РОЗДІЛ 4 ФIЗИКО- ХІМІЧНІ ОСНОВИ РОЗВИТКУ ПОЖЕЖ Тема

РОЗДІЛ 4. ФIЗИКО- ХІМІЧНІ ОСНОВИ РОЗВИТКУ ПОЖЕЖ Тема 13. ТЕПЛОМАСООБМІН ПОЖЕЖІ В ОГОРОДЖЕННІ Лекція ТЕМПЕРАТУРНИЙ РЕЖИМ ПОЖЕЖІ В ОГОРОДЖЕННІ

Наслідки пожежі у будівельному супермаркеті «Нова лінія» 26. 02. 2011 м. Запоріжжя. Матеріальні збитки тільки по зруйнованій будівлі перевищили 100 млн. грн.

Наслідки пожежі у корпусі № 48 підприємства ТОВ «Веста-Індастріал» 31. 10. 2010 м. Дніпропетровськ.

План лекції. 1. Динаміка розвитку пожежі в огородженні. 1. 1. Основні положення зонної моделі температурного режиму 1. 2. Інтегральна модель температурного режиму пожежі в огородженні 1. 3. Фактори, що впливають на температуру пожежі 2. Критичний час розвитку пожежі в огородженні.

1. ДИНАМІКА РОЗВИТКУ ПОЖЕЖІ В ОГОРОДЖЕННІ Температурний режим пожежі - зміна температури пожежі з часом. Температура пожежі в огородженні - середньооб’ємна температура газового середовища в приміщенні, в якому відбувається пожежа. Три моделі, що описують температурний режим при пожежі в огородженні: · диференційна модель (енергетичний і матеріальний баланс пожежі представлені у вигляді диференційних рівнянь); · зонна модель; · інтегральна модель.

1. 1. Основні положення зонної моделі Зонна модель припускає, що під час пожежі в приміщенні утворюються чотири зони, в яких протікають різні процеси, пов'язані з тепло- і масопереносом. І зона горіння; ІІ зона димогазова колонка; ІІІ зона прошарок біля стелі; IV зона холодне повітря.

В зоні горіння протікає хімічна реакція горіння, виділення енергії і утворення розжарених продуктів горіння. У цій зоні температура дорівнює температурі горіння і залишається постійною весь час розвитку пожежі. Якщо площа горіння значна, то зону горіння опускають нижче рівня поверхні і вибирають “уявну” точку горіння. R = 0, 18 H; hст = 0, 01 H; hуявн. = 1, 5 dпож

Димогазова колонка - зона розігрітих продуктів горіння, які піднімаються в верхні прошарки приміщення. В нижню частину димогазової колонки підсмоктується холодне повітря в нагрітий потік. Поступово концентрація продуктів горіння і їх температура знижуються. Температура в димогазовій колонці: , де Qпож = Qн/ vм Sпож – теплота пожежі, к. Вт; hк – висота димогазової колонки, м; tо - початкова температура середовища в приміщенні, о. С.

У прошарку біля стелі нагріті ПГ розтікаються в горизонтальному напрямку, не перемішуючись з холодним повітрям, протікає активний теплообмін між ПГ і поверхнею будівельних конструкцій. Товщина цього прошарку під час горіння постійно наростає. Максимальна температура в третій зоні знаходиться безпосередньо на межі з димогазовою колонкою.

У зоні холодного повітря на початковому етапі пожежі знаходиться основна маса окислювача, який дифундує в зону горіння і підтримує розвиток пожежі. З часом об'єм четвертої зони зменшується за рахунок збільшення об'єму третьої зони, а температура вважається постійною.

1. 2. Інтегральна модель температурного режиму пожежі в огородженні Інтегральна модель припускає, що все тепло пожежі рівномірно розподілено по об’єму приміщення і витрачається на нагрівання газового середовища, горючих речовин та будівельних конструкцій.

Рівнянні теплового балансу пожежі в огородженні: Qпож = Qпг(вид) + Qпг(прим) + Qконстр + Qпідг + Qпром Qпож - тепло, що виділяється під час пожежі, Qпг(вид) - тепло, що витрачається на нагрівання продуктів згоряння, які видаляються із приміщення, Qпг(прим) - тепло, що витрачається на нагрівання продуктів згоряння, які залишаються в приміщенні, (визначає температуру пожежі), Qконстр - тепло, що витрачається на нагрівання будівельних конструкцій, Qпідг. - тепло, що витрачається на фізико-хімічні підготовчі процеси в горючому матеріалі, Qпром. . - тепло, що випромінюється через отвори за межі приміщення

Тепло Qпг(прим), що витрачається на нагрів газового середовища в приміщенні від початкової температури до температури пожежі, можна визначити за формулою: Qпг(прим) = cр [vm. Sпож (vопг + ( -1)vопов)] (Тпож – То) Позначимо суму тепловтрат як деяку частку від загальної теплоти пожежі, тобто Qпг(вид) + Qконстр + Qпідг + Qпром = m Qпож , тоді рівняння теплового балансу: Qпож = m. Qпож + Qпг(прим) (1 - m)Qпож = Qпг(прим) Qпож = Q нvm. Sпож (1 -m) Q нvm. Sпож = cр[vm. Sпож(vопг+( -1)vопов)](Тпож –То)

