Прогнозирование динамики развития

ПОЖАРА НА ОБЬЕКТЕ

 

Динамикой любого процесса, в том числе пожара, называется зависимость его параметров от времени. Знание закономерностей изменения параметров пожара необходимо для обеспечения безопасности людей, разработки мер по предотвращению распространения пожаров, для проектирования систем автоматического обнаружения и тушения, планирования сил и средств, необходимых при ликвидации пожаров.

Непосредственной причиной возникновения процесса горения и, следовательно, пожара является источник зажигания. Им может быть в принципе любой источник тепла достаточной мощности (бытовой кипятильник, рефлектор и т.д.). Во многих случаях пожар начинается с прогрева локального участка поверхности горючего материала и образования над ним горючей смеси, которая затем воспламеняется. Лучистый тепловой поток от образовавшегося факела нагревает соседние участки поверхности, вызывая образование и воспламенение над ними горючей смеси, т.е. начинается процесс распространения пламени по поверхности, увеличение площади пожара. С ростом площади пожара увеличивается объем зоны горения и, соответственно, площадь излучения, конвективные потоки. Все это приводит к повышению среднеобъемной температуры и, как следствие, температуры всех предметов и материалов, находящихся в помещении. В свою очередь, рост температуры материалов сопровождается увеличением линейной скорости распространения фронта пламени.

Если помещение имеет большой свободный объем (обычно более 1000 м ) или большие открытые проемы, процесс распространения пожара протекает путем постепенного охвата пламенем предметов (изделий, материалов) одного за другим. В помещениях меньшего объема при достижении среднеобъемной температуры 300-350 °С и наличии воздуха содержание газообразных продуктов пиролиза достигает нижнего концентрационного предела распространения пламени. В этом случае скорость распространения пламени достигает максимального значения, поскольку процесс происходит уже не по поверхности, а по объему газовой среды. Скорость распространения пламени по газу составляет от нескольких метров до сотен метров в секунду в зависимости от состава газа. Внешне это воспринимается как объемная вспышка, т.е. одновременное воспламенение всех горючих материалов, которые находятся в помещении. В результате свободный объем помещения превращается в зону горения (объемный пожар). Обычно это сопровождается разрушением остекления проемов вследствие резкого нарастания давления. Соответственно в помещение начинает поступать свежий воздух.

Если свободный объем помещения мал, то при объемном пожаре быстро расходуется запас кислорода, массовая скорость выгорания и, соответственно, интенсивность тепловыделения начинают постепенно уменьшаться. Температура также снижается. В герметичном помещении может произойти самопроизвольное затухание пожара. Однако на практике такое бывает редко. Как правило, всегда есть приток воздуха через неплотно закрытые проемы, щели, а температура газовой среды в помещении успевает достичь температуры воспламенения горючих материалов. Поэтому через какое-то время, в зависимости от скорости притока воздуха, в помещении создается горючая смесь продуктов пиролиза с воздухом и горение интенсифицируется.

Если во время “затухания” обеспечить доступ воздуха в помещение (например, открыв дверь), произойдет мгновенное образование и воспламенение горючей смеси. А поскольку объем продуктов сгорания больше объема исходной смеси, в помещении резко возрастет давление и произойдет выброс нагретых газов. Такая вспышка может быть причиной травмирования или гибели пожарных при тушении пожаров в подвалах, банях-саунах, гаражах, холодильниках. Данная стадия пожара, в течение которой продолжается распространение фронта пламени, называется начальной.

После того как рост площади пожара в данном помещении прекращается, начинается вторая стадия – стадия развития, во время которой, при наличии достаточного притока воздуха, увеличивается скорость выгорания горючих веществ, теплота пожара, растет температура газовой среды. В конце этой стадии прекращается изменение параметров процессов тепло- и газообмена, температура достигает максимального значения и начинается третья стадия пожара - стационарная. При свободном развитии пожара горючие материалы постепенно выгорают, и пожар переходит в стадию затухания.

5.1. Расчет динамики развития площади пожара, построение графика и плана развития пожара

При расчете площади пожара принимается ряд допущений.

Первое: пожарная нагрузка в помещении распределена равномерно по всей площади пола. Это означает, что распространение фронта пламени происходит непрерывно.

Второе: фронт пламени распространяется обязательно во все стороны и с одинаковой скоростью. Следовательно, площадь пожара может иметь только форму круга, полукруга, четверти круга, сектора, прямоугольника или квадрата.

Третье: в первые 10 минут свободного развития пожара линейная скорость распространения фронта пламени v _л равна половине значения, указанного в таблице для соответствующего помещения. Т.е. при t £ 10 мин v _л = 0,5 v _л^табл; при t >10 мин v _л = v _л^табл.

