Фiзико-хімічні основи розвитку пожеж. Тепломасообмін, температурний режим пожежі в огородженні. (Розділ 4.13.5)

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

2.

Наслідки пожежі у будівельному супермаркеті
«Нова лінія» 26.02.2011 м. Запоріжжя. Матеріальні
збитки тільки по зруйнованій будівлі перевищили
100 млн. грн.

3.

4.

Наслідки пожежі у корпусі № 48 підприємства ТОВ «Веста-Індастріал»
31.10.2010 м. Дніпропетровськ.

5. 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.

6. 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.

7. 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 зона горіння;
ІІ зона димогазова колонка;
ІІІ зона прошарок біля стелі;
IV зона холодне повітря.

8.

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 = 0,01H;
hуявн. = 1,5 dпож

9.

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:
,
2
Qпож
t кол t о 16,9 3 5
/
де Qпож = Qн vм Sпож – теплота пожежі, кВт;
hк
hк – висота димогазової колонки, м;
tо - початкова температура середовища в приміщенні, оС.

10.

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.
t ст t о 5,38
2
Q
пож
3
2 3
R H

11.

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.

12. 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.

13.

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

14.

Тепло Qпг(прим), що витрачається на нагрів
газового середовища в приміщенні від початкової
температури до температури пожежі, можна
визначити за формулою:
Qпг(прим) = cр [vmSпож (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 = mQпож + Qпг(прим)
(1- m)Qпож = Qпг(прим)
Qпож = Q нvmSпож
(1-m) Q нvmSпож = cр[vmSпож(vопг+( -1)vопов)](Тпож –То)

15.

Середньооб’ємну температуру пожежі можна виз-начити
за формулою:
Тпож
Qн/ (1 m)η
То
o
о
cp[v пг v пов (α 1)]
Визначити температуру газового середовища в будь
якій точці приміщення в заданий час роз-витку пожежі
можна за допомогою критеріальних рівнянь теплового
балансу пожежі в огородженні.
Тпож = Тад
- коефіцієнт, що враховує втрати тепла на нагрі-вання
конструкцій тепловим випромінюванням і втра-ти тепла
теплопровідністю.
=0,66 Во0,17

16.

Критерій подібності Больцмана:
Bo
Тпож
ηSпож v mсp v пг
3
60σ 0εпрSогор Тад
η Sпож v mсp v пг
18,1Tад
3
εпрSогор Тад
Tад
/
ηQн
ср v пг
273
0 ,17
, К.

17.

Розвиток пожежі з часом можна умовно поділи-ти 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.

18.

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)

19. 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 (S
пож Тпож );
інтенсивності газообміну;
температури повітря (Т Т
о
пож ).

20. 2. КРИТИЧНИЙ ЧАС РОЗВИТКУ ПОЖЕЖІ В ОГОРОДЖЕННІ

При пожежі в огородженні тепло і дим накопи-чуються
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).

21.

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:
13Sогор
Qпож пож = Qгаз+ kQпож пож ;
k /
Qн v mSпож
Qпож пож = vmSnожQ н пож
Qгаз. = Vприм cp(tпож - to)
(1-k) Q н Sпожvm пож = Vприм cp(tпож - to)
t
τ кр
Vпримср t кр t о
1 k ηQ нSпож vm
Якщо k = 0,21, ср=1,29 кДж/(м3·К), tкр= 70оС, t0 = 20оС, то:
t
τ кр
Vприм
81,9
ηQ нSпож v m

22.

При горінні ТГМ (клас А), площа пожежі з часом зростає.
Якщо осередок пожежі знаходиться в центрі приміщення,
то ЗГ – кругова, Snож = R2 = (vl nож )2
Qпож пож = Snож Q/нvm пож = vl 2 3пож Q/нvm
(1-k) vl 2 3пож Q/нvm = Vприм cp(tпож - to)
Vпримср ( t кр t о )
Vприм
t
τ кр 3
2,97 3
/
2
π(1 k )ηQн vm v l
ηQ н/ v m v l2
осередок пожежі біля стінки (ЗГ – півколо, Snож = R2/2)
Vприм
t
τ кр 3,73 3
ηQн/ v m v l2
осередок пожежі в куті приміщення (ЗГ – чверть кола,
Snож = R2/4)
Vприм
t
τ кр 4,7 3
ηQн/ v m v l2

23.

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 = vºповvmSпож кр
Час до настання критичного стану:
τ
02
кр
0,33Vприм
ηSпож v m v опов

24.

Для приміщень, в яких горять ТГМ, враховуючи
збільшення площі пожежі з часом, можна записати:
осередок пожежі в центрі приміщення (форма ЗГ–кругова)
02
τ кр
3
0,33Vприм
2
l
о
ηπv v m v пов
0,472 3
Vприм
о
ηv l2 v m vпов
осередок пожежі біля стінки (форма ЗГ – півколо)
τ кр 0,5953
02
Vприм
ηv l2 v m v опов
осередок пожежі в куті приміщення (форма ЗГ – чверть
кола)
02
τ кр
0,749 3
Vприм
ηv l2 v m v опов

25. 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.