Середньооб’ємну температуру пожежі можна визначити за формулою: Визначити температуру газового середовища в будь якій точці приміщення в заданий час розвитку пожежі можна за допомогою критеріальних рівнянь теплового балансу пожежі в огородженні. Тпож = Тад - коефіцієнт, що враховує втрати тепла на нагрівання конструкцій тепловим випромінюванням і втрати тепла теплопровідністю. =0, 66 Во 0, 17

Критерій подібності Больцмана:

Розвиток пожежі з часом можна умовно поділити на три стадії: початкову, основну і кінцеву. На початковій стадії можна виділити три фази. Перша фаза – перехід загоряння в пожежу. Друга фаза – об’ємний розвиток пожежі (поширення горіння відбувається по об’єму газоподібних продуктів розкладання горючих матеріалів). Третя фаза - всі параметри пожежі найбільш змінюються і досягають максимальних значень. Основна стадія – розвинена пожежа, коли всі параметри пожежі стабілізуються, відбувається процес вигоряння пожежного навантаження. Кінцева стадія - догоряння, поступове зниженням температури та задимлення.

Для визначення вогнестійкості будівельних конструкцій на підставі проведення натурних дослідів пожеж в огородженні використовують залежність температури пожежі від часу розвитку: tпож= 345 lg (8 роз +1)

1. 3. Фактори, що впливають на Тпож Динаміку розвитку пожежі визначає тепловиділення, що супроводжує процес горіння, тобто теплота пожежі та умови газообміну. Температура пожежі в огородженні залежить від: ·об’єму приміщення (Vприм Тпож ); ·кількості пожежного навантаження (Рпож Тпож ); ·виду горючої речовини ((Q н, vm, vl) Тпож ); ·тепловтрат на нагрівання конструкцій (Qконст Тпож ); ·часу розвитку горіння, ·площі пожежі (Sпож Тпож ); ·інтенсивності газообміну; ·температури повітря (То Тпож ).

2. КРИТИЧНИЙ ЧАС РОЗВИТКУ ПОЖЕЖІ В ОГОРОДЖЕННІ При пожежі в огородженні тепло і дим накопичуються в приміщенні, а тому зона теплового впливу і зона задимлення з часом поширюються. Отже з розвитком пожежі настане момент часу, коли все приміщення буде охоплено цими зонами і перебування в них людей буде неможливе. Критичний час розвитку пожежі – час від виникнення горіння до настання теплового удару (критичний час по температурі) або зниження концентрації кисню нижче гранично допустимих значень (критичний час по кисню).

Критичний час розвитку пожежі в огородженні за температурою Якщо площа пожежі з часом не змінюється (клас В), то за час розвитку пожежі виділиться тепло, яке частково піде на розігрів газового середовища в приміщенні: Qпож = Qгаз+ k. Qпож ; Qпож = vm. Snож. Q н пож Qгаз. = Vприм cp(tпож - to) (1 -k) Q н Sпожvm пож = Vприм cp(tпож - to) Якщо k = 0, 21, ср=1, 29 к. Дж/(м 3·К), tкр= 70 о. С, t 0 = 20 о. С, то:

При горінні ТГМ (клас А), площа пожежі з часом зростає. Якщо осередок пожежі знаходиться в центрі приміщення, то ЗГ – кругова, Snож = R 2 = (vl nож )2 Qпож = Snож Q/нvm пож = vl 2 3 пож Q/нvm (1 -k) vl 2 3 пож Q/нvm = Vприм cp(tпож - to) осередок пожежі біля стінки (ЗГ – півколо, Snож = R 2/2) осередок пожежі в куті приміщення (ЗГ – чверть кола, Snож = R 2/4)

Критичний час розвитку пожежі в огородженні за киснем При зниженні концентрації кисню нижче 14 -15 % в організмі людини наступають необоротні процеси, що призводять до летальних наслідків. Отже, нормальна життєдіяльність людини припиниться при вигорянні 21 -14 = 7% кисню, що відповідає 7 4, 76 = 33, 3% повітря. Тоді умова кисневого балансу для помешкання, в якому горюча речовина горить на сталій площі (пожежа класу В) запишеться у вигляді: 0, 33 V прим = vºповvm. Sпож кр Час до настання критичного стану:

Для приміщень, в яких горять ТГМ, враховуючи збільшення площі пожежі з часом, можна записати: осередок пожежі в центрі приміщення (форма ЗГ–кругова) осередок пожежі біля стінки (форма ЗГ – півколо) осередок пожежі в куті приміщення (форма ЗГ – чверть кола)

Завдання на самопідготовку: 1. Вивчити літературу. § Я. С. Повзик, П. П. Клюс, А. М. Матвейкин Пожежна тактика стор. 12 -16. § И. М. Абдурагимов, В. Ю. Говоров, В. Е. Макаров - Физико-химические основы развития и тушения пожара, стор. 75 -103. 2. Підготуватися до практичного заняття з розрахунку температурного режиму пожежі.