронт пламени за первые 10 мин;
L10 = 0,5vлтабл ×10 = 5vлтабл, м;
Lτ–10 – путь, который проходит фронт пламени за время, оставшееся после 10 мин (t – 10): Lτ–10 = vлтабл(t – 10), м.
Тогда при t > 10 мин |
|
Lτ = 5vлтабл + vлтабл(t – 10) |
(3.8) |
1)нарисовать план помещения и отметить на нем место возникновения пожара;
2)найти Lτ;
34
3)на плане помещения отложить Lτ, отметить сплошной ровной линией положение фронта пламени, указать значение τ;
4)учитывая, что при достижении ограждающих конструкций фронт пламени спрямляется, определить форму полученной геометрической фигуры;
5)найти площадь пожара по одной из формул (3.1) – (3.5).
Если момент времени заранее не задан, порядок расчетов, построения плана и графика может быть следующим:
1) нарисовать план помещения и отметить на нем место возникновения пожара;
2)выбрать характерные точки – детали объекта, до которых будет доходить фронт пламени (ограждающие конструкции, перегородки, проемы
ит.п.);
3)рассчитать L10 – путь, который проходит фронт пламени за первые 10 мин, т. е. со скоростью vл = 0,5vлтабл;
4)определить расстояние Lτ до первой опорной точки и найти время τ, за которое это расстояние будет пройдено, определив его из формулы (3.6), если Lτ ≤ L10; из формулы (3.8) или (3.9), если Lτ > L10;
5)определить Sпτ, как описано выше;
6)повторить расчеты для всех остальных опорных точек;
7)построить план и график распространения пожара.
Табличные данные, необходимые для решения задач, приведены в приложениях 1 – 6.
Примеры решения задач
П р и м е р 1 .
Рассчитать площадь пожара на 5-й, 15-й и 20-й минутах с момента его возникновения (рис. 3.4) и время охвата всего помещения, если скорость распространения равна 1,2 м/мин, предел огнестойкости двери – 12 мин.
|
18 м |
|
18 м |
|
|
|
|
|
|||
|
|
|
|
|
|
16 м
Рис. 3.4. План помещения и место возникновения пожара для примера 1
35
Р е ш е н и е . |
|
|
|
||
1. Поскольку пожар возник возле двери, отсчет предела ее огнестой- |
|||||
кости начнется сразу. |
Тогда в правое помещение пламя проникнет через |
||||
12 мин с момента возникновения пожара. До 12-й минуты пожар будет |
|||||
распространяться только в одном помещении. |
|
||||
2. За 5 мин фронт пламени пройдет расстояние L5 = 0,5×1,2·5 = 3 м. До |
|||||
ближайших боковых стен – 8 м. Следовательно, фронт пламени на 5-й ми- |
|||||
нуте будет иметь форму полукруга (рис. 3.5): |
|
||||
|
|
|
Sп5 = 3,14×32/2 = 14,0 м2. |
||
|
|
|
18 м |
|
18 м |
16 м |
20 мин |
15 мин |
5 мин |
15 мин |
20 мин |
|
|
|
|
ё |
|
|
|
Рис. 3.5. План распространения пожара для примера 1 |
|||
3. За 15 мин фронт пламени может пройти расстояние L15 = 5×1,2 +
+ 1,2 (15 – 10) = 12 м. К этому времени в левом помещении он уже достигнет боковых стен и примет форму прямоугольника размером 16×12 м.
В смежном помещении он будет распространяться всего 15 – 12 = 3 мин (причем скорость его равна vлтабл, так как t >10 мин).
За это время он пройдет расстояние 1,2 × 3 = 3,6 м. Следовательно, в смежном помещении фронт пламени имеет форму полукруга и площадь, равную p × 3,62/2 = 20 м2. Общая площадь пожара на 15-й минуте
Sп15 = 16 × 12 + 20 = 212 м2.
4.К 20-й минуте фронт пламени может пройти L20 = 5×1,2 +1,2 (20– 10)=
=18 м. Тогда все левое помещение к этому моменту времени будет охвачено пожаром (см. рис. 3.5). Однако в правом помещении он будет распро-
страняться 20 – 12 = 8 мин. За это время он пройдет 1,2 × 8 = 9,6 м и, достигнув боковых стен, примет форму прямоугольника размером 16×9,6 м.
36
В результате
Sп20 = 16 × 18 + 16 × 9,6 = 441,6 м2 » 442 м2.
Полный охват всего помещения наступит, когда фронт пламени пройдет оставшиеся 18 – 14,6 = 3,4 м (см. рис. 3.5). При скорости 1,2 м/мин это займёт: 3,4 : 1,2 = 2,8 ≈ 3 мин. Расчетное время охвата всего помещения со-
ставляет 20 + 3 = 23 мин.
Таким образом, Sп5 = 14 м2; Sп15 = 212 м2; Sп20 = 442 м2; Sп23 = 576 м2.
По этим данным строим график распространения пожара (рис. 3.6).
