Фактическая и требуемая интенсивности газообмена, коэффициент избытка воздуха на внутреннем пожаре.

Газообмен при пожарах в зданиях характеризуется коэффициентом избытка воздуха. Под коэффициентом избытка воздуха на внутреннем пожаре понимают отношение фактического массового расхода воздуха, поступающего к зоне горения, к теоретически необходимому секундному массовому расходу воздуха на процесс горения. Секундный массовый расход воздуха, теоретически необходимый для полного сгорания пожарной нагрузки при заданной площади пожара F_П и установившийся к данному моменту времени приведенной скорости выгорания n'_М\

рис. приведен график изменения коэффициента избытка воздуха, в объеме помещения по времени пожара.

Характер изменения коэффициента избытка воздуха объясняется тем, что газообмен осуществляется только внутри помещения под действием циркуляции тепловой струи (газообмен с окружающей средой отсутствует), который приводит к уменьшению содержания кислорода в объеме помещения.

По мере развития площади пожара температура повышается и под действием гравитационного напора осуществляется газообмен внутреннего объема помещения с окружающей средой. В некоторый момент времени (при постоянной площади приточных и вытяжных отверстий) процесс горения выходит на стационарный режим). Необходимо отметить, что при постоянной площади проемов на стадии развившегося пожара произведение v'_м F_п будет величиной относительно постоянной. Поскольку приведенная массовая скорость выгорания ( v'_м ) зависит от количества воздуха, поступающего в зону горения, то на установившемся режиме горения ( G₁ = G₂ ) площадь пожара (F_П); достигнув определенной величины, должна изменяться незначительно. Поэтому при определенном соотношении площади приточного отверстия к площади пожара F₁/F_П будет вполне определенная приведенная массовая скорость выгорания, зависящая от физико-химических свойств пожарной нагрузки и коэффициента поверхности К_п. Существенное влияние проемов на газообмен и развитие пожара происходит тогда, когда площадь пожара в 10 раз и более превышает приточную площадь проема, при F₁/F_П =0,1 процесс горения резко замедляется.

Экспериментальные и расчетные методы оценки параметров газообмена.

На рис. показано влияние газообмена на процесс горения внутри помещения

Испытаниями установлено, что на ранней стадии пожара при значительном удалении очага горения от окон помещения процесс горения поддерживается кислородом, содержащимся в воздухе помещения. При этом температура в помещении сначала повышается, а затем постепенно снижается. Это объясняется тем, что по мере расходования кислорода скорость выгорания уменьшается, уменьшается и тепловыделение. В дальнейшем процесс горения поддерживается за счет воздуха, поступающего через неплотности. После того как стекла в окнах разрушились, горение резко интенсифицируется и приводит к пожару во всем объеме помещения, а температура повышается до 1000°С.

Ориентировочные данные об изменении коэффициента избытка воздуха и скорости выгорания древесины на внутреннем пожаре в зависимости от отношения площади приточных проемов к площади пожара F₁/F_П при К_п=4 приведены на нижеследующем рисунке.

В экспериментах а определяют по процентному содержанию кислорода в продуктах горения:

График изменении коэффициента избытка воздуха на внутреннем пожаре от F₁/F_П:

1 - при F₁/F_П ≥1:24

2 - F₁/F_П = 1:18;

3 - F₁/F_П = 1:10;

4 - F₁/F_П =1:6;

5 - F₁/F_П = 1:4;

6 - F₁/F_П = 1:3

К оличественной характеристикой газообмена на внутреннем пожаре является интенсивность газообмена. Интенсивностью газообмена называется количество воздуха, протекающего к единице площади пожара в единицу времени. Интенсивность газообмена подразделяют на фактическую I^Ф_Г и требуемую I^тр :

подставив сюда значение G^Ф_В , получим:

подставляя значение v_В, получим:

Отсюда видно, что фактическая интенсивность газообмена зависит от конструктивно-планировочных решений данного здания, помещения, сооружения (F₁/F_П; h; μ ) и от параметров пожара.

Т ребуемая интенсивность газообмена определяется по формуле:

Подставив значение G^TP, получим:

Интенсивность газообмена определяет скорость выгорания пожарной нагрузки, полноту ее сгорания, интенсивность тепловыделения и теплообмена в зоне горения, скорость и направление распространения пожара, интенсивность дымообразования и скорость задымления помещения и др.

На рис. показано распределение газовых потоков в объеме помещения в зависимости от взаимного расположения приточных и вытяжных отверстий и очага пожара

Чем дальше расположен очаг пожара от приточного отверстия, тем дальше 'простреливает' помещение приточная струя. Часть тепловой конвективной струи, смешиваясь с приточным воздухом, уходит из помещения через фонарь, а остальная масса газа (смесь продуктов горения с воздухом) опускается вниз, смешивается с приточным воздухом и поступает к зоне горения.

Циркуляция газов в объеме помещения и положения застойных (мертвых) зон зависят от места расположения очага пожара и конструктивно-планировочных особенностей здания. Аэродинамику газовых потоков внутри помещения необходимо учитывать при разработке автоматических систем пожаротушения, а также при введении боевых действий.