Что понимается под температурой пожара
Температурный режим пожара
Температурный режим пожара – это распределение температуры на различных стадиях развития пожара (см. Фазы развития пожара). Пространство, в котором развивается пожар, условно подразделяется на зону горения, зону теплового воздействия и зону задымления.
Зоной горения является часть пространства, в которой существует очаг пожара и происходит его развитие. Температура зоны горения в условиях пожара в значительной мере зависит от вида горючего материала, его агрегатного состояния и условий тепло- и массообмена.
Зона теплового воздействия примыкает к границам зоны горения. В этой части пространства протекают процессы теплообмена между поверхностью пламени, окружающими ограждающими конструкциями и горючими материалами. Границы зоны проходят там, где тепловое воздействие приводит к заметному изменению состояния материалов, конструкций и создает невозможные условия для пребывания людей без тепловой защиты.
Под зоной задымления понимается часть пространства, примыкающего к зоне горения, где невозможно пребывание людей без СИЗОД и в котором затрудняются боевые действия подразделений пожарной охраны из-за недостатка видимости.
Среднеобъемная температура и температура поверхностей ограждающих конструкций, обращенных к очагу пожара (обогреваемых поверхностей), зависит от: вида, размещения и количества пожарной нагрузки в помещении; конструктивных и планировочных решений помещения; характеристики строительных конструкций и свойств материалов, из которых они выполнены; характеристики окружающей среды и целого ряда случайных факторов, сопровождающих пожар и влияющих на его развитие в помещении. В итоге искомое температурное распределение в вышеуказанных зонах развития пожара определяется с помощью математического моделирования. При испытаниях конструкций на огнестойкость в печах создается так называемый стандартный Т.р.п.
Источник: Пожарная тактика. Повзик Я.С., Клюс П.П., Матвейкин А.М. – М., 1990; Тепломассоперенос при пожаре. Алексашенко А.А., Кошмаров Ю.А., Молчадский И.С. – М., 1982; Пожар в помещении. Молчадский И.С. – М., 2005.
Пожар
Что такое пожар
Пожар – это неконтролируемое горение, причиняющее материальный ущерб, вред жизни и здоровью граждан, интересам общества и государства (см. так же, что такое лесной пожар).
Вместе с тем, пожар представляет собой сложный физико-химический процесс, включающий помимо горения явления массо- и теплообмена, развивающиеся во времени и пространстве.
Признаки пожара
Пожар может возникнуть в любом месте и в любое время, и чтобы его предотвратить вовремя, следует помнить основные признаки начинающего пожара:
В жилых домах пожар чаще всего начинается с появления незначительного пламени, которому предшествует более или менее продолжительный период нагревания или тления твердых горючих предметов. В газифицированных домах это может произойти при взрывообразной вспышке газа.
Наличие запаха перегревшегося вещества и появление легкого, сначала едва заметного, а затем все более сгущающегося и действующего на глаза дыма – это первые верные признаки пожара.
Электрические провода, постепенно нагреваясь при перегрузке, сначала «сигнализируют» об этом характерным запахом резины, а затем изоляция воспламеняется и горит или тлеет, поджигая расположенные рядом предметы.
Одновременно с запахом резины может погаснуть свет, или электрические лампы начнут гореть вполнакала, что иногда также является признаком назревающей опасности загорания изоляции электропроводов.
Когда в помещении, где начался пожар, имеется усиленная вентиляция (открыто окно, дверь на балкон), находящиеся в соседних комнатах люди иногда узнают о начавшемся пожаре не по дыму или запаху гари, а по потрескиванию горящего дерева, похожему на потрескивание горящих в печке сухих дров. Иногда слышен свистящий звук, могут быть видны отблески пламени.
О горении сажи в трубе иногда узнают по гудящему звуку, похожему на завывание ветра, и по смолистому запаху горящей сажи.
Если вы почувствовали запах дыма и гари, постарайтесь быстро установить, где находится очаг горения:
Поведение при возникновении возгорания или обнаружении пожара зависит от конкретной обстановки и условий распространения огня. Однако, в любом случае нельзя впадать в панику и терять самообладание. Следует как можно быстрее вызвать пожарную охрану, а самому постараться быстро оценить ситуацию и действовать, не подвергая свою жизнь опасности.
