Оценка возможности возникновения возгорания

  Цель занятия: ознакомиться с методикой оценки возможности возгорания

  Содержание работы:

1. Ознакомиться с методикой оценки возможности возгорания.

2. Решить задачу по оценке возможности возгорания.

 

В основе любого процесса горения (пожара) лежат физико-химическая реакция, для возникновения которой необходимо наличие трех обязательных компонентов:

- среда зажигания;

- окислитель (чаще всего это кислород воздуха);

- источник зажигания.

Таким образом, принято говорить о треугольнике пожара. Если убрать один из компонентов или нарушить любую связь между двумя из них, то горение прекратится. На этом принципе основаны все методы пожарной профилактики и пожаротушения.

Физико-химические основы горения заключаются в термическом разложении вещества до состояния углеродных газов, которые под воздействием повышенных температур вступают в химическое взаимодействие с окислителем, превращаясь в процессе горения в углекислый газ, воду и др. с выделением тепла и светового излучения.

Воспламенение представляет собой процесс возникновения и распространения пламени по газопаровоздушной смеси. Его температура различна для различных веществ и материалов. Отсюда следует, что жидкости при горении кипят и испаряются, а твердые вещества подвергаются пиролизу.

Для всех пожаров характерны общие процессы:

- линейное горение с выделением тепла и продуктов сгорания;

- газообмен, осуществляемый по механизму конвекционных газовых потоков, обеспечивающих приток кислорода в зону горения и отвод продуктов горения из нее;

- передача тепла из зоны горения в окружающее пространство, в том числе горючим материалам, без чего невозможен непрерывный процесс горения. Существуют следующие механизмы передачи горения на пожаре:

- лучевая теплопередача;

- конвективная теплопередача;

- линейное распространение огня.

 Основной механизм распространения горения при пожаре - комбинированный, но превалирует лучевая теплопередача.

Одним из условий воспламенения горючей среды является наличие источников зажигания, которые подразделяются на:

- открытый огонь,

- энергию химических процессов,

 - тепло от различных источников и др.

Например, температура горящей спички- 620-640 ^оС,

-тлеющей сигареты – 420-460 ^оС.

-температура колбы лампы накаливания мощностью 100 Вт – 300 ^оС.

      Возможность возгорания конструкций и материалов, а также безопасное удаление людей от очага пожара являются главными показателями, характеризующими пожарную безопасность.

     Главным источником  возгорания на открытых пожарах является излучение факела, которое оказывает возгорание или тепловое воздействие на людей.

    Тепловое воздействие пламени происходит на основе превращения тепла в энергию электромагнитных волн в основном инфракрасного диапазона, которые распространяются в вакууме со скоростью света (300 тыс. км / с)

 Тела поглощают инфракрасные и тепловые лучи, превращая их в тепловую энергию, которая аккумулируются в них, что приводит к возгоранию при условии: q › q_кр.

    Вычисляемое на основе закона Стефана-Больцмана значение плотности теплового потока (q), используемое для оценки безопасных расстояний, существенно зависит от продолжительности действия.

Минимально необходимое для возгорания материала, из которого состоит облучаемое тело, тепловое излучение, воздействующее на это тело в течение определенного времени, называется критическим тепловым излучением (q_кр).

Плотность теплового излучения, воздействующего на элементарную площадку на поверхности облучаемого тела, расположенную перпендикулярно направлению этого излучения (q), рассчитывается по закону Стефана-Больцмана:

q = C_o ε_пр ψ₁₂[(T_и / 100)⁴- (T_м / 100)⁴] Вт/м²,                                                    (40)

где C_o – постояннаяСтефана- Больцмана, C_o = 5,67 Вт/(м² К⁴);

ε_пр – приведенная степень черноты пары источник- материал, определяется соотношением:

ε_пр = 1 / (1/ ε_и+1/ ε_м -1)                                                                                               (41)

где ε_и – степень черноты факела пламени;

ε_м – степень черноты облучаемого материала;

 T_и – температура пламени источника;

T_м – температура самовоспламенения облучаемого материала.

Ψ₁₂ –коэффициент, определяющий долю лучистой энергии от полной поверхности излучающего тела, достигающую элементарной площадки на оцениваемом материале (индекс «12» - от первого тела к второму)

Значение этого коэффициента зависит от формы и размеров факела пламени, а также от расположения облучаемой элементарной площадки по отношению к факелу пламени.

В практических расчетах факел пламени условно заменяется прямоугольной площадкой. Для удобства расчетов прямоугольный факел пламени в свою очередь делится на несколько прямоугольников(чаще с одинаковыми размерами а х в),а исследуемая точка возгорания выбирается на расстоянии r на нормали к одной из вершин прямоугольника с размерами а х в. В этом случае сначала рассчитывается промежуточная величина ψ₁₂¹, а затем величина ψ₁₂. Значение ψ₁₂ может быть рассчитано по формулам:

 ψ₁₂ = 4 ψ₁₂¹ –  в случае, когда элементарная площадка расположена напротив геометрического центра излучающей поверхности; 

ψ₁₂ = 2 ψ₁₂¹ -  в случае, когда элементарная площадка расположена на уровне нижней кромки излучающей поверхности.

 Размеры прямоугольника, условно заменяющего факел пламени, при определении ψ₁₂¹ принимаются:

 А – меньший из размеров, в – больший из размеров.

При решении задач при определении ψ₁₂¹  следует пользоваться таблицей.

Приведенное уравнение справедливо при двух допущениях:

- учитывается только лучистый теплообмен, т.е. конвективным теплообменом пренебрегают;

- тела, между которыми идет лучистый теплообмен, разделены не поглощающей средой.

 Таблица 16. – Значения величины (ψ₁₂10000) в зависимости от b/a и r/a

b/a	1	2	3	4	5	6	7	8	9	10
r/a
1	1197	1500	1689	1829	1934	2012	2073	2121	2160	2192
2	589	906	1098	1247	1375	1485	1579	1661	1731	1792
3	309	536	691	810	912	1006	1093	1174	1250	1320
4	185	339	456	549	626	696	762	825	886	944
5	121	229	318	391	452	505	555	602	647	692
6	86	164	233	290	340	383	422	458	493	527
7	63	123	177	223	264	299	331	361	389	415
8	49	95	138	176	210	240	267	292	315	337
9	39	76	111	143	171	197	220	241	261	279
10	31	62	91	118	142	164	184	202	219	235

Задача 1

   Оценить возможность переброса огня с одного штабеля пиломатериалов на другой, расположенных параллельно друг другу на расстоянии r метров. Размеры штабелей: длина – b м, высота –  a м. Начало тушения через t минут после загорания. Высота пламени принимается удвоенной высоте штабеля. Длина пламени определяется как произведение скорости распространения пламени (1 м/ мин)  на время до начала тушения пожара (τ). Полученная в результате длина пламени не должна превышать длину штабеля.

 Температура поверхности пламени при горении древесины –Т_и = 1373 К;

 температура самовоспламенения древесины - Т_доп = 568 К;

степень черноты пламени факела пламени ε_и = 0,7;

 степень черноты облучаемой древесины ε_м = 0,93;

значения критической плотности теплового потока q_кр = 12900 вт/ м^2/.

 Значения высоты и дины штабеля, расстояния между штабелями, а также время начала тушения пожара представлены в таблице.

Таблица 17. - Варианты для самостоятельной работы

№ варианта	1	2	3	4	5	6	7	8	9	10
R, м	5	7	19	12	15	5	7	10	12	15
A, м	2	3	4	2	3	4	2	3	4	2
b. м	15	18	10	15	20	15	18	20	12	15
τ, мин.	15	15	8	15	15	5	10	20	10	5

        

Пример решения задачи

  Плотность теплового потока по закону Стефана- Больцмана:

Q = C_o ε_пр ψ₁₂[(T_и / 100)⁴- (T_м / 100)⁴] Вт/м²,                                               

 где C_o – постояннаяСтефана- Больцмана, C_o = 5,67 Вт/(м² К⁴);

ε_пр – приведенная степень черноты пары источник- материал:

ε_пр = 1 / (1/ ε_и+1/ ε_м -1) =ε_пр = 1 / (1/ 0,7+1/ 0,9 -1) = 0,65.     

Значение ψ₁₂ в случае, когда элементарная площадка расположена напротив геометрического центра излучающей поверхности, определяется по формуле:

ψ₁₂ = 4 ψ₁₂¹.

Значения ψ₁₂¹ определяются значениями размера факела. Принимаем, что факел имеет форму прямоугольника. Высота факела равна удвоенной высоте штабеля пиломатериалов а= 2∙2 = 4 м, длина определяется как произведение скорости его распространения на время до начала тушения пожара в = 1 ∙15 = 15 м. Скорость распространения пламени принимаем 1 м/мин.

Исходя из значений в/а = 15/4 = 3,7 и r/а = 5/4 = 1,25, по справочным данным находим значение 10000 ψ₁₂¹ = 1829.

Ψ₁₂ = 4∙ 1829/10000 = 0,73.

T_и – температура пламени источника, по справочным данным T_и = 1373 К для древесины.

T_м – температура самовоспламенения облучаемого материала, по справочным данным T_м = 568 К для древесины.

Q = 5,68∙ 0,65∙ 0,73[(1373 / 100)⁴- (568 / 100)⁴] = 5,68∙ 0,65∙ 0,73 ∙ 34496,24 = 93176,7 Вт/ м²

Рассчитанное значение q больше значения q_кр = 12900 Вт/ м² (справочные данные), следовательно  переброс огня возможен.

Вопросы для самоконтроля

1. Составляющие «треугольника пожара»?

2. Как прекратить горение на пожаре?

3. Источники зажигания.

4. Процессы, протекающие при пожаре.

5. Что лежит в основе оценки возможности возгорания материала при пожаре?