Динамика развития пожара

1.

Динамика развития пожара
Копцов Я.В. 131м

2.

Горением называется сложный
физико-химический
процесс,
при
котором
горючие
вещества
и
материалы под воздействием высоких
температур вступают в химическое
взаимодействие
с
окислителем
(кислородом воздуха), превращаясь в
продукты
горения,
и
который
сопровождается
интенсивным
выделением тепла и световым
излучением.

3.

Кроме этого, должны соблюдаться
следующие условия:
а) горючее вещество должно быть нагрето
до определенной температуры, при которой
начнется процесс окисления;
б) чтобы нагреть горючее вещество до
определенной температуры, необходима
определенная мощность теплоподвода;
в) чтобы поддерживать процесс горения,
необходимы определенные концентрации
горючего и окислителя.

4.

Наиболее общее свойство горения - это
возникновение пламени и перемещение его
по всей горючей смеси путем передачи
тепла или диффузии активных частиц из
зоны горения в свежую горючую смесь.
Пламя - это видимое проявление
горения. Его называют также зоной
горения. Это та часть пространства, где
происходит превращение горючей смеси в
продукты полного и неполного сгорания.

5.

Типы горения

6.

Подавляющее
большинство твердых
материалов также горит в диффузионном
гомогенном режиме.
Превращение
твердого
горючего
вещества в продукты горения происходит
вследствие химической реакции в газовой
фазе. Скорость превращения при этом
лимитируется процессом смешения с
воздухом
газообразных
продуктов
термического
разложения
твердого
вещества.

7.

Основные компоненты древесины:
- гемицеллюлоза - 25%;
- целлюлоза - 50%;
- лигнин - 25%.
В среднем древесина содержит около 50 % С,
6 % Н, 44 % О. Это пористый материал, объем пор
в котором достигает 50-75 %.
Наименее
термостойким
компонентом
древесины является гемицеллюлоза (220-250 оС),
наиболее - лигнин (интенсивное его разложение
наблюдается при температуре 350-450 оС).
8

8.

Этапы разложения древесины:
1) при нагревании до температуры
120÷150 оС завершается процесс сушки
древесины, т.е. удаление физически связанной
и капиллярной воды;
2) при нагревании до температуры
180÷200 оС происходит выделение химически
связанной влаги и разложение наименее
термически стойких компонентов древесины
(луминовых кислот) с выделением оксида
углерода (IV) CO2 и воды H2O;

9.

3) при температуре 250÷300 оС происходит
пиролиз древесины (т.е. разложение наименее
термостойких компонентов) с выделением CO,
CH4, H2, CO2, H2O. Образующаяся газовая смесь
уже способна к воспламенению от источника
зажигания. По аналогии с жидкостью в этой
температурной области находятся температуры
вспышки и воспламенения древесины, численные
значения которых зависят от ее породы;
4) при температурах 350÷450 оС происходит
интенсивный пиролиз древесины и выделяется
основная масса горючих газов – до 40% от
их
количества.
максимально
возможного
Выделяющаяся
в этой
области
пиролиза
газообразная смесь состоит из 25% H2 и 40%
предельных и ненасыщенных углеводородов;

10.

5) при температурах 500÷550 оС скорость
термического разложения древесины резко
снижается. Выход летучих продуктов практически
прекращается.
При температуре
600 оС
разложение древесины на газообразные продукты
и углистый остаток завершается.

11.

Схема распространения пламени по поверхности ТГМ:
1 – зона газификации; 2 – зона газообразных продуктов
разложения; 3 – ПГ; 4 – зона диффузионного горения;
5 – зона кинетического пламени (носик); 6 – исходный
образец; 7 – зона разложения ТГМ перед фронтом пламени

12.

Под динамикой пожара понимают
совокупность
законов
и
закономерностей,
описывающих
изменение основных параметров пожара
во времени и пространстве.

13.

I. Фаза загорания. Продолжительность - в пределах
1–3 мин.
II. Фаза начала пожара. Продолжительность примерно 5–10 мин.
III.
Фаза
объемного
развития
пожара.
Температура в помещении достигает 250–300 °С. При
температуре газовой среды в помещении ~300 °С
происходит разрушение остекления.
IV. Фаза пожара. На данной фазе температура в
помещении может кратковременно снизиться.
Площадь пожара, среднеобъемная температура в
помещении (800–900 °С), интенсивность выгорания
пожарной нагрузки и степень задымления достигают
максимума.

14.