2 |
600 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
, м |
500 |
|
|
|
|
|
п |
|
|
|
|
|
|
S |
400 |
|
|
|
|
|
пожара |
|
|
|
|
|
|
300 |
|
|
|
|
|
|
Площадь |
200 |
|
|
|
|
|
100 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
0 |
5 |
10 |
15 |
20 |
25 |
|
|
|
Время, мин |
|
|
|
|
|
Рис. 3.6. График распространения пожара для примера 1 |
|
|||
П р и м е р 2 .
Построить график распространения пожара в помещении размерами 6×10 м. Табличное значение линейной скорости составляет 1 м/мин, очаг возгорания находится в углу (рис. 3.7).
10 м
6 м
Рис. 3.7. План помещения и место возникновения пожара для примера 2
37
Р е ш е н ие .
1. За первые десять минут фронт пламени пройдет расстояние
L10 = 0,5vлтабл ×10 = 5vлтабл = 5 м.
Так как это расстояние меньше, чем длина торцевой стены, площадь пожара на 10-й минуте будет иметь форму сектора радиусом 5 м (рис. 3.8). Площадь данного сектора равна
Sп10 = pL102/4 = 3,14·52/4 = 19,62 ≈ 20 м2.
2. Оставшееся расстояние до продольной стены L1 = 1 м. На этом и всех последующих участках пути vл = vлтабл = 1 м/мин.
Время Δτ1, за которое пожар преодолеет расстояние L1, составит:
Δτ1 = L1 /vлтабл = 1/1= 1 мин.
Время распространения пожара τ = 10 + 1 = 11 мин. Путь фронта пла-
мени L11 = 6 м.
Так как фронт пламени в этот момент достигает ограждающей конструкции, он спрямляется, и его площадь Sп11 рассчитывается как площадь
квадрата (см. рис. 3.8):
Sп11 = 6 ∙ 6 = 36 м2.
|
|
10 м |
|
|
B |
|
C |
2 |
|
|
|
L |
10 мин |
Sп11 |
|
|
|
11мин |
|
6 м |
|
L2 |
L3 |
|
|
|
|
|
L10 |
|
|
|
L1 |
L2 |
|
|
A |
|
D |
|
|
|
Рис. 3.8. Рабочий вариант плана распространения пожара для примера 2
38
3. Из плана пожара (см. рис. 3.8) видно, что до противоположной торцевой стены остается расстояние L2:
L2 = 10 – 6 = 4 м.
Это расстояние фронт пламени преодолеет за время Δτ2 = L2/vлтабл = 4 / 1 = 4 мин.
Общее время составит τ = 11 + 4 = 15 мин. К этому моменту пожар
охватит всю площадь помещения
Sп15 = 6 ∙ 10 = 60 м2.
Готовый план и график распространения пожара показаны на рис. 3.9 и 3.10 соответственно.
6 м
10 м
B
мин11 10 мин
C
15 мин
Площадь пожара Sп, м2
A D
Рис. 3.9. План распространения пожара для примера 2
60
50
40
30
20
10
0 |
2 |
4 |
6 |
8 |
10 |
12 |
14 |
16 |
18 |
|
|
|
|
Время, мин |
|
|
|
|
|
Рис. 3.10. График распространения пожара для примера 2
39
П р и м е р 3 .
Построить план и график распространения пожара в помещении, разделенном перегородкой с дверным проемом. Дверь расположена посередине перегородки. Размеры помещения указаны на плане (рис. 3.11). Очаг возгорания находится возле центра торцевой стены левого помещения. Линейная скорость распространения равна 0,4 м/мин. Предел огнестойкости двери составляет 10 мин.
10 м |
5 м |
6 м |
|
Рис. 3.11. План помещения для примера 3 |
|
Р е ш е н и е.
1. За первые десять минут фронт пламени пройдет расстояние
L10 = 0,5vлтабл ×10 = 5vлтабл = 5·0,4 = 2 м.
Так как это расстояние меньше, чем половина длины торцевой стены, площадь пожара на 10-й минуте будет иметь форму полукруга радиусом
2 м (рис. 3.12). Площадь данного сектора равна
Sп10 = pL102/4 = 3,14·22/2 = 6,28 ≈ 6,3 м2.
2. Оставшееся расстояние до продольной стены L1 = 1 м. На этом и всех последующих участках пути vл = vлтабл = 0,4 м/мин.
Время Δτ1, за которое пожар преодолеет расстояние L1, составит:
Δτ1 = L1 /vлтабл = 1/0,4 = 2,5 мин.
Время распространения пожара τ = 10 + 2,5 = 12,5 мин. Путь фронта
пламени L12,5 = 3 м.
Так как фронт пламени в этот момент достигает ограждающей конструкции, он спрямляется, и его площадь Sп12,5 рассчитывается как площадь
прямоугольника (см. рис. 3.12):
Sп12,5 = 6 ∙ 3 = 18 м2.
3. Из плана пожара (см. рис. 3.12) видно, что до перегородки остается расстояние
L2 = 10 – 3 = 7 м.
Это расстояние фронт пламени преодолеет за время Δτ2 = L2/vлтабл = 7 / 0,4 = 17,5 мин.
40