Четвертое: когда фронт пламени достигает ограждающей конструкции, его форма сразу становится прямоугольной.

Таким образом, площадь пожара F _п рассчитывается по следующим основным формулам (рис. 1).

Рис. 1. Возможные формы развития пожара

 

 

Определяемая	Форма площади пожара
круговая	угловая	прямоугольная
Площадь пожара	Sп = πR^2 Sп = 0,785 D^2	Sn = 0,5 αR^2	Sп=ab При развитии в двух направлениях Sп=a(b1+b2)

 

Учитывая, что в начальной стадии развития пожара (длительность которой принимается равной 10 мин) v _л = 0,5 v _л^табл(м/мин),путь, пройденный фронтом пламени к моменту t, будет равен:

L _t = 0,5 v _л^табл при t £ 10 мин;

L _t = L ₁₀ + L _t-10 при t > 10 мин.

Здесь: L ₁₀- путь, который проходит фронт пламени за первые 10 мин;

L ₁₀ = 0,5 v _л^табл × 10 = 5 v _л^табл,[м];

L _t-10- путь, который проходит фронт пламени за оставшееся после 10 мин время (t-10):

L _t-10 = v _л^табл(t-10), [м], тогда при t> 10 мин

L = 5 v _л^табл + v _л^табл(t-10), [м].

Расчет площади пожара на заданный момент времени целесообразно проводить в следующей последовательности:

найти L _t;

по плану помещения установить, где будет находиться фронт пламени;

учитывая, что при достижении ограждающих конструкций фронт пламени спрямляется, определить форму полученной геометрической фигуры;

найти площадь пожара.

Графиком развития пожаpа называется зависимость его площади от времени. Его необходимо построить для моментов времени, указанных в задании.

Пример 1. Рассчитать площадь пожара на 5-й, 15-й и 20-й минутах с момента его возникновения (рис. 2), если скорость распространения равна 1,2 м/мин, а предел огнестойкости двери - 0,2 м.

Ошибка! Ошибка связи.

Ошибка! Ошибка связи.

Рис. 2. План помещения, в котором возник пожар

Решение. 1. Поскольку пожар возник возле двери, отсчет предела ее огнестойкости начнется сразу. Тогда в правое помещение пламя проникнет черед 0,2·60 = 12 мин с момента возникновения пожара. До 12-й минуты пожар будет распространяться только в одном помещении.

2. За 5 минут фронт пламени пройдет расстояние L ₅ = 0,5×1,2·5 = 3 м. До ближайших боковых стен - 8 м. Следовательно, фронт пламени на 5-й минуте будет иметь форму полукруга и F _п⁵= 3,14×3²/2 = 14 м² (рис. 3).

Ошибка! Ошибка связи.

Рис. 3. План развития пожара

 

3. За 15 минут фронт пламени может пройти расстояние L ₁₅ = 5×1,2 + +1,2 (15 - 10) = 12 м. К этому времени в левом помещении он уже достигнет боковых стен и примет форму прямоугольника размером 16х12 м.

В смежном помещении он будет распространяться всего 15-12 = 3 мин (причем скорость его равна v _л^табл, так как t >10 мин).

За это время он пройдет расстояние 1,2×3 = 3,6 м. Следовательно, в смежном помещении фронт пламени имеет форму полукруга и площадь, равную p×3,6²/2 = 20 м². Общая площадь пожара на 15-й минуте:

F _п¹⁵=16×12 + 20 = 212 м².

4. К 20-й минуте фронт пламени может пройти L ₂₀ = 5×1,2 + 1,2(20-10) = 18 м. Тогда все левое помещение к этому моменту времени будет охвачено пожаром (см. рис. 6). Однако в правом помещении он будет распространяться 20 – 12 = 8 мин. За это время он пройдет 1,2×8 = 14,6 м и, достигнув боковых стен, примет форму прямоугольника размером 16х14,6 м. В результате:

F _п²⁰ = 16×18 + 16×14,6 = 321,37 м² » 322 м².

Таким образом, F _п⁵= 14 м²; F _п¹⁵ = 212 м²; F _п²⁰ = 322 м². По этим данным строим зависимость F _п = f (t), которая называется графиком развития пожара.

Находим общую площадь проемов, участвующих в газообмене, и площадь проемов, работающих на приток воздуха. После чего определить коэффициент избытка воздуха l на всех указанных в задании промежутках времени, учитывая, что V_b^p = 4,2 м³/кг – для древесины. Из полученных данных составить таблицу.