Задача 4.

Расчет возможного температурного режима при пожаре в помещении выполняется с целью установления:

а) действительного предела огнестойкости строительных конструкций; б) времени эвакуации людей из помещения; в) времени срабатывания датчиков пожарной автоматики и в других случаях.

Среднеобъемная температура среды в помещении при пожаре для любого заданного момента времени τ от начала его развития:

,

где T_a – температура продуктов горения, К

.

Здесь η – коэффициент полноты горения (η = 1); – теплота сгорания жидкости, Дж/кг (приложение 2); V_г – приведенный действительный объем продуктов горения, образующихся при сгорании 1 кг жидкости и коэффициенте избытка воздуха α_m, м³/кг

),

V°_г – объем продуктов горения, образующихся при сгорании 1 кг горючей жидкости и теоретически необходимом количестве воздуха, м³/кг (приложение 2); V₀ – количество воздуха, необходимого для полного сгорания 1 кг горючей жидкости, м³/кг (приложение 2); α_m - коэффициент избытка воздуха, вычисляется по формуле

α_m = V_д/V_о,

В – масса жидкости, сгорающей при пожаре за секунду (расход горючей жидкости) кг/с

,

где М_о – массовая скорость выгорания жидкости, кг/(м²∙с) (приложение 2); τ – время, отсчитываемое от начала пожара, мин; С_р – удельная объемная изобарная теплоемкость продуктов горения при постоянном давлении, Дж/(м³∙К)

,

где σ₀ = 5,7∙10^-8 - константа излучения абсолютного черного тела, Вт/(м²∙К); Е_пр - приведенная степень черноты системы «среда – поверхность ограждения».

,

где F – площадь поверхностей теплообмена, м².

F = 2(α + b)H + 2ab.

Локальное значение температуры среды в помещении при пожаре для любого момента времени τ

.

Над факелом под перекрытием (χ = 0, Y= Н)

.

На высоте от пола (Y = 1,5) и на любом расстоянии от границы горения

.

Для расчета среднеобъемной температуры в помещении при пожаре необходимо знать значения приведенной степени черноты Е_пр и удельной теплоемкости С_р. Значения этих физических величин, как видно, являются функцией искомой температуры. Такие задачи решаются методом последовательных приближений.

Задаваясь значением искомой величины Т_m,τ, определяют Е_пр и С_р, а затем рассчитывают среднеобъемную температуру. При неудовлетворительном совпадении результата расчета температуры с принятым ее значением операцию повторяют. Результат расчета температуры в первом приближении берут за исходную величину.

Величиной Т_m,τ для нахождения значений Е_пр и С_р приходится задаваться, исходя из опыта и практики расчета. Полезно воспользоваться графиком рис.19.2[4] и определить ориентировочно значение t_m,τ.

Методика определения среднеобъемной температуры для любого момента времени от начала пожара по номограмме рассмотрена в примере 19.7 [4] и в § 25.2 стр. 395[3].

Алгоритм решения задачи

1. Выпишите из приложения 2 значения и для заданной жидкости.

2. Рассчитайте среднее значение коэффициента избытка воздуха α_m.

3. Рассчитайте приведенный объем продуктов горения V_г.

4. Рассчитайте средний расход горючей жидкости В (В₁, В₂, В₃, ...) соответственно за время развития пожара τ = 2 мин (5, 15 и 30 мин).

Задайтесь значением среднеобъемной температуры в помещении для τ = 2 мин развития пожара. (Здесь полезно воспользоваться номограммой рис. 19.7 [4]).

5. Рассчитайте удельную объемную изобарную теплоемкость среды С_р в помещении при пожаре.

6. Рассчитайте значение приведенной степени черноты системы Е_пр.

7. Рассчитайте значение теоретической температуры горения жидкости Т_а.

8. Рассчитайте значение среднеобъемной температуры среды Т_m,τ в помещении для τ = 2 мин развития пожара.

9. Сравните полученное расчетом (п.9) значение среднеобъемной температуры с принятым ранее значением ее для нахождения величин С_р и Е_пр (пп. 6 и 7). При неудовлетворительном совпадении (расхождение более ±10%) следует задаться новым значением Т_m,τ и расчет выполнить в следующем приближении.

10. Рассчитайте значение температуры под перекрытием над факелом для τ = 2 мин развития пожара.

11. Рассчитайте температуру среды в помещении на заданных расстояниях от границы горения на высоте 1,5 м от пола для τ = 2 мин развития пожара. По результатам расчетов этого пункта постройте график T = f(χ).

Расчеты по пп. 5-10 выполните для 5, 15 и 30 мин развития пожара в помещении. По результатам расчетов постройте графики и . Последний график в дальнейшем используется для расчета температурного поля в плите перекрытия (задача 5 контрольной работы), поэтому его следует выполнить на отдельном листе в удобном для работы масштабе.