Подробный разбор задачи

Определение и анализ параметров газообмена на внутреннем пожаре.

 Основными параметрами газообмена на внутреннем пожаре являются интенсивность газообмена и коэффициент избытка воздуха. Первый параметр характеризует скорость поступления воздуха в помещение в расчёте на один кв. метр площади пожара. Скорость поступления равна отношению расхода воздуха, проходящего через проёмы к площади пожара. Второй параметр определяет количество воздуха, поступающего в помещение по отношению к требуемому для сгорания горючего вещества и среднеобъёмную концентрацию кислорода в помещении в данный момент времени.

Во время свободного развития пожара коэффициент избытка воздуха изменяется. Вначале пока мала скорость и расход воздуха невелик проемы практически не лимитируют приток воздуха в помещение. Коэффициент в этом случае может составлять 40 и более. Но по мере увеличения скорости возрастает расход воздуха, а пропускная способность проёмов уменьшается вследствие снижения плоскости равных давлений.

 Как показывают эксперименты, коэффициент избытка воздуха снижается до некоторого минимального значения, затем остаётся постоянным и при снижении скорости, вследствие выгорания материала, возрастает.

 Также изменяется и среднеобъёмная концентрация кислорода в помещении. Если в ходе уменьшения a она понизится до некоторого значения φ^пр₀₂,предельного для данного горючего, пламенное горение постепенно прекратится.

Если среднеобъёмная температура была ниже температуры воспламенения горючих веществ, находящихся в помещении (для твёрдых горючих веществ300⁰С), возможно самозатухание пожара.

Если среднеобъёмная температура была выше температуры воспламенения горючих веществ, находящихся в помещении,постепенное прекращение пламенного горения вызовет уменьшение массовой скорости выгорания и соответственно требуемого расхода воздуха. В результате этого наступит момент когда a и φ^ср0₂ начнут возрастать. Когда φ^ср0₂ станет больше φ^пр 0₂, пламенное горение возобновится. В случае такого развития пожара, при вскрытии дополнительных проёмов, существует опасность объёмной вспышки.

Если φ^ср0₂ > φ^пр₀₂ , пожар будет продолжаться до полного прекращения горения в результате тушения или выгорания пожарной нагрузки.

 

Алгоритм решения задач.

1. Рассчитать высоту плоскости равных давлений h₀

h₀ = Н/ 1+ ³√ρ_в/ρ_г            плотность газов определить по графику(см. приложение)

плотность воздуха- 1,2 кг/м³

1. Рассчитать теоретический расход воздуха,затраченный на горение. (см. решение задач «Определение расхода воздуха»)
2.  Определить коэффициент избытка воздуха, используя формулу:

     a═Gв /G_в^треб ═(2/3)μBh₀ √2gh₀ρ_в (ρ_в-ρ_г)

                              ύ_м F_п V⁰_в ρ_в

1. Найти:

                   φ^г 0₂= 21(а-1)/а

5. Определить φ^ср0₂

 

                   φ^ср0₂= (φ^г 0₂+10,12)/ 1,44

6. Сделать выводы о возможном развитии пожара, используя, понятия концентрация кислорода, среднеобъёмная температура и вскрытие дополнительных проёмов.

Подробный разбор задачи

Основными параметрами газообмена на внутреннем пожаре являются интенсивность газообмена Jrи коэффициент избытка воздухаα. Интенсивность газообмена – это скорость поступления воздуха в помещение в расчете на 1м² площади пожара.

Интенсивность газообмена равна отношению расхода воздуха проходящего через проемы к площади пожара.

Задача.

При пожаре в помещении воздух поступает через проем размерами 1х3м. Температура пожара 500 С⁰. Средний элементный состав древесины: С-49.5%,О-44,2%, N-0,12%, Н-6,3%, w-9%. На 5 минуте площадь пожара составила 7 м²,а на 20 минуте 120 м². Приведенная массовая скорость равна0,003 кг/м²с. для данного вещества предельная концентрация кислорода равна 12%. Рассчитать параметры газообмена на 5 и 20 минутах и сделать выводы.

 

1. Величина h⁰ при газообмене через один проем или несколько проемов, расположенных на одинаковом расстоянии от пола, рассчитываем по формуле:

где Н – высота проема

м

2.Найдем теоретический объем воздуха необходимого для сгорания вещества

Коэффициент избытка воздуха определяет количество воздуха, поступающего в помещение по отношению к требуемому для сгорания единицы горючего вещества.

Во время свободного развития пожара коэффициент избытка воздуха изменяется с течением времени. Сначала, когда массовая скорость выгорания мала и расход воздуха не велик, открытые проемы практически не лимитируют приток воздуха в помещение.

Коэффициент α в этом случае может составлять 40 и более единиц. По мере увеличения массовой скорости требуемый расход возрастает, а пропуская способность проемов, уменьшается вследствие снижения высоты плоскости равных давлений.

Произведём расчёт параметров газообмена на два момента времени: 5 минуту и 20 минуту. На 5 минуте от начала пожара:

3.Найдем коэффициент избытка воздуха по формуле:

4. Концентрацию кислорода в выходящих газах определим из выражения:

Преобразую это выражение, и получаем формулу:

Если > ,пожар будет продолжаться до полного прекращения горения в результате тушения или выгорания пожарной нагрузки.

1. Экспериментально установлено, что средняя концентрация кислорода связанная с концентрацией кислорода в выходящих газов .

 

 Выводы:

Таким образом, на 5 минуте развития пожара:

1.Концентрация кислорода в помещении не находится на уровне предельном для горения, а значительно выше его. Следовательно, проёмы еще не лимитируют поступление воздуха и пламенное горение продолжается.

2.Поскольку и среднеобъёмная температура значительно выше 300 0С, то самозатухание пожара маловероятно.

3. При вскрытии ещё одного или нескольких проемов опасности объёмной вспышки нет.

 

Произведём расчёт параметров газообмена на два момента времени: 5 минуту и 20 минуту. На 20 минуте от начала пожара:

3. Найдем коэффициент избытка воздуха по формуле:

4. Концентрацию кислорода в выходящих газах определим из выражения:

Преобразую это выражение, и получаем формулу:

Если > ,пожар будет продолжаться до полного прекращения горения в результате тушения или выгорания пожарной нагрузки.

5.Экспериментально установлено, что средняя концентрация кислорода связанная с концентрацией кислорода в выходящих газов .

 Выводы:

Таким образом, на 20 минуте развития пожара:

1.На данный момент концентрация кислорода в помещении находится ниже уровня, предельного горения. Следовательно, пламенное горение прекратилось  из-за недостатка воздуха  и происходит беспламенное горение.

2.Поскольку среднеобъемная температура выше 300 0С, самозатухание пожара маловероятно.

3.При вскрытии еще одного или нескольких проемов существует опасность объемной вспышки.

 

ЗАДАЧА ДЛЯ САМОСТОЯТЕЛЬНОГО РЕШЕНИЯ

1.При пожаре в помещении воздух поступает через проём размерами 0, 4*1,9 м. Площадь пожара к данному моменту времени составляет5 м², температура пожара 450 °С, средний элементный состав твёрдого горючего вещества: С=40% Н=4% О=10% Ν=16% W=15% зола=15% ύ_м=0,44кг/(м²*мин). Для данного вещества φ^пр₀₂=15%.

Рассчитать параметры газообмена и сделать выводы о возможном развитии пожара.