8. Уравнение энергии внутреннего пожара

На основе первого закона термодинамики выводится уравнение энергии пожара. Рассматриваемая термодинамическая система, т.е. газовая среда внутри контрольной поверхности, характеризуется тем, что она не совершает работы расширения. Кинетическая энергия видимого движения газовой среды в помещении пренебрежимо мала по сравнению с ее внутренней энергией. Потоки массы через некоторые участки контрольной поверхности (проемы) характеризуются тем, что в них удельная кинетическая энергия газа пренебрежимо мала по сравнению с удельной энтальпией.

С учетом всего сказанного получается следующее уравнение энергии пожара:

 (2.28)

Левая часть этого уравнения есть скорость изменения внутренней тепловой энергии газовой среды в помещении за единицу времени в рассматриваемый малый промежуток времени dτ, т.е.

 (2.29) 

В правой части уравнения (2.28) первый член представляет собой количество тепла, поступающего за единицу времени в газовую среду в результате горения (скорость тепловыделения). Второй член есть поток энергии в помещение, поступающий вместе с продуктами газификации (пиролиз, испарение) горючего материала. Здесь величина i_r - энтальпия этих продуктов. Третий член представляет собой сумму внутренней тепловой энергии поступающего за единицу времени воздуха и работы проталкивания, которую совершает внешняя атмосфера. Четвертый член есть сумма внутренней тепловой энергии, которую уносят за единицу времени уходящие газы, и работы выталкивания, которую совершает рассматриваемая термодинамическая система. Пятый член представляет собой тепловой поток, поглощаемый ограничивающими конструкциями и излучаемый через проемы.

9. Уравнение продуктов горения на внутреннем пожаре

Уравнение баланса токсичного продукта горения:

G_B - расход поступающего воздуха из окружающей атмосферы в помещение, который имеет место в рассматриваемый момент времени процесса развития пожара, кг∙с^-1;

G_Г - расход газов, покидающих помещение через проемы в рассматриваемый момент времени, кг∙с^-1;

ψ - скорость выгорания (скорость газификации) горючего материала в рассматриваемый момент времени, кг∙с^-1;

10. Критическая продолжительность пожара по условию достижения концентрации токсичных газов (продуктов горения) в помещении предельно допустимых значений

 

Расчет t_кр j производится в следующей последовательности. Сначала находится значение комплекса В

где Q - низшая теплота сгорания материала, охваченного племенем (при рассматриваемой схеме), MДж·кг^-1; V - свободный объем помещения, м³.

Затем рассчитывается параметр по формуле

 .

Далее определяется критическая продолжительность пожара для данной j-й схемы развития по каждому из опасных факторов:

а) повышенной температуре

 ,

где t₀ - начальная температура в помещении, °С;

б) потере видимости

 ,

где α - коэффициент отражения (альбедо) предметов на путях эвакуации; Е - начальная освещенность путей эвакуации, лк; D - дымообразующая способность горящего материала, Нп·м²·кг^-1;

в) пониженному содержанию кислорода

 ,

где L_О2 - расход кислорода на сгорание 1 кг горящего материала, кг·кг^-1

г) каждому из газообразных токсичных продуктов горения

 ,

где х - предельно допустимое содержание данного газа в атмосфере помещения, кг·м^-3 (х_СО2 = 0,11 кг·м^-3; х_СО = 1,16·10^-3 кг·м^-3; х_HCl = 23·10^-6 кг·м^-3 /3/.

Определяется критическая продолжительность пожара для данной расчетной схемы

 ,

где i = 1, 2, ... n - индекс токсичного продукта горения.

При отсутствии специальных требований значения α и Е принимаются равными соответственно 0,3 и 50 лк.

 

11. Дифференциальное уравнение, описывающее процесс изменения концентрации токсичных продуктов горения в помещении

Уравнение баланса токсичного продукта горения:

G_Г - расход газов, покидающих помещение через проемы в рассматриваемый момент времени, кг∙с^-1;

ψ - скорость выгорания (скорость газификации) горючего материала в рассматриваемый момент времени, кг∙с^-1;

значения G_Г, G_B в течение этого малого промежутка времени остаются практически неизменными.

12. Дифференциальное уравнение, описывающее процесс изменения критической плотности дыма в помещении

Уравнение баланса оптического количества дыма:

 

В этих уравнениях использованы следующие обозначения: ρ₁, - среднеобъемная парциальная плотность кислорода, кг·м^-3; ρ₂ - среднеобъемная парциальная плотность токсичного продукта горения, кг·м^-3; μ_м - объемная оптическая концентрация дыма, Нп·м^-1.