V. Фаза стационарного горения. Параметры
пожара стабилизируются.
затухания.
Среднеобъемная
концентрация кислорода в помещении снизилась
до 16–17%, а концентрация ПГ, препятствующих
интенсивному горению, возросла до предельного
значения. Площадь пожара не уменьшается: она
может расти или стабилизироваться.
VI.Фаза
VII.Фаза догорания. Для этой заключительной
фазы пожара характерен процесс тления, а затем и
прекращение горения.

15.

16.

Под температурным режимом пожара
понимают
изменение
температуры
во
времени.
В общем случае тепловой баланс пожара для заданного
момента времени:
Qп Qпг Qк Qл .
Скорость отвода тепла из зоны горения конвекцией
[кДж/с] можно определить по уравнению Ньютона:
где
qк α S (T – To ),
α - коэффициент теплоотдачи, Вт/(м К);
2
S
– площадь теплообмена (поверхности фронта пламени),
м2;

17.

T
To
– температура зоны горения, К;
– температура окружающей среды, К.
Скорость отвода тепла из зоны горения излучением
[кДж/с] можно определить по закону СтефанаБольцмана:
4
qл S ε σo T
,
где ε – степень черноты тела (пламени) (0,8 0,2);
σo – константа излучения абсолютно черного тела,
равная
.
Вт
8
5,7 10
м2 К4

18.

Для открытых пожаров доля тепла,
передаваемого из зоны горения излучением и
конвекцией, составляет 30–40% от теплоты
пожара. Оставшаяся доля тепла идет на
нагрев продуктов горения. Таким образом,
60–70% от теоретической температуры
горения данного горючего материала дадут
приближенное
значение
температуры
пламени.

19.

В среднем максимальная температура
открытого пожара для горючих газов
составляет
1200–1350
°С,
для
жидкостей – 1100–1300 °С и для
ТГМ органического происхождения –
1100–1250 °С.

20.

Влияние различных факторов на тепловой
(температурный) режим пожаров
Величина пожарной нагрузки
С увеличением пожарной нагрузки время
достижения максимальной температуры возрастает.
Влияние природы пожарной нагрузки
Чем выше низшая теплота сгорания пожарной
нагрузки, тем быстрее растет температура пожара.
Влияние интенсивности газообмена
Приток воздуха , где происходит пожар,
увеличивает температуру его при неизменной
площади пола и величине пожарной нагрузки.

21.

Особенности открытых пожаров:
- Теплообмен осуществляется практически
с
неограниченным
окружающим
пространством (поэтому за температуру
таких пожаров, как правило, принимают
температуру пламени);
- газообмен не ограничен конструктивными
элементами зданий и сооружений и,
следовательно, более интенсивен (поэтому
он в большей степени зависит от
интенсивности и направления ветра);

22.

Особенности открытых пожаров:
- зона горения определяется, главным
образом, распределением горючих
веществ
в
пространстве
и
формирующими ее конвективными
газовыми потоками;
зона
теплового
воздействия
определяется
преимущественно
лучистым тепловым потоком;

23.

Лесные горючие материалы по своей
роли
в возникновении, развитии и
распространении пожара можно условно
разделить на три класса:
– проводники горения (сухая трава, опавшая
хвоя, мхи, опавшая листва, подсушенный
торф);
– поддерживающие горение (валежник, подрост,
кустарники, сучья, ветки);
– задерживающие
горение (кустарнички
брусники,
черники,
багульника,
широколиственные травы, лиственные породы
деревьев).

24.

Зависимость относительной
линейной скорости
распространения верхового лесного
пожара от скорости ветра

25.

Зависимость относительной линейной
скорости распространения лесного пожара
от относительной влажности воздуха

26.

Зависимость относительной линейной
скорости распространения лесного пожара
от количества пожарной нагрузки

27.

Зависимость относительной линейной
скорости распространения лесного пожара
от влажности пожарной нагрузки

28.

Тепловая теория потухания
Задача прекращения горения сводится к
снижению
температуры
путем
нарушения
теплового баланса в зоне химической реакции до
температуры потухания.
Температура потухания – наименьшая
температура в зоне горения, при которой еще
возможен процесс распространения пламени.
Для большинства жидкостей и твердых
горючих материалов для их потухания в среднем
необходимо снизить температуру в
зоне
протекания реакций окисления на 200 оС

29.

Нарушение теплового баланса в зоне
химической реакции может осуществляться:
снижением в ней интенсивности тепловыделения
до предельного значения, ниже которого
невозможно продолжение реакции;
повышением интенсивности теплоотвода;

30.

Зависимость интенсивности тепловыделения
в зоне реакции от температуры

31.

Спасибо за внимание