Общие понятия и формулы

На предыдущих двух лекциях были рассмотрены интегральные уравнения состояния газовой среды в помещении и решены для начальной стадии пожара, то есть с учетом определенных допущений. Так же, были определены критическая продолжительность пожара по условиям достижения предельно допустимых значений ОФП (по температуре, парциальной плотности кислорода, парциальной плотности токсичных продуктов горения и оптической плотности дыма) и критические значения средних параметров состояния среды в помещении.

В каждом из полученных на предыдущих лекциях уравнениях, остался неизвестным (неопределенным) но очень важным такой параметр как φ -коэффициент теплопотерь.

Как уже указывалось, представляет собой отношение суммарного теплового потока в ограждения Q_w кскорости тепловыделения в очаге горения Q _noж:

(4.70)

Скорость тепловыделения в каждый момент процесса развития пожара вычисляется по формуле:

(4.71)

где F_Г - площадь пожара, м².

Суммарный тепловой поток в ограждения (выполненные из кирпича или из материалов, близких ему по своим теплофизическим свойствам) при значениях среднеобъемной температуры среды в помещении Т₀<Т_т<Т_кр (где Т_о ≈290 К и Т _кр≈343 К) можно рассчитать с помощью эмпирической формулы [2]:

(4.72)

где q₀, а, b ₁, - размерные эмпирические константы (q _о=4,07 Вт·м^-2; а = 0,8 К^-1; b ₁ = 0,00065 K^-2); F_w - суммарная площадь поверхности ограждений, м².

Для помещений, представляющих собой прямоугольный параллелепипед, суммарная площадь поверхностей ограждений вычисляется по формуле

F_w=2 [ l₁ l₂₊2h (l_l+l₂)], (4.73)

где l ₁, l ₂ - ширина и длина помещения, м; h - половина высоты помещения, м. При этом предполагается, что площадь проемов пренебрежимо мала по сравнению с величиной F_w. Кроме того, при использовании этой формулы предполагается возможным не учитывать наличие предметов и оборудования, находящихся внутри помещения. Следует сделать замечание по поводу формулы (4.72). При Т_т → Т_о (т.е. в первый момент процесса развития пожара при t→0) из этой формулы следует, что Q_w →0. Однако в первый момент времени поступление тепла в ограждения происходит главным образом за счет излучения пламени. Поток лучистой энергии от пламени к ограждениям по мере задымления помещения постепенно уменьшается. При сильном задымлении излучение от пламени рассеивается в задымленной среде, заполняющей помещение. С учетом сказанного радиационный поток от очага горения к ограждениям при F_RAD << F_w можно оценить по формуле:

(4.74)

где С = 5,7 Вт∙м^-2∙К^-4 - коэффициент излучения; ε- степень черноты пламени; F_RAD - площадь поверхности излучения, м²; Т_пл - температура пламени, К; ω - коэффициент, учитывающий ослабление радиационного потока из-за задымления.

Коэффициент ω в начальные моменты времени, когда среда еще достаточно прозрачна, равен единице. При сильном задымлении, которое может иметь место в конце начальной стадии пожара, этот коэффициент равен нулю. С учетом сказанного величину этого коэффициента можно приближенно оценить с помощью формулы

(4.75)

Эта формула представляет собой линейную интерполяцию зависимости ω(T_m) в интервале температур Т₀ < Т_т < ,Т_кр, т.е. в интервале времени, равном критической продолжительности пожара.

Из вышесказанного следует, что для расчета суммарного теплового потока в ограждения при начальной стадии пожара нужно использовать формулу

(4.76)

С учетом вышеизложенного значение коэффициента теплопотерь следует вычислять для каждого момента времени в начальной стадии пожара (т.е. при 0 < τ< ) по формуле

(4.77)

Из этой формулы следует, что величину φ_* лишь условно можно назвать коэффициентом, так как она является функцией Т_т(τ) и изменяется во времени.

В интервале времени, равном критической продолжительности пожара, среднеобъемная температура среды в помещении не сильно отличается от "предельного" значения T_пред, приблизительно равного 345 К. Если температура среды перед пожаром Т_о = 293 К (что является типичным начальным условием), то в начальной стадии пожара выполняется условие

(4.78)

С учетом этой оценки правую часть уравнения (4.77) можно упростить, отбрасывая второй член первого слагаемого в квадратных скобках. После этой операции получим уравнение

(4.79)

Среднее значение коэффициента теплопотерь φ в интервале температур T _о < Т_т < Т _кр, т.е. в интервале времени, равном критической продолжительности пожара, определяется путем операции осреднения значения коэффициента φ:

(4.80)

где φ - средний коэффициент теплопотерь. Далее отдельно рассмотрим пожары в помещении при горении ТГМ и ГЖ. Вначале дается анализ пожаров в помещениях при горении ТГМ. При оценке радиационной составляющей теплового потока от пламени можно принять, что площадь поверхности излучения F_RAD равна площади пожара F_Г, т.е. F_RAD = F_Г.