13. Дифференциальное уравнение, описывающее процесс изменения среднеобъемной температуры в помещении при пожаре в начальной стадии пожара

Начальные значения для этих функций задаются условиями, которые имеют место в помещении перед началом пожара, т.е.

 

 

14. Среднеобъемная температура газовой среды как ОФП

300 градусов по Цельсию.

15. Определение массы выгоревшего материала в зависимости от формы развития пожара и от вида пожарной нагрузки

Масса выгоревших веществ и материалов М_iопределяется по исходным данным, полученным при обследовании объекта пожара в результате пожарно-технической экспертизы; отчетной документации 01 ГПС МЧС России; Государственной системы статистического учета пожаров.

Если известно количество сгоревшего материала (или материалов) в результате пожара, то при определении М_iиспользуют фактические данные.

Если известны площадь пожара S, плотность горючего вещества p_iи глубина выгорания h, то количество сгоревшего вещества или материала М_i находят по формуле:

М_i=S∙ p_i∙h,

где: М_i - количество сгоревшего вещества или материала, т; S - площадь пожара, м²; p_i - плотность горючего вещества, кг/м³; h - глубина выгорания, м.

Если известны площадь пожара S, массовая скорость выгорания материала w_iи время пожара t, то количество сгоревшего вещества или материала находят по формуле:

М_i=S∙ w_i∙t,

где: М_i- количество сгоревшего вещества или материала, т; S - площадь пожара, кв. м;

w_i- массовая скорость выгорания материала, т ∙ м ∙ сек. ; t - время пожара (часы, минуты).

Значение времени пожара t определяется промежутком времени между временем ликвидации пожара t_л и временем обнаружения пожара t_о:

t = t_л - t_о.

Если известны площадь пожара S, пожарная нагрузка в здании, помещении P_i , то количество сгоревшего вещества или материала определяют по формуле:

M_i=B∙S∙P_i, (3)

где: M_i- количество сгоревшего вещества или материала, т; В - коэффициент полноты горения, безразмерный; S - площадь пожара, м²;

P_i- пожарная нагрузка, т/ м².

Если известны исходная масса вещества М_о и коэффициент полноты горения В, то количество сгоревшего вещества или материала определяют по формуле:

M_i = M_о ∙ B, (4) где: M_i - количество сгоревшего вещества или материала, т; В - коэффициент полноты горения, безразмерный; M_о - исходная масса вещества, т.

Коэффициент полноты горения В выбирается равным: 0,80 - для пожара на открытом пространстве; 0,87 - для пожара в помещении, здании.

Показатели выброса загрязняющих веществ (продуктов горения) допускается определять аналитико-статистическим методом на основе данных Государственного статистического учета пожаров (с использованием карточки учета пожара).

Выброс загрязняющих веществ (продуктов горения) при пожаре определяется на основе следующих данных:

• уничтоженная и поврежденная пожаром поэтажная площадь F_п;

• время обнаружения пожара t_о;

• время ликвидации пожара t_л.

Эффективную площадь поверхности выброса пожара F_эффопределяют по формуле: F_эфф= y ∙ F_п,

где: F_эфф - эффективная площадь поверхности выброса пожара, м²; y = 0,62 - коэффициент, учитывающий изменение площади пожар по времени, безразмерный; F_п - уничтоженная и поврежденная пожаром поэтажная площадь, м².

Расчет массы сгоревших веществ и материалов М_i производится по формуле:

M _i = F _эфф ∙ t ∙ w _i ,

где: M _i - масса сгоревших веществ и материалов, т; F_эфф - эффективная площадь поверхности выброса пожара, м²; t _-1- время пожара (часы, минуты); w _i - массовая скорость выгорания материала, т ∙ м² ∙ сек.

Значения массы выброса M ^в_j j-го загрязняющего вещества (продукта горения) определяют на основе определения массы сгоревших веществ и материалов M_i:

М^в_j =m_ij∙M_i,

где: М^в_j - значения массы выброса j-го загрязняющего вещества (продукта горения), кг;

m_ij- удельная масса j-го загрязняющего вещества (продукта горения), поступившего в атмосферный воздух при горении i-го горючего материала,

M_i^гор - масса сгоревших веществ и материалов, т.