2. Расчетные соотношения для оценки возможности возгорания.

1. Определение плотности теплового потока

Соотношение, составленное для оценки возможности возгорания мате­риала применительно к паре источник излучения - облучаемое тело, осно­вывается на использовании закона Стефана-Больцмана и имеет следующий вид:

, вт/м² (5_2.1)

где: q – плотность теплового излучения, воздействующего на элементарную площадку на поверхности облучаемого тела, расположенную перпендикулярно направлению этого излучения;

C_o- постоянная Стефана - Больцмана (C_o= 5,67 вт/(м²К⁴) );

_пр- приведенная степень черноты пары источник - материал;

₁₂- коэффициент, определяющий долю лучистой энергии от полной по­верхности излучающего тела, достигающую элементарной площадки на оцениваемом материале (индекс “12” - от первого тела ко второму);

T_и- температура пламени (температура источника) в градусах К;

T_доп- температура самовоспламенения облучаемого материала (темпе­ратура допустимая) в градусах К.

Приведенная степень черноты пары источник - материал определяется соотношением:

где: _и- степень черноты факела пламени;

_м- степень черноты облучаемого материала.

Приведенное уравнение справедливо при двух допущениях:

- учитывается только лучистый теплообмен, т.е. конвективным теплообменом пренебрегаем;

- тела, между которыми происходит лучистый теплообмен, разделены непоглощающей средой.

Значения параметров T_и, T_доп,_и,_мдля ряда материалов приведе­ны в Приложении.

Вычисляемое на основе закона Стефана-Больцмана значение плотности теплового потока, используемое для оценки безопасных расстояний, существенно зависит от продолжительности воздействия. Минимально необходимое для возгорания материала, из которого сос­тоит облучаемое тело, тепловое излучение, воздействующее на это тело в течении определенного времени, называется критическим тепловым излуче­нием.

В таблице П1 Приложения приведены значения q_крдля различных материалов при продолжительности воздействия 3, 5 и 15 минут.

При кратковременном воздействии, характерном, например, для светового излучения ядерного взрыва (в среднем от 2 до 10 сек), значения q_крвозрастают в 5-6 раз по сравнению со значениями при воздействии в течение 3 минут.

Плотность теплового потока на расстоянии R от эпицентра ядерного взрыва может быть определена с использованием формулы для светового импульса:

, ( Кдж* сек / м²=Квт /м²)

где t(q) - время свечения светящейся области как функция тротилового

эквивалента q.

3. Учет взаимного размещения факела пламени и облучаемого тела.

Взаимное размещение факела пламени и облучаемого тела учитывается с помощью коэффициента ₁₂. Значение этого коэффициента зависит от формы и размеров факела пламени, а также от расположения облучаемой элементарной площадки по отношению к факелу пламени. Пламя имеет до­вольно сложную, изменяющуюся во времени форму, и вообще говоря, может быть аппроксимировано шаром (например при горении облака газовоздушной смеси), конусом (например при горении нефтепродуктов в открытой емкос­ти) или цилиндром (при большинстве пожаров).

В практических расчетах факел пламени условно заменяется прямоугольной площадкой.

Для удобства расчетов прямоугольный факел пламени в свою очередь делится на несколько прямоугольников (чаще одинаковых с размерами a x b) , а исследуемая точка возгорания выбирается на расстоянииr на нормали к одной из вершин прямоугольника с размерамиa x b. (См. схемы на рис.5.2.). В этом случае сначала рассчитывается промежуточная величина’₁₂=(a,b,r), а затем величина₁₂.

Облучаемая элементарная площадка расположена на расстоянии r по нормали от одного из углов прямоугольника с размерами a и b.

Рисунок 5.2. Расчетная схема для определения значения‘₁₂ .

Значение ₁₂, соответствующее каждой из схем, может быть оп­ределено по формулам:

- в случае, когда элементарная площадка расположена напротив

геометрического центра излучающей поверхности, или

- в случае, когда элементарная площадка расположена на уровне

нижней кромки излучающей поверхности.

Значение величины ’₁₂рассчитывается по формулам телесного угла с использованием формул:

, или

Значения ’₁₂ приведены в таблице 5.2.1.

При решении задач можно пользоваться либо таблицей, либо построенными на ее основе графиками.

Таблица 5.2.1.