Теоретическое обоснование

РАСЧЕТ ТЕПЛОВЫХ ПОТОКОВ В ОГРАЖДАЮЩИЕ

КОНСТРУКЦИИ ПРИ ПОЖАРЕ В ПОМЕЩЕНИИ

Методические указания к практической работе

по курсу

«Прогноизрование опасных факторов пожара»

для студентов специальности

«Пожарная безопасность»

Составитель:к.т.н. доцент

И.И. Игайкина

Саранск 2013

РАСЧЕТ ТЕПЛОВЫХ ПОТОКОВ В ОГРАЖДАЮЩИЕ КОНСТРУКЦИИ ПРИ ПОЖАРЕ В ПОМЕЩЕНИИ

Цель работы: получить количественную оценку параметров, характеризующих процесс нагрева ограждающих конструкций и рассчитать тепловой поток в ограждения.

Задачи: 1. Ознакомиться с методическими указаниями по расчету тепловых потоков в ограждающие конструкции при пожаре в помещении;

2. Рассчитать тепловой поток воздуха в ограждающие конструкции при пожаре в помещении согласно варианта указанного преподвателем.

3. Подготовить отчет.

Теоретическое обоснование

В настоящее время разработка экономически оптимальных и эффективных противопожарных мероприятий невозможна без научно обоснованного прогноза динамики опасных факторов пожара (ОПФ).

Прогнозирование опасных факторов пожара необходимо:

– при разработке рекомендаций по обеспечению безопасной эвакуации людей при пожаре;

– при создании и совершенствовании систем сигнализаии и автоматических систем пожаротушения;

– при разработке оперативных планов тушения (планировании действий боевых пожарных поддразделений на пожаре);

– при оценке фактических пределов огнестойкости и т.д.

При рассмотрении воздействия ОПФ на элементы конструкций и оборудование используются критические значения параметров, характеризующих термическое воздействие пожара на них. Например, при оценке воздействия пожара на железнобетонные конструкции применяется понятие критического значения температуры арматуры этих конструкций. Обычно считается, что при нагревании арматуры до температуры, равной 400 – 450 °С, происходит разрушение железобетонной конструкции. При оценке воздействия пожара на остекление предполагается, что при температуре газовой среды в помещении, равной 300 – 350 °С, будет происходить разрушение остекления.

Ограждающие конструкции поглощают лишь часть той тепловой энергии, которая выделяется внутри помещения в результате горения горючих материалов. Исходя из этого очевидного факта, можно написать следующую формулу для суммарного теплового потока в ограждения:

Q_w = φ·Q_пож, (1)

где Q_w – суммарный тепловой поток в ограждения (стены, потолок, пол), Вт;

φ – коэффициент, представляющий собой долю поглощенного тепла от выделившегося (коэффициент теплопоглощения). Согласно ГОСТ 12.1.004-91 этот коэффициент еще называют коэффициентом теплопотерь;

Q_пож – выделяющаяся в пламенной зоне в единицу времени тепловая энергия (скорость тепловыделения), Вт;

, (2)

где η – коэффициент полноты сгорания (η ≤1);

ψ – скорость выгорания, кг/с;

– теплота сгорания, Дж/кг. Значения теплоты сгорания зависят от природы горючего материала (например, для дерева =13,8 10⁶ Дж/кг; для бензина = 41,8 10⁶ Дж/кгбензина).

Коэффициент полноты горения h определяется по формуле:

, (3)

где h_a – коэффициент полноты горения в режиме пожара, регулируемом горючей нагрузкой, определяемый формулой:

. (4)

Коэффициент Kрассчитывается по формуле:

, (5)

где ;

X_ox,a – начальная концентрация кислорода в помещении очага пожара. Допускается принимать равной 0,23;

X_ox,m – текущая концентрация кислорода в помещении очага пожара;

G_В – массовый расход воздуха, кг/с.

Скорость выгорания – количество горючего вещества (материала), сгорающего в единицу времени с единицы площади. Скорость выгорания характеризует интенсивность горения вещества (материала).

Для расчета скорости выгорания прежде всего необходимо:

выбрать место нахождения первоначального очага пожара;

задаться расчетной областью (выбрать систему помещений, определить учитываемые при расчете элементы внутренней структуры помещений, состояние проемов);

задать параметры окружающей среды и начальные значения параметров внутри помещений.

Выбор места нахождения очага пожара производится экспертным путем. При этом учитывается количество горючей нагрузки, ее свойства и расположение, вероятность возникновения пожара, возможная динамика его развития, расположение эвакуационных путей и выходов.

Наиболее часто при расчетах рассматриваются три основных вида развития пожара: круговое распространение пожара по твердой горючей нагрузке, линейное распространение пожара по твердой горючей нагрузке, неустановившееся горение горючей жидкости.

Скорость выгорания для этих случаев определяется формулами:

(6)

где y_уд – удельная скорость выгорания (для жидкостей – установившаяся), кг/(с×м²);

v – скорость распространения пламени, м/с;

b – ширина полосы горючей нагрузки, м;

t_ст – время стабилизации горения горючей жидкости, с;

t – время пожара, с;

F – площадь очага пожара, м².

Суммарный тепловой поток в ограждения (стены, потолок, пол), Q_w (Вт) в общем виде определяется по формуле:

Q_w = Q_ст + Q_пот + Q_пол,(7)

где Q_ст – суммарный тепловой поток в стены, Вт;

Q_пот – суммарный тепловой поток в потолок, Вт;

Q_пол – суммарный тепловой поток в пол, Вт.

Исследования пожаров показали, что доля поглощенного тепла, т.е. коэффициент φ, не является «универсальной» константой. Значение этого коэффициента зависит от большого числа параметров (размеров помещения, количества горючего материала, свойств ограждений и др.), и, кроме того, изменяется во времени по мере развития пожара, т.е. этот коэффициент является функцией времени t. Для того чтобы установить вид этой функции, необходимо знать зависимости от времени развития пожара теплового потока Q_w и скорости тепловыделения Q_пож.

Экспериментальные исследования разных пожаров и их различных стадий развития показали, что доля поглощенного конструкциями тепла от выделяемого может составлять от 0,2 до 0,75. При приближенных оценках опасных факторов пожара в некоторых случаях используют допущения о постоянстве величины φ.

Методы расчета тепловых потоков в отражающие конструкции основываются на результатах экспериментальных исследований. Эти методы можно разделить на две группы – эмпирические и полуэмпирические.

Дата добавления: 2015-07-11