Динамика развития пожара

Динамика пожара - это изменение его основных параметров во времени и пространстве. К этим параметрам относятся: площадь пожара, температура окружающей среды, скорость распространения огня, скорость выгорания пожарной нагрузки, интенсивность тепло выделения и задымления, плотность дыма и др. Большое многообразие процессов на пожаре значительно усложняет установление причинно-следственной связи. Поэтому при изучении и описании пожаров обычно ограничиваются наиболее доступными факторами, в частности, температурой горения, площадью пожара, интенсивностью тепловыделения, скоростью выгорания пожарной нагрузки и некоторыми другими. Эти параметры служат основой для разработки мер по предотвращению пожаров и противопожарной защите, созданию автоматических систем пожаротушения, расчету сил и средств на тушение и т.д. Любой пожар во времени можно разделить на три основные стадии: возникновение, развитие и догорание. В качестве иллюстрации на рис.1 показано изменение во времени трех основных факторов пожара в помещении (температуры Т_п, площади F_п и интенсивности тепловыделения Q_п).

Рис.1. Изменение основных факторов

Первая стадия - возникновение очага пожара в виде горения на небольшом участке помещения. В очаге возникает конвективный газовый поток, обеспечивающий подвод окислителя к зоне горения. Поверхность пожарной нагрузки вокруг зоны горения начинает интенсивно нагреваться, повышается скорость выделения летучих продуктов термоокислительной деструкции горючих материалов. Размер факела пламени увеличивается, соответственно интенсифицируется конвективный обмен, возрастает и доля теплоты, передаваемая излучением. Растет температура среды в помещении, приближаясь к 250-300 °С. При этой температуре разрушается остекление, газообмен резко, скачкообразно интенсифицируется. При этом на короткое время температура может даже слегка понизиться, но резко возрастают такие факторы, как полнота и скорость выгорания пожарной нагрузки, скорость распространения огня и др. То есть резко увеличивается тепловыделение, температура поднимается до 500-600 °С. Скачок этот часто выглядит как «взрывоподобная общая вспышка». При квартирных пожарах первая стадия длится примерно 10-15 минут.

На второй стадии развития пожара все процессы быстро интенсифицируются, и опасные факторы пожара достигают своих максимальных значений. Температура в помещении поднимается до 800-900 °С. В этот период выгорает основная часть пожарной нагрузки, даже трудногорючей.

На третьей стадии происходит догорание пожарной нагрузки, тлеют остатки твердых материалов, хотя температура в помещении остается еще довольно высокой.

Ввиду большой сложности протекающих на пожаре процессов точную количественную оценку различным факторам дать в большинстве случаев пока невозможно.

Ориентировочно интенсивность тепловыделения на пожаре может быть оценена по следующему выражению:

Q_п = q₀F_п = QнUmF_п,

где Q_н, U_m, F_п - соответственно низшая теплота горения, массовая скорость

выгорания пожарной нагрузки и площадь пожара.

Зависимость площади пожара от основных параметров его развития имеет вид:

F_п = k (u_pt)ⁿ,

где k и n - коэффициенты, зависящие от геометрической формы площади

пожара;

U_p и t - соответственно линейная скорость распространения и время

свободного развития пожара.

Для пожара круговой формы при равномерном распределении пожарной нагрузки k = p и n = 2, т.е. имеем площадь круга радиусом R = U_pt. Для пожара прямоугольной формы k = 2n, n = 1. Таким образом, зная скорость распространения пожара, можно легко рассчитать его площадь на каждый момент времени.