Стадии пожара
Начальная стадия. Время возникновения горения до полного охвата пламенем (горением) поверхности горючей нагрузки.
Время свободного развития. Временной промежуток от момента возникновения горения до начала подачи первых приборов тушения на его ликвидацию.
Развивающаяся стадия. Период от полного охвата пламенем поверхности пожарной нагрузки до достижения постоянной скорости выгорания материалов пожарной нагрузки.
Развитая стадия. Пожар достигает наибольшей возможной интенсивности, все параметры, характеризующие развитие пожара имеют максимальные и практически постоянные значения.
Затухающая стадия. Начинается с момента уменьшения скорости выгорания пожарной нагрузки и заканчивается моментом достижения исходного значения среднеобъемной температуры.
Характеристики пожара
Пожары характеризуется:
Каждая из этих характеристик может быть рассчитана по известным методикам, что позволяет прогнозировать развитие предполагаемого пожара и предусматривать необходимые мероприятия по минимизации ущерба. Особо крупные пожары по масштабу бедствия и материальному ущербу сравнимы со стихийными бедствиями (землетрясениями, извержениями вулканов, наводнениями и т.д.).
Фазы пожара
Параметры пожара
К основным параметрам развития пожара относят:
Скоростные параметры развития пожара:
Дополнительная информация по учебнику Пожарная Тактика
Зоны пожара
Пространство, в котором развивается пожар, можно условно разделить на три зоны:
1 – зона горения; 2 – зона теплового воздействия; 3 – зона задымления; 4 – горючее вещество.
Более подробно о зонах пожара читайте в материале по ссылке >>
Температура пожара
Температура пожара при горении различных веществ и материалов
Опасные факторы пожара
Сопутствующие проявления опасных факторов пожара:
Классификация пожаров
В целях детального изучения пожаров и разработки тактики борьбы с ними все пожары классифицируются по признакам, группам, классам и видам.
Распределение пожаров на группы и виды по сходствам или различиям называется классификацией.
Классификация – искусственная, если она объединяет пожары по внешним (случайным) признакам, и естественная, если она группирует пожары на основе их объективной внутренней связи и общих признаков развития. Естественная классификация пожаров считается научной, она позволяет предопределить закономерность тактики тушения различных видов пожара.
Пожары могут классифицироваться по различным признакам. Основное требование пожарной тактики к классификации пожаров состоит в том, чтобы те или иные группы, классы, виды и разновидности пожаров прежде всего предопределяли способы и приемы прекращения горения, применяемые огнетушащие вещества, направление и последовательность действий подразделений, распределения сил и средств и т.д.
Признаки, по которым классифицируют пожары, делятся на общие и частные.
Общая классификация пожаров
К общим относятся признаки, по которым классифицируются все пожары. Например, условия газообмена, физико-химические свойства горящих веществ и материалов, возможность распространения горения, продолжительность пожаров, расположение пожаров относительно поверхности земли и т.п.
К частным относятся признаки, по которым классифицируются пожары, относящиеся только к отдельному классу, группе, виду и т.п. Например, вид распространяющихся пожаров классифицируется по скорости распространения горения, по форме площади пожара, по виду теплообмена и т.п. класс пожаров горючих жидкостей классифицируется по состоянию, по форме факела и другим признакам.
Общим явлением для всех пожаров является газообмен, который определяет качественную и количественную стороны всех параметров пожаров во времени и пространстве. На пожарах в зданиях и сооружениях газообмен можно регулировать по времени и направлению, а также использовать для прекращения горения путем изоляции помещений, в которых происходит пожар. При пожарах на открытом пространстве газообмен не регулируется.
Классификация пожаров с точки зрения пожарной тактики
Группы
По условиям газо- и теплообмена с окружающей средой пожары разделены на 2 большие группы – на открытом пространстве и в ограждениях.
Пожары на открытом пространстве условно могут быть разделены на 3 вида: распространяющиеся, нераспространяющиеся (локальные), массовые.
Пожары в ограждениях различают 2 видов: открытые и закрытые.
В свою очередь открытые пожары подразделяются на 2 группы: пожары в помещениях высотой до 6 м и пожары в помещениях высотой более 6 м.
Закрытые пожары могут быть разделены на 3 группы:
Классы
Пожары по виду горючего материала и подразделяются на следующие классы:
Более детальная информация в материалах:
Признаки
Пожары классифицируют по различным признакам:
Протекание пожара и его последствия зависят:
Для борьбы с пожарами в постоянной готовности находятся дежурные подразделения пожарной охраны, а для предотвращения возникновения пожаров имеются специально обученные кадры инспекторов ФГПН, а также технические средства обнаружения пожаров и автоматические установки пожаротушения. В каждом конкретном случае существуют свои подходы, обобщенный опыт, изложенный в пожарной тактике, Уставах, целевых рекомендациях и наставлениях.
В целях минимизации последствий от пожаров предусматривается выполнение организационных и технических мероприятий, объединенных рамками задач профилактики пожаров. Сокращение количества пожаров в жилом секторе во многом зависит от правильной постановки работ в области противопожарной пропаганды, организации обучения мерам пожарной безопасности, и т.п.
Температурный режим при пожаре
Температурный режим при пожаре – распределение температуры на различных стадиях развития пожара (см. Стадии свободного развитая пожара). Пространство, в котором развивается пожар, условно подразделяется на 3 зоны: горения, теплового воздействия и задымления.
Зоной горения является часть пространства, в котором существует очаг пожара и происходит его развитие. Горение на пожаре может быть пламенным (в виде диффузионного факела) и беспламенным. При пламенном горении границами зоны горения являются поверхность горящего материала и тонкий светящийся слой пламени (зона реакции окисления – восстановления), при беспламенном горении – раскалённая поверхность горящего вещества. Примером беспламенного горения может служить горение кокса, древесного угля, тление (например, войлока, торфа, хлопка и т.д.).
Зона теплового воздействия примыкает к границам зоны горения. В этой части пространства протекают процессы теплообмена между поверхностью пламени, окружающими ограждающими конструкциями и горючими материалами. Границы зоны проходят там, где тепловое воздействие приводит к заметному изменению состояния материалов, конструкций и создаёт невозможные условия для пребывания людей без тепловой защиты.
Под зоной задымления понимается часть пространства, примыкающего к зоне горения, в котором невозможно пребывание людей без защиты органов дыхания и в котором затрудняются боевые действия подразделений пожарной охраны из-за недостатка видимости.
Среднеобъёмная температура и температура поверхностей ограждающих конструкций, обращённых к очагу пожара (обогреваемых поверхностей), зависит от: вида, размещения и количества пожарной нагрузки в помещении; конструктивных и планировочных решений помещения; характеристики строительных конструкций и свойств материалов, из которых они выполнены; характеристики окружающей среды и целого ряда случайных факторов, сопровождающих пожар и влияющих на его развитие в помещении. В конечном счёте, искомое температурное распределение в вышеуказанных зонах развития пожара определяется с помощью математического моделирования.
При испытаниях конструкций на огнестойкость в печах создаётся так называемый стандартный температурный режим пожара.
Литература: Повзик Я.С., Клюс П.П., Матвейкин А.М. Пожарная тактика. М., 1990;
Алексашенко А.А., Кошмаров Ю.А., Молчадский И.С. Тепломассоперенос при пожаре. М., 1982;
Молчадский И.С. Пожар в помещении. М., 2005.
Температурные пределы распространения пламени (ТПР) – температуры, при которых насыщенные пары веществ образуют в окислительной среде концентрации, равные нижнему (НТП) и верхнему (ВТП) концентрационным пределам распространения пламени соответственно. Значения ТПР используются при: расчётах пожаровзрывобезопасных температурных режимов работы технологического оборудования; разработке мероприятий по обеспечению пожаровзрывобезопасности объекта и др.Литература: ГОСТ 12.1.044-89. ССБТ. Пожаровзрывоопасность веществ и материалов. Номенклатура показателей и методы их определения.
Теория гражданской защиты – система научных идей, принципов, закономерностей, категорий (понятий) и положений об опасностях и угрозах природного и техногенного характера, а также опасностях, возникающих при ведении военных действий или вследствие этих действий, их формировании и воздействии на население и среду обитания, о проблемах предупреждения, уменьшения масштабов и ликвидации чрезвычайных ситуаций.
Общие закономерности развития внутренних пожаров
Понятие динамики пожаров
Под динамикой пожара понимается изменение основных параметров пожара во времени и пространстве. Поэтому необходимо изучить законы изменения параметров пожара во времени и пространстве. О характере пожара можно судить по совокупности большого числа его параметров: по площади пожара, по температуре пожара, скорости его распространения, интенсивности тепловыделения, интенсивности газообмена, скорости выгорания пожарной нагрузки, интенсивности задымления и плотности дыма и т.д. Обычно при исследовании сложных процессов и явлений выделяют первичные, определяющие параметры, и вторичные, т.е. производные от них. При исследовании пожаров это сделать почти невозможно.
Во-первых, потому что практически невозможно определить, что в этой сложной совокупности процессов и явлений следует считать первичным, а что вторичным, производным (тепловыделение определяет газообмен, или, наоборот, тепловыделение есть функция газообмена в зоне горения и т.д.).
Во-вторых, потому что многие параметры пожара становятся первичными или производными в зависимости от цели исследования, от позиции исследователя.
В-третьих, не всегда первичные, наиболее важные по своей физической сущности процессы, являются определяющими с точки зрения исследователя пожара.
Так, например, с точки зрения физической сущности процесса горения на пожаре интенсивность газообмена является одним из основных параметров. Но с точки зрения динамики пожара его можно почти не рассматривать. Можно рассматривать лишь его следствие – интенсификацию процесса горения, рост скорости распространения пожара и скорости выгорания пожарной нагрузки, а уже как следствие этот – скорость роста температуры пожара и т.д. Поэтому в качестве основных параметров, изменяемых во времени, для изучения динамики пожара примем: площадь пожара, температуру пожара и интенсивность задымления на пожаре.
Эти параметры пожара наиболее доступны измерению, анализу, расчету. Они служат исходными параметрами для определения вида применяемой техники и расчета сил и средств, прогнозирования автоматических систем пожаротушения и т.п.
Качественно анализ некоторых параметров пожара и их изменение во времени частично мы уже рассмотрели.
Проследим изменение параметров пожара во времени и в пространстве с момента загорания до выхода их на стационарный режим, в случае свободного развития пожара (без тушения).
Рассмотрим наиболее общий случай развития пожара в здании с горением равномерно распределенных по поверхности поле твердых горючих материалов, внутри помещения обычного типа* с начальной температурой среды 20°С.
Затем начинается этап развития пожара. Вступает в действие новый фактор – медленное повышение температуры среды в помещении ( 2 фаза пожара ).
Весь описанный выше процесс повторяется, но уже с большей интенсивностью: быстрее прогревается вглубь «горящий» слой древесины на большей площади, соответственно интенсивнее выделяются летучие фракции горючих материалов.
Быстрее растет объем зоны горения, еще интенсивнее конвективный тепловой газовый и лучистый потоки, увеличивается площадь пожара, в том числе и за счет увеличения скорости распространения пожара, круче растет температура в помещении. Этот второй этап длится примерно 5-10 мин.
Затем начинается этап развития пожара. Вступает в действие новый фактор – медленное повышение температуры среды в помещении (I фаза пожара). Весь описанный выше процесс повторяется, но уже с большей интенсивностью: быстрее прогревается вглубь «горящий» слой древесины на большей площади, соответственно интенсивнее выделяются летучие фракции горючих материалов. Быстрее растет объем зоны горения, еще интенсивнее конвективный тепловой газовый и лучистый потоки, увеличивается площадь пожара, в том числе и за счет увеличения скорости распространения пожара, круче растет температура в помещении. Этот второй этап длится примерно 5-10 мин.
Начинается III этап пожара – бурный процесс нарастания всех рассмотренных выше параметров. Температура в помещении поднимается до 250 – 300°С.
Начинается так называемая стадия объемного развития пожара, когда пламя заполняет практически весь объем помещения, а процесс распространения пламени происходит уже не по поверхности твердых горючих материалов, а дистанционно, через разрывы пожарной нагрузки, под действием конвективных и лучистых потоков тепла воспламеняются отдельно отстоящие от зоны горения предметы и горючие материалы.
Параметры пожара стабилизируются. Эта V фаза наступает обычно на 20 – 25 мин и длится в зависимости от величины и характера пожарной нагрузки еще 20 – 30 мин и более.
