Прогнозирование опасных факторов пожара

  Прогнозирование опасных факторов пожара.

Цели работы:

- изучить методики расчетов динамики опасных факторов пожара в помещениях различного назначения;

- привить  студентам навыки работы с  нормативной и справочной литературой  по вопросам прогнозирования  опасных факторов пожара.

Задачи:

1. Определить время наступления предельно допустимых для людей значений опасных факторов пожара;
2. Определить продолжительность начальной стадии пожара;
3. Определить прогнозируемую характерную продолжительность пожара;
4. Определить температурный режим пожара с учетом начальной стадии пожара;
5. Построить график динамики температурного режима в соответствии с данными полученными при решении задачи 4.

Исходные данные:

- коэффициент полноты сгорания, коэффициент теплоотвода в строительные конструкции, горючий материал и относительная пожарная нагрузка в соответствии с номером   варианта и таблицей 1.

- размеры помещения, виды и количество проемов приведены в таблице 2 в соответствии с номером варианта;

 

 

 

 

 

1. Аналитические соотношения для определения критической продолжительности пожара.

Для одиночного помещения высотой 5 м, при отсутствии систем противопожарной защиты, влияющих на развитие пожара, определяем критические времена по каждому из опасных факторов пожара с помощью аналитических соотношений:

1. по повышенной температуре:

=

2. по потере видимости:

 

3. по пониженному содержанию кислорода:

 

4. по каждому из газообразных токсичных продуктов горения:

=

где = - размерный комплекс, зависящий от теплоты сгорания материала и свободного объема помещения, кг;

t - начальная температура воздуха в помещении, °С;

n - показатель  степени, учитывающий изменение  массы выгорающего материала  во времени;

А - размерный  параметр, учитывающий удельную массовую скорость выгорания горючего материала  и площадь пожара, кг/с ;

Z - безразмерный  параметр, учитывающий неравномерность  распределения ОФП по высоте  помещения;

Q - низшая теплота сгорания материала, МДж/кг;

С - удельная изобарная теплоемкость газа, МДж/кг;

- коэффициент теплопотерь (принимается по данным справочной литературы, при отсутствии данных может быть принят равным 0,3);

- коэффициент полноты горения;

V - свободный  объем помещения, м ;

a - коэффициент  отражения предметов на путях  эвакуации;

Е - начальная  освещенность, лк;

l - предельная дальность видимости в дыму, м;

D - дымообразующая способность горящего материала, Нп·м /кг;

L - удельный  выход токсичных газов при  сгорании 1 кг материала, кг/кг;

Х - предельно  допустимое содержание токсичного газа в помещении, кг м (Х =0,ll кг/м ; Х = 1,16*10 кг/м ; Х =23*10 кг/м );

L - удельный расход кислорода, кг/кг.

Параметр z вычисляют  по формуле:

=

При H ≤ 6 м

где h - высота рабочей зоны, м;

Н - высота помещения, м.

Параметры А и n вычисляем для горизонтальной поверхности горения в виде прямоугольника, одна из сторон которого увеличивается в двух направлениях за счет распространения пламени:

    n=2

где b - перпендикулярный к направлению движения пламени  размер зоны горения, м.

Так как отсутствуют  специальные требования, значения α и Е принимаются равными 0,3 и 50 лк соответственно, а значение l = 20 м.

 

 

Расчет температурного режима пожара в помещении.

 

2. Определение интегральных теплотехнических параметров объемного свободно развивающегося пожара в помещении

2.1 Определяем  вид возможного пожара в помещении, вычисляем объем помещения V. Рассчитываем проемность помещений П,м^0,5, объемом V > 10м³ = м

                                   

Из справочной литературы выбираем количество воздуха