Расчет опасных факторов пожара в помещении в его начальной стадии

В начальной стадии пожара наблюдается специфический режим газообмена. Особенности этого режима заключаются в том, что процесс газообмена идет в одном направлении через все имеющиеся проемы и щели. Поступление воздуха в помещение из окружающей среды в этот период развития пожара совсем отсутствует. Лишь спустя некоторое время, когда средняя температура среды в помещении достигает определенного значения. Процесс газообмена становится двусторонним, т.е. через одни проемы из помещения вытекают нагретые газы, а через другие поступает свежий воздух. Продолжительность начальной стадии пожара, при которой наблюдается «односторонний» газообмен, зависит от размеров проемов.

При условии отсутствия поступление воздуха извне в дифференциальных уравнениях пожара можно отбросить члены, содержащие расход воздуха (G_B = 0.).

Кроме того, будем рассматривать негерметичные помещения, в которых среднее давление среды остается практически постоянным, равным давлению наружного воздуха, так что с достаточной точностью можно принять, что:

(1)

где r ₀, Т₀ – плотность и температура среды перед началом пожара; r _m, Т_m – соответственно средние значения плотности и температуры среды в рассматриваемый момент времени; Р_m – среднее давление в помещении.

Интервал времени, в течении которого наблюдается односторонний газообмен, является относительно небольшим. Средняя температура и концентрация кислорода в помещении изменяются за этот промежуток времени незначительно. По этой причине можно принять, что величины h, D, R в этой стадии пожара остаются неизменными. Кроме того, примем, что п₁ = п₂ = n ₃ = т = 1 и V = const.

С учетом сказанного, уравнения пожара для начальной его стадии в помещении с малой проемностью, принимают следующий вид:

; (2)

(3)

, (4)

, (5)

(6)

В дальнейшем принимается еще одно допущение:

с_р = с_рВ = const. (7)

Для того чтобы получить аналитическое решение этих уравнений, используется прием, заключающийся в следующем. Поскольку рассматривается процесс развития пожара на относительно малом промежутке времени, то можно принять, что отношение теплового потока в ограждении к тепловыделению есть величина постоянная, равна своему среднему значению на этом интервале:

(8)

где Q_пож = ψ η Q_н;

τ _* – время окончания начальной стадии пожара;

φ – коэффициентом теплопотерь.

Из уравнения баланса энергии (3) можно определить расход выталкиваемых газов из помещения.

С учетом уравнений (3) и (8) расход выталкиваемых газов в каждый момент времени определяется по формуле:

(9)

Следовательно, для начальной стадии пожара с учетом условия (1) расход выталкиваемых газов определяем по формуле:

(10)

Таким образом, уравнения пожара для начальной его стадии в помещении примут вид:

, (11)

, (12)

, (13)

. (14)

Эти уравнения представляют собой частный случай основной (неупрощенной) системы уравнений пожара.

Зависимость среднеобъемной плотности от времени можно описать следующим выражением:

, (15)

тогда процесс нарастания средней температуры среды в помещении описывается формулой:

, (16)

где

где b_Г – ширина фронта пламени, м;

,

где – теплота сгорания, Дж· кг^-1;

с_p – теплоемкость газовой среды в помещении, Дж∙ кг^-1·K^-1 (1, 01);

ρ ₀, Т ₀ – начальное значение плотности (кг· м^-3) и температуры (К) соответственно;

V – свободный объем помещения, м³;

Из дифференциального уравнения (12), описывающего процесс снижения парциальной плотности кислорода в помещении, находим парциальную плотность кислорода в зависимости от времени:

. (17)

где ρ ₀ = 0, 27 кг· м^-3, ρ ₀₁ / ρ ₀ = 0, 23.

С использованием дифференциального уравнения (13) определим среднюю парциальную плотность токсичного газа в зависимости от времени по формуле:

, (18)

где – пороговая плотность, кг·м^-3.

Наконец рассмотрим дифференциальное уравнение (14), описывающее изменение критической плотности дыма в помещении. Разделим переменные в этом уравнении и затем, интегрируя с учетом начального условия, получаем формулу для определения оптической концентрации дыма:

, (19)

где .

Значение μ _* зависит от свойств горючего материала (ГМ). Например, для древесины при ее горении на открытом воздухе μ _* ≤ 5 Нп · м^-1.

Оптическая плотность дыма связана с дальностью видимости следующим соотношением:

.

где l_вид – дальность видимости, м.

3 ПОРЯДОК ВЫПОЛНЕНИЯ РАБОТЫ

1. Используя основные теоретические положения рассчитать согласно варианту исходных данных (таблица 3):

а) парциальную плотность кислорода в зависимости от времени;

б) среднюю парциальную плотность токсичного газа;

в) оптическую концентрацию дыма;

г) оптическую плотность дыма.

Считать, что коэффициент теплопотерь φ = 0, 1. Коэффициент полноты горения η = 0, 9.

2. Занести в таблицу полученные промежуточные и конечные результаты.

3. Подготовить отчет.

Содержание отчета

1) Краткие теоретические сведения.

2) Исходные данные.

3) Количественные показатели произведенных расчетов.

4) Ответы на контрольные вопросы.

Работа выполняется на листах формата А4, печатным текстом, в виде пояснительной записки содержащей краткую реферативную часть, требуемые расчеты и графики. Оформление работы должно соответствовать общим требованиям, предъявляемым к оформлению работ студентов в университете.

Таблица 3 – Данные по вариантам для выполнения расчета начальной стадии пожара

Таблица 4 – Форма поверхности горения

Таблица 5 – Средняя скорость выгорания, низшая теплота сгорания, дымообразующая способность, удельное потребление газов и линейная скорость распространения пламени веществ и материалов

КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ

1. Стадии пожара и их характеристики.

2. Процесс горения и основными условиями.

3. Массовая скорость выгорания и от чего зависит.

4. Линейная скорость распространения горения

5. Температура пожара в ограждениях и на открытых пространствах

6. Дым – это.

7. Развитие пожара и периоды

ЛИТЕРАТУРА

1. Кошмаров Ю.А. Прогнозирование опасных факторов пожара в помещении. Учебное пособие. АГПС МВД РФ, М. - 2000.

2. Применение полевого метода математического моделирования пожаров в помещениях. Методические рекомендации. ФГУ ВНИИПО МЧС России, 2003.

3. Пузач С.В. Методы расчета тепломассообмена при пожаре в помещении и их применение при решении практических задач пожаровзрывобезопасности. Монография. - М.: Академия ГПС МЧС России, 2005. - 336 с.

4. Пузач С.В., Смагин А.В., Лебедченко О.С., Абакумов Е.С. Новые представления о расчете необходимого времени эвакуации людей и об эффективности использования портативных фильтрующих самоспасателей при эвакуации на пожарах. Монография. - М.: Академия ГПС МЧС России, 2007. 222 с.