Толщина обугленного слоя на поверхности горючего материала, составляющая 5 – 10 мм, препятствует дальнейшему проникновению тепла вглубь и выходу летучих фракций из горючего материала. Кроме того, наиболее летучие фракции под действием высокой средней температуры в помещении уже выделились. Интенсивность их поступления в зону горения снижается. Верхний слой угля начинает гореть беспламенным горением по механизму гетерогенного окисления, поглощая значительную часть кислорода воздуха, поступающего в зону горения. В помещении накопилось большое количество продуктов горения.
Среднеобъемная концентрация кислорода в помещении снизилась до 16 – 17%, а концентрация продуктов горения, препятствующих интенсивному горению, возросла до предельного значения. Интенсивность лучистого переноса тепла к горючему материалу уменьшилась и из-за снижения температуры в зоне горения, и из-за повышения оптической плотности среды. Из-за большого задымления она стала менее прозрачной даже для теплового излучения.
Интенсивность горения медленно снижается, что влечет за собой понижение всех остальных параметров пожара (вплоть до площади горения). Площадь пожара не сокращается, она может расти или стабилизироваться, а площадь горения сокращается. Наступает VII стадия пожара – догорание в виде медленного тления, после чего через некоторое, иногда весьма продолжительное время, пожар догорает и прекращается.
В настоящее время большинство объектов оборудуются автоматическими системами пожарной сигнализации и тушения пожара. Автоматические системы пожарной сигнализации должны сработать на 1 стадии развития пожара. Автоматические системы тушения пожара должны включаться на I или II фазе его развития. В этой фазе пожар еще не достиг максимальной интенсивности развития. Тушение пожара передвижными средствами начинается, как правило, через 10-15 мин после извещения о пожаре, т.е. через 15-20 мин после его возникновения (3-5 мин до срабатывания системы сигнализации о пожаре; 5—10 мин – следование на пожар; 3-5 мин разведка и боевое развертывание). То есть тактические действия, как правило, начинаются на III—IV фазе, а иногда и на V фазе его развития, когда параметры пожара достигли наибольшей интенсивности своего развития или максимального значения.
Рассмотрим количественно некоторые основные параметры пожара, определяющие динамику его развития
Определим интенсивность тепловыделения на пожаре как одного из основных параметров процесса горения:
В это выражение входят две переменные величины nМ и Fп, зависящие от времени развития пожара, температуры пожара, интенсивности газообмена и других параметров. Приведенную массовую скорость выгорания определим по формуле
где а, b – эмпирические коэффициенты;
v‘М0 – приведенная массовая скорость выгорания пожарной нагрузки для данного вида горючего материала;
Тп – среднее значение температуры пожара;
Iг – интенсивность газообмена.
Скорость выгорания полимерных горючих материалов можно определить по формуле:
как функцию концентрации кислорода в воздухе или по формуле
как функцию температуры самого ТГМ;
где А и В – константы;
Тv – температура, при которой скорость горения резко возрастает, °С;
Зависимость площади пожара от основных параметров его развития примет вид:
где k и n- коэффициенты, зависящие от геометрической формы площади пожара;
vр – соответственно линейная скорость распространения пожара ;
R – время его свободного развития.
Определим скорость роста площади пожара во времени F П =f(г). Сначала найдем численные значения постоянных величин, входящих в формулу для FП, а затем определим выражения для переменных, зависящих от времени.
Например, для пожара круговой формы при равномерном распределении пожарной нагрузки на площади пола помещения и отсутствии интенсивно направленных потоков воздуха, влияющих на величину и направление распространения пожара, к = π, n = 2.
где а1 и b1 – эмпирические коэффициенты, устанавливающие зависимость линейной скорости распространения пожара от средней температуры и интенсивности газообмена, численное значение которых определяется опытным путем для каждого конкретного вида горючего;
v – линейная скорость распространения горения для данного вида горючего.
Качественно характер зависимостей np =f(IГ), выраженный через скорость воздушного потока над поверхностью горения, и np = f(tГМ), полученные экспериментально для некоторых видов ГГМ, показаны на рис.
В уравнения входят такие параметры, как средняя температура пожара Тп и интенсивность газообмена IГ. По мере развития пожара эти параметры будут расти, увеличивая линейную скорость распространения горения и приведенную массовую скорость выгорания.
Тепловой режим пожара
Выделяющееся при горении тепло является основной причиной развития пожара и возникновения многих сопровождающих его явлений. Это тепло вызывает нагрев окружающих зону горения горючих и негорючих материалов. При этом горючие материалы подготавливаются к горению и затем воспламеняются, а негорючие разлагаются, плавятся, строительные конструкции деформируются и теряют прочность.
Тепловыделение на пожаре сопровождается также движением газовых потоков и задымлением определенного объема пространства около зоны горения.
Возникновение и скорость протекания тепловых процессов зависит от интенсивности тепловыделения в зоне горения, т.е. от теплоты пожара. Количественной характеристикой изменения тепловыделения на пожаре в зависимости от различных условий горения служит температурный режим. Под температурным режимом пожара понимают изменение температуры во времени.
Определение температуры пожара как экспериментально, так и расчетом чрезвычайно сложно. Для инженерных расчетов, при решении ряда практических задач температуру пожара определяют из уравнения теплового баланса. Баланс тепла на пожаре составляется не только для определения температуры пожара, но и для выявления количественного распределения тепловой энергии.
В общем случае тепловой баланс пожара для данного момента времени может быть представлен следующим образом:
где (Qп – тепло, выделяющееся на пожаре, кДж;
Qпг- тепло, содержащееся в продуктах горения, кДж;
Qк – тепло передаваемое из зоны горения конвекцией воздуху, омывающему зону, но не участвующему в горении, кДж,
Qл – тепло, передаваемое из зоны горения излучением,
При внутреннем пожаре на температуру влияет больше факторов:
Рассмотрим подробнее влияние перечисленных факторов
Всю продолжительность пожара можно разделить на три характерных периода по изменению температуры.
Начальный период, соответствующий периоду роста пожара, характеризуется сравнительно невысокой среднеобъемной температурой.
Заключительный период характеризуется убыванием температуры вследствие выгорания пожарной нагрузки. Поскольку скорость роста и абсолютное значение температуры пожара в каждом конкретном случае имеют свои характерные значения и особенности, введено понятие стандартной температурной кривой (рис.), обобщающей наиболее характерные особенности изменения температуры внутренних пожаров. Стандартная температурная кривая описывается уравнением:
Изменение температуры внутреннего пожара в зависимости от вида горючего материала и величины пожарной нагрузки ( Fпг/Fпола = 0,16):
1 – резина, 100 кг/м2;
5 – древесина, 50 кг/м2;
6 – фенопласты, 50 кг/м2;
Из графика видно, что с увеличением пожарной нагрузки время достижения максимальной температуры возрастает.
Температура пожара является функцией его остальных параметров и, в частности, интенсивности газообмена. Интенсивность газообмена внутреннего пожара определяется, с одной стороны, конструктивными особенностями здания: высотой проемы (Нпр) или площадью оконных проемов ( Fпр ) и их расположением площадью пола помещения (Fполa ), высотой помещения (Нп), с другой стороны – размерами самого пожаpa, в частности, его площадью ( Fп ). Соотношение между ними и площадью пожара (Fп / Fполa ; Fпр / Fп ; Fпр / Fполa ) определяют скорость роста и абсолютное значение массовой скорости выгорания, полноту горения и, следовательно, температуру пожара. Массовая скорость выгорания горючих материалов в условиях внутреннего пожара повышается с увеличением интенсивности газообмена, а затем некоторое время остается постоянной.
Однако зависимость абсолютного значения температуры от интенсивности газообмена имеет другой вид. Это обусловлено следующими обстоятельствами. Воздух, поступающий при газообмене в помещение, разделяется как бы на две части. Одна часть воздуха активно поддерживает и интенсифицирует процесс горения, другая часть вовлекается в движение внутренними конвективными потоками и в зону горения не поступает. Последняя будет разбавлять продукты горения в объеме помещения и тем самым снижать их температуру. Количество воздуха, не участвующего в процессе горения, учитывается коэффициентом избытка воздуха для объема данного помещения.
Зависимость температуры пожара от газообмена параметров проема, определяющих
Из графика видно, что приток воздуха в помещение, где происходит пожар, увеличивает температуру его при неизменной площади пола и величине пожарной нагрузки. При условиях газообмена, близких к открытым пожарам, когда массовая скорость выгорания не зависит от размеров проемов, температура пожара достигает максимума и почти такая же, как при открытом пожаре.
Изменение температуры внутреннего пожара в зависимости от Fl/FП и FП/Fпола :
6 – стандартная кривая
Влияние отношений Fl/FП и FП/Fпола нa температуру пожара показано на рис. Из графика видно, что увеличение отношения Fl/FП ведет к увеличению скорости роста температуры и ее максимума, а уменьшение этого отношения резко увеличивает продолжительность пожара.
Кроме того, кривые 1, 2, 3, 4, 5 отражают изменение температуры пожара при отношении FП/Fпола=1, а кривая 6 – при отношении FП/Fпола = 0,25, что свидетельствует о значительном влиянии величины отношения FП/Fпола на температурный режим пожара.
Кривые 4 и 6 получены при пожарной нагрузке 150 кг/м2, а кривая 3 – при значительно большей нагрузке.
Зависимость температуры внутреннего пожара от высоты помещения : 1 – Нп=3,2 м, 2 – Нп=6,4 м.
Существенное влияние на температурный режим пожара оказывает высота помещения.
На рис. приведен график изменения температуры пожара в помещениях различной высоты, из которого следует, что в высоких помещениях скорость роста температуры выше, а максимальное значение температуры меньше, чем в помещениях малой высоты. Это объясняется тем, что во втором случае коэффициент избытка воздуха выше, чем в первом, и потери тепла из зоны горения больше.
Из приведенных данных следует, что по интенсивности газообмена, определяющей скорость роста и максимальное значение температуры пожаров, все помещения можно разделить на две группы.
Помещения, у которых отношение F l / F пола > 1/12 относятся к помещениям с высокотемпературным режимом пожаров, т.е. в этих помещениях процесс горения развивается так же, как в условиях открытого пожара или близких к ним.
Из рис. следует, что различие температур пожара в помещениях с низкотемпературным и высокотемпературным режимами в среднем составляет 200-250°С.
При этом необходимо иметь в виду, что такая же картина может сохраниться, когда горючие материалы с высокой теплотворной способностью горят и помещениях с низкотемпературным режимом, а горючие материалы с низкой теплотворной способностью горят в помещениях с высокотемпературным режимом.
Внутренний пожар – это более сложный случай процесса горения по сравнению с открытым пожаром, так как объем, где происходит горение, ограничен и не все тепло теряется безвозвратно. Поэтому для удобства анализа тепловой баланс внутреннего пожара записывают в несколько иной форме по сравнению с уравнением
Без учета начального теплосодержания горючих материалов и воздуха, на данный момент времени он может быть представлен следующим уравнением:
Все величины, входящие в это уравнение, переменны во времени. Они зависят от вида горючего материала, его количества, площади пожара и многих других параметров.
изменяется в пределах 10-80% всего выделяющегося тепла и зависит от условий газообмена и продолжительности горения. Как показывает практика, Q изл составляет 3-4%.
Величины Q’ПГ и Qизл не приводят к повышению температуры в зоне пожара, так как в обоих случаях тепло уходит за пределы помещения.
Qг.м – тепло, идущее на нагрев горючего материала как горящего, так и подготавливаемого к горению, оно способствует интенсификации и распространению пожара. Количественно эта величина в общем балансе тепла мала (не превышает 3% от Qп ), но качественно этот тепловой поток – один из самых опасных. Так, сведение Qг.м к нулю практически приводит к локализации и тушению пожара.
Qкон – также очень опасный тепловой поток, так как повышение температуры несущих элементов конструкции приводит к резкому снижению их механической прочности, потере устойчивости и обрушению.
Q”ПГ – это тепло, которое, выделившись в зоне горения, распределяется по всему помещению и определяет температуру пожара.
Тепло на пожаре выделяется непосредственно в зоне горения и распространяется из нее конвекцией, лучеиспусканием и теплопроводностью.
Тепло, передаваемое теплопроводностью, сравнительно невелико и, как правило, в расчетах не учитывается.
Тепло, передаваемое из зоны горения конвекцией при горении жидких горючих в условиях внутреннего пожара, составляет 55-60%, а при горении твердых горючих материалов, например, штабелей древесины, 60-70% от общего количества тепла, выделяющегося на пожаре. Остальные 30-40% тепла передаются из зоны горения излучением. Соотношение этих величин зависит не только от вида горючего, но и от стадии развития пожара, температуры окружающих предметов, оптической плотности среды, условий газообмена. Поскольку конвективные потоки направлены из зоны горения преимущественно вверх, то суммарные тепловые потоки по различным направлениям будут неравноценны. Знание величины и направления суммарных тепловых потоков позволит определить не только соответствующие зоны пожара, но и доминирующее направление и интенсивность распространения пожара.
Из уравнения теплового баланса получим выражение для приближенного расчета температуры пожара, исходя из следующих соображений: температура пожара обусловлена разностью.
величину тепловых потерь
для различных видов пожаров на разных стадиях их развития выразим как долю тепловых потерь от Qп, т.е.
Тогда уравнение теплового баланса примет вид:
Тепло, расходуемое на нагрев продуктов горения и воздуха, находящегося в помещении, можно определить из уравнения:
Если задаться значением Ср – среднеобъемной удельной теплоемкостью смеси газов, то можно определить температуру методом последовательных приближений. Кроме того, расчетные значения температуры являются средними по площади и по сечению помещения, что соответствует равномерному полю температур по всему объему.
Однако на пожарах распределение температуры неравномерно по объему и нестационарно во времени.
Максимальная температура пожара, которая обычно выше среднеобъемной, бывает в зоне горения. По мере удаления от нее температура газов снижается за счет разбавления продуктов горения воздухом и потерь тепла в окружающее пространство.
На рис. показано температурное поле пожара в помещении объемом 100 м3 на 15-й минуте горения бензина на площади 2 м2. Наивысшая температура в зоне горения 900°С, в самой удаленной точке 200°С.
Большое влияние на распределение температуры оказывает интенсивность газообмена и направленность конвективных газовых потоков.
Например, в помещениях с большой интенсивностью газообмена и высокотемпературным режимом, несмотря на интенсивное тепловыделение и высокую температуру в верхней части помещения, в нижней его части возможно пребывание людей благодаря интенсивному притоку холодного воздуха и интенсивному оттоку горячих продуктов горения.
Причем неравномерность параметров газовой среды по вертикали проявляется тем резче, чем больше высота помещения. Очевидно, что и средняя температура такого пожара может быть сравнительно невелика.
В помещениях с малой интенсивностью газообмена и низкотемпературным режимом горение происходит с большим недостатком воздуха.
Однако температура в помещении при таком горении почти одинакова по объему и может быть очень высокой за счет слабого оттока продуктов горения.
Эти обстоятельства необходимо учитывать при тушении пожара для обеспечения безопасной и эффективной работы личного состава.
Очевидно, что при наличии расчетных методов, учитывающих неравномерность распределения температуры в объеме помещения, эта задача существенно облегчалась бы.
Существует методика, позволяющая рассчитать изменение среднеобъемной и локальной температуры пожара во времени в условиях внутреннего пожара.
Хотя она не в полной мере отражает те явления, которые происходят на реальных пожарах, но тем не менее представляет определенный прогресс в исследовании теплового режима внутренних пожаров.
Основное упрощение, позволившее составить критериальное уравнение теплового баланса внутреннего пожара и решить его, заключается в том, что нестационарный процесс тепловыделения и теплообмена, происходящий на реальном пожаре, представлен как квазистационарный (предполагается, что в небольшие промежутки времени площадь пожара, массовая скорость выгорания и условия газообмена остаются постоянными). Тогда уравнение теплового баланса внутреннего пожара
в развернутом виде запишется так:
Анализируя это уравнение с учетом принятых допущений после обработки методом размерностей его можно представить в критериальной форме:
где – безразмерная температура среды в любой момент времени в точке с координатами х и у;
– критерий Больцмана, характеризующий долю тепла, которую отдают продукты горения ограждающим поверхностям в лучистом теплообмене;
– критерий Нуссельта, характеризующий соотношение между теплом, передаваемым конвекцией, и теплопроводностью в идентичных условиях; r/r0 – безразмерное время; х/х0 – безразмерная координата; y/y0 – безразмерная координата.
Анализ величин, входящих в критерий Во и Nu, показывает, что в условиях пожара среднеобъемная температура может быть представлена функцией Tср =t(q; a; r), где – плотность теплового потока, воспринимаемого поверхностями ограждающих конструкций, Вт/м2;