Что понимают под коэффициентом избытка воздуха на внутреннем пожаре

Подробный разбор задачи

Определение и анализ параметров газообмена на внутреннем пожаре.

Основными параметрами газообмена на внутреннем пожаре являются интенсивность газообмена и коэффициент избытка воздуха. Первый параметр характеризует скорость поступления воздуха в помещение в расчёте на один кв. метр площади пожара. Скорость поступления равна отношению расхода воздуха, проходящего через проёмы к площади пожара. Второй параметр определяет количество воздуха, поступающего в помещение по отношению к требуемому для сгорания горючего вещества и среднеобъёмную концентрацию кислорода в помещении в данный момент времени.

Как показывают эксперименты, коэффициент избытка воздуха снижается до некоторого минимального значения, затем остаётся постоянным и при снижении скорости, вследствие выгорания материала, возрастает.

Также изменяется и среднеобъёмная концентрация кислорода в помещении. Если в ходе уменьшения a она понизится до некоторого значения φ пр ₀₂,предельного для данного горючего, пламенное горение постепенно прекратится.

Если среднеобъёмная температура была ниже температуры воспламенения горючих веществ, находящихся в помещении (для твёрдых горючих веществ300 0 С), возможно самозатухание пожара.

Алгоритм решения задач.

h₀ = Н/ 1+ 3 √ρ_в/ρ_г плотность газов определить по графику(см. приложение)

плотность воздуха- 1,2 кг/м 3

5. Определить φ ср 0₂

6. Сделать выводы о возможном развитии пожара, используя, понятия концентрация кислорода, среднеобъёмная температура и вскрытие дополнительных проёмов.

Подробный разбор задачи

Основными параметрами газообмена на внутреннем пожаре являются интенсивность газообмена Jrи коэффициент избытка воздухаα. Интенсивность газообмена – это скорость поступления воздуха в помещение в расчете на 1м 2 площади пожара.

Интенсивность газообмена равна отношению расхода воздуха проходящего через проемы к площади пожара.

1.Величина h 0 при газообмене через один проем или несколько проемов, расположенных на одинаковом расстоянии от пола, рассчитываем по формуле:

где Н – высота проема

м

2.Найдем теоретический объем воздуха необходимого для сгорания вещества

Коэффициент избытка воздуха определяет количество воздуха, поступающего в помещение по отношению к требуемому для сгорания единицы горючего вещества.

Во время свободного развития пожара коэффициент избытка воздуха изменяется с течением времени. Сначала, когда массовая скорость выгорания мала и расход воздуха не велик, открытые проемы практически не лимитируют приток воздуха в помещение.

Коэффициент α в этом случае может составлять 40 и более единиц. По мере увеличения массовой скорости требуемый расход возрастает, а пропуская способность проемов, уменьшается вследствие снижения высоты плоскости равных давлений.

Произведём расчёт параметров газообмена на два момента времени: 5 минуту и 20 минуту. На 5 минуте от начала пожара:

3.Найдем коэффициент избытка воздуха по формуле:

4.Концентрацию кислорода в выходящих газах определим из выражения:

Преобразую это выражение, и получаем формулу:

Если > ,пожар будет продолжаться до полного прекращения горения в результате тушения или выгорания пожарной нагрузки.

Таким образом, на 5 минуте развития пожара:

1.Концентрация кислорода в помещении не находится на уровне предельном для горения, а значительно выше его. Следовательно, проёмы еще не лимитируют поступление воздуха и пламенное горение продолжается.

2.Поскольку и среднеобъёмная температура значительно выше 300 0С, то самозатухание пожара маловероятно.

3. При вскрытии ещё одного или нескольких проемов опасности объёмной вспышки нет.

Произведём расчёт параметров газообмена на два момента времени: 5 минуту и 20 минуту. На 20 минуте от начала пожара:

3.Найдем коэффициент избытка воздуха по формуле:

4.Концентрацию кислорода в выходящих газах определим из выражения:

Преобразую это выражение, и получаем формулу:

Если > ,пожар будет продолжаться до полного прекращения горения в результате тушения или выгорания пожарной нагрузки.

5.Экспериментально установлено, что средняя концентрация кислорода связанная с концентрацией кислорода в выходящих газов .

Таким образом, на 20 минуте развития пожара:

1.На данный момент концентрация кислорода в помещении находится ниже уровня, предельного горения. Следовательно, пламенное горение прекратилось из-за недостатка воздуха и происходит беспламенное горение.

2.Поскольку среднеобъемная температура выше 300 0С, самозатухание пожара маловероятно.

3.При вскрытии еще одного или нескольких проемов существует опасность объемной вспышки.

ЗАДАЧА ДЛЯ САМОСТОЯТЕЛЬНОГО РЕШЕНИЯ

Рассчитать параметры газообмена и сделать выводы о возможном развитии пожара.

Источник

Газообмен на внутреннем пожаре

Рис. 2. 11. Схема газовых потоков в помещении при пожаре:

Как известно, над всяким источником тепла формируется тепловая струя. Воздух (газ), нагретый в зоне горения до высокой температуры, уносится вверх, а взамен его к очагу пожара подтекают новые порции более холодного воздуха.

В начальной стадии развития пожара горение происходит за счет воздуха, находящегося в объеме помещений, газообмен с окружающей (внешней) атмосферой отсутствует. Нагретые в зоне горения до высокой температуры продукты горения поднимаются вверх, вовлекая по пути движения примыкающие к ним массы холодного воздуха. В результате обмена энергией тепловой струи (продуктов горения) с холодным воздухом ее скорость и температура по мере удаления от источника пожара уменьшаются и охлажденный воздух (а точнее, смесь воздуха с продуктами горения) вновь возвращаются к очагу горения. На ранней стадии, когда площадь пожара невелика, тепловая струя затухает, не достигнув верхнего перекрытия помещении (см. рис. 2.11.)

Зона горения является мощным побудителем движения воздушных масс в объеме помещения. При увеличении площади пожара мощность тепловой струи увеличивается, горячие газы с холодным воздухом частично растекаются под перекрытием, частично удаляются через проемы, а охлажденный воздух за счет потерь теплоты опускается вдоль стен вниз, попадает в зону химических реакций и, нагретый вновь, поднимается вверх. В помещении создается непрерывная циркуляция газовых потоков, температура в объеме помещения постепенно возрастает. В результате перепада температур между окружающим воздухом и горячими газами в объеме помещения (из-за разности плотностей между горячим газом и холодным воздухом ) возникает газообмен. Кроме того, поскольку объем нагретых газов больше того же объема холодных, а давление в помещении остается постоянным ( ), то часть газов будет вытесняться за счет термического расширения.

То есть масса газов ( ) в помещении будет постепенно уменьшаться по мере роста температуры. Взамен ушедшего из помещения газа поступает свежий воздух из окружающей атмосферы. Причиной газообмена является разность давлений столбов наружного и внутреннего воздуха, которая равна:

(2.3.)

где Δр- гравитационное давление (напор).

Основные закономерности газообмена на пожаре рассмотрим на примере помещения, показанного на рис.2.12. Поскольку пожар является нестационарным физико-химическим процессом, сделаем следующие основные допущения:

1. Температура газов в помещении выше, чем температура окружающего воздуха, и с течением времени температура в помещении не изменяется.

2. Ветровые нагрузки на здание отсутствуют.

3. Площади проемов 1 и 2 с течением времени не изменяются.

4. Масса втекающих в объем помещения газов равна массе удаляемых газов.

Рис. 2. 12. Схема распределения статического давления

в помещении при пожаре.

Когда газообмен осуществляется через один дверной или оконный проем или через несколько проемов, расположенных на одном уровне, то в этом случае через верхнюю часть проема удаляются продукты горения, а нижняя часть работает на приток свежего воздуха.

В условиях внутреннего пожара приток воздуха в зону горения и отток продуктов горения из помещения определяется геометрическими параметрами здания, такими, как высота помещения, соотношение площадей отверстий, соединяющих внутренний объем с окружающей атмосферой, их взаимным расположением и т.д.

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.

На рис.2.13. приведен график изменения коэффициента избытка воздуха а в объеме помещения по времени пожара.

Существенное влияние проемов на газообмен и развитие пожара происходит тогда, когда площадь пожара в 10 раз и более превышает приточную площадь проема, при =0,1 процесс горения резко замедляется.

Дата добавления: 2016-07-18 ; просмотров: 3780 ; ЗАКАЗАТЬ НАПИСАНИЕ РАБОТЫ

Источник

ГАЗООБМЕН НА ВНУТРЕННЕМ ПОЖАРЕ.

РЕЖИМЫ ПОЖАРОВ

Причиной газообмена при пожаре в помещении является разность давлений газовой среды внутри помещения и воздуха снаружи. При развившемся пожаре распределение давлений по высоте внутри и снаружи помещения, как правило, складывается так, что в верхней части давление газов больше, а в нижней части меньше атмосферного (рис. 2.1).

Рис. 2.1. Распределение давлений при развившемся пожаре в помещении:

На некоторой высоте давление газов равно давлению воздуха. На этом уровне располагается условная горизонтальная плоскость, которая называется плоскостью равных давлений (ПРД) или нейтральной зоной. Расстояние от ПРД до пола считается высотой нейтральной зоны и обозначается /?_нз.

Рис. 2.2. Схема газообмена при пожаре в помещении

Основными параметрами газообмена являются:

Коэффициент избытка воздуха определяет среднеобъемную концентрацию кислорода в продуктах горения j_O2 в данный момент времени. Во

Соответственно изменяется и среднеобъемная концентрация кислорода в продуктах горения. Каждое горючее вещество имеет свое значение

Если ф_О2 > фО пожар будет продолжаться до полного прекращения

горения в результате тушения или выгорания горючего.

График зависимости плотности продуктов горения от температуры

Рис. 2.3. Схема газообмена через несколько проемов, расположенных на разных уровнях

При установившемся процессе газообмена общая площадь проемов, работающая на приток воздуха, приближенно равна

Значение к₁ берется как средневзвешенная величина

Если при развитии пожара в режиме ПРН увеличить приток воздуха в помещение, то температура газовой среды понизится, так как наружный воздух является значительно более холодным. Вскрытие проемов, откачивание дыма при ПРН также приводит к снижению температуры пожара.

При длительном развитии пожара в режиме ПРВ в помещении накапливаются несгоревшие газы. Вскрытие проемов приводит к их разбавлению

При горении штабеля древесины режим пожара можно определить по параметру Ф:

Расчетная формула для определения требуемого расхода воздуха приводится к виду

Площадь резервуара составляет

Для расчёта теоретического объёма воздуха необходимо воспользо- ваться методикой, изложенной в учебном пособии [1].

Плотность воздуха для данных условий составит

Требуемый расход воздуха равен

Рассчитать фактический расход воздуха через дверной проём размером 1,5х2,5 м и определить положение плоскости равных давлений, если в помещении в резервуаре горит гептан. Среднеобъёмная температура внутри

Фактический расход воздуха при газообмене через один проем рассчитывается по формуле (2.2):

Для нахождения плотности продуктов горения необходимо воспользоваться формулой (2.7), предварительно рассчитав мольную долю /-го продукта горения:

Молярные массы диоксида углерода, воды и азота соответственно равны 44, 18 и 28 кг/кмоль.

С учётом найденных значений мольных долей, плотность смеси продуктов горения равна

Плотность воздуха рассчитывается по формуле (2.6):

Коэффициент сопротивления проема ц примем равным 0,65. Высоту плоскости равных давлений находим по формуле (2.5)

Подставляем найденные величины в формулу (2.2):

Концентрация кислорода в продуктах горения ф₀ определяет значение коэффициента избытка воздуха а при наличии газообмена помещения с окружающей средой:

Требуемый расход воздуха О_в рассчитывается по формуле (2.1):

Откуда формула расчёта площади пожара приобретает вид:

Коэффициент избытка воздуха связан с концентрацией кислорода формулой

Тогда площадь пожара равна

Контрольные задачи

1. Определить площадь пожара S_n в помещении, при которой в процессе его развития произойдёт переход в режим ПРВ, если газообмен осуществляется через один проём размером 1,5 х 1,5 м, коэффициент поверхности горючей нагрузки К_п = 4.

4. Определить положение плоскости равных давлений относительно пола при пожаре в помещении, если температура наружного воздуха 10 °С, температура пожара 340 °С, высота оконного проёма равна 1,5 м, расстояние от пола до подоконника 0,9 м.

6. Определить, во сколько раз и в какую сторону изменилась температура пожара в помещении, если плоскость равных давлений опустилась с 1,7 до 1,2 м. Высота дверного проёма 2,2 м, температура окружающей среды 15 °С.

8. Рассчитать высоту нейтральной зоны, если установившийся газообмен осуществляется через два открытых проема. Размеры проемов и их расположение указаны на рис. 2.4.

Задание для самостоятельной работы

Определить, насколько и в какую сторону изменится один из параметров газообмена на внутреннем пожаре.

Вариант задания выбирается по порядковому номеру учащегося в журнале группы.

Требуется определить значение параметра, для которого в табл. 2.1 указано «найти». Для всех вариантов задания коэффициент сопротивления проема р принять равным 0,65.

Исходные данные для самостоятельной работы

Источник

Что понимают под коэффициентом избытка воздуха на внутреннем пожаре

ОСНОВНЫЕ ЗАКОНОМЕРНОСТИ ГАЗООБМЕНА ПРИ ПОЖАРЕ В ОГРАЖДЕНИИ

Газообмен – это движение конвективных газовых потоков, которые возникают за счет:

наличия самого пожара;

разности температур нагретых продуктов сгорания и холодного воздуха;

принудительной вентиляции в помещении.

Движение холодного воздуха, поступающего в помещение, и дыма, который выходит из помещения, подчиняются законам гидродинамики.

Наиболее существенным фактором движения газов является протекание реакции горения. Пожар в помещении приводит к значительному повышению температуры воздуха, что увеличивает интенсивность газообмена.

На начальной стадии пожара горение протекает за счет воздуха, который находится в помещении, и газообмен с окружающей средой отсутствует. При этом некоторое время пожар не ограничивается ни пожарной нагрузкой, ни воздухообменом. С течением времени горение интенсифицируется, а выделяющаяся энергия идет на нагрев воздуха, конструкций и горючего материала.

Характерная зависимость температуры пожара Т пож и коэффициента избытка воздуха a от времени представлена на графике. Видно, что при стабилизации коэффициента избытка воздуха пожар переходит в фазу (II) развитого пожара. При этом горение стабилизируется, температура практически не изменяется, поддерживаясь на уровне приблизительно 600 о С.

При выгорании пожарной нагрузки количество воздуха, поступающего в зону горения, остается неизменным, а площадь горения снижается. Это приводит к увеличению коэффициента избытка воздуха. Температура в помещении снижается.

Перепад давления, который возникает при пожаре в помещении, может усилить поступление дыма в другие части здания.

При возникновении горения в замкнутом объеме помещения над очагом горения возникают конвективные потоки продуктов горения и нагретого воздуха. Холодный воздух подсасывается дымогазовой струей в нижней части конвективной колонки. На начальной стадии, если у очага горения маленькие размеры, газовый поток не достигает перекрытия, так как охлаждается за счет теплообмена и смешивания с холодным воздухом.

При увеличении площади горения мощность теплового потока увеличивается, газовая среда над очагом горения нагревается сильнее, образуются мощные конвективные потоки, которые приводят к циркуляции всей массы газов в помещении. В нижней части колонки происходит подсос воздуха, часть которого взаимодействует с горючим веществом. Избыток этого воздуха смешивается с продуктами горения. При маленькой высоте помещения горячие потоки могут достигать перекрытия и обогревать его. Продукты горения, остывающие за счет теплопередачи у потолка и стен помещения, опускаются вниз. Непрерывная циркуляция газовых потоков сопровождается повышением среднеобъемной температуры в помещении.

Характер движения воздушных масс зависит от конфигурации помещения, наличия отверстий, и их взаимного расположения.

Если газообмен осуществляется через отверстия, расположенные на разном уровне, их можно условно разделить на приточные (из которых поступает свежий воздух в помещение) и вытяжные (из которых горячие продукты сгорания выходят в атмосферу).

Характер движения газовых потоков при этом может иметь вид:

При газообмене через одно отверстие, например открытую дверь, окно или несколько отверстий, находящихся на одном уровне, процесс притока воздуха и выхода продуктов горения осуществляется через одно отверстие. На приток работает только нижняя приблизительно третья часть отверстия.

При этом наблюдается другой характер следования газовых потоков, который изображен ниже.

Для выявления общих закономерностей газообмена принимают некоторые допущения:

1. Температура продуктов горения в помещении выше, чем температура окружающего воздуха, и с течением времени температура продуктов горения не изменяется.

2. Влиянием ветра на газообмен пренебрегают.

3. Площадь и расположение приточного и вытяжного отверстия не изменяется

4. При газообмене масса входного воздуха равняется массе выходящих продуктов горения.

На самом деле, процесс пожара практически нельзя считать стационарным, поэтому речь идет о периоде развитого пожара, когда его характеристики изменяются мало.

Высоту нейтральной зоны, с учетом высоты приточного отверстия, можно определить из соотношения:

В большинстве случаев при горении в ограждении давление изменяется незначительно, поэтому можно считать, что плотность газа обратно пропорциональна его температуре, и тогда последнее соотношение можно записать в виде

где Т в ; Т пг – абсолютная температура поступающего в помещение воздуха и продуктов горения, соответственно, К.

Если воздухообмен осуществляется через отверстия, расположенные на одном уровне, нейтральная зона располагается непосредственно в плоскости отверстий, через которые происходит газообмен. При этом выше нейтральной зоны продукты горения выходят наружу, а в нижней части отверстия происходит подсос воздуха внутрь помещения. В этом случае положение нейтральной зоны определяют из соотношения:

Ветровые нагрузки могут вызвать изменение поля давления вокруг здания в целом. При этом может измениться характер распределения давления с наветренной и подветренной стороны здания. Характер следования воздушных потоков имеет вид:

С наветренной стороны здания образуется избыточное давление, а с подветренной стороны давление уменьшается.

Современные производственные и административные здания оборудованы системами принудительной приточно-вытяжной вентиляции. При работе таких систем создаются воздушные потоки, которые могут, как оказывать содействие, так и препятствовать распространению пожара. Для удаления продуктов сгорания проектируются системы удаления дыма.

МЕТОДЫ РЕГУЛИРОВАНИЯ ГАЗООБМЕНА НА ПОЖАРЕ

При организации тушения пожара, а также для успешной эвакуации людей из зоны задымления необходимо проводить мероприятия по регулированию положения нейтральной зоны в помещении.

Анализ полученных зависимостей положения нейтральной зоны показывает, что положение нейтральной зоны будет тем выше, чем меньшее давление продуктов горения и большее давление свежего воздуха, который поступает в помещение. Таким образом, основными направлениями регулирования газообмена при пожаре в ограждении могут быть:

1. Снижение давления в верхней части горящего помещения, путем откачивания нагретых продуктов сгорания передвижными дымососами и использование систем принудительного удаления дыма и вентиляции помещений.

2. Повышение эффективности процесса вентиляции помещения за счет раскрытия вытяжных отверстий в зоне, где создается максимальная температура и давление продуктов горения. Для этого обычно раскрываются дымовые люки и фонари в верхней части помещения.

В некоторых случаях для выпуска дыма и снижения температуры проводят разборку перекрытий.

3. Снижение температуры и осаждение продуктов сгорания распыленными водными струями.

4. Регулирование соотношения площадей приточных и вытяжных отверстий. Нейтральная зона всегда располагается ближе к тем отверстиям, площадь которых больше. По этому, при дополнительном раскрытии отверстий в нижней части помещения, которые работают на приток, и значительном превышении их над площадью вытяжных отверстий нейтральная зона может опускаться.

5. Повышение давления воздуха в нижней части помещения путем нагнетания воздуха в нижнюю часть помещения дымососами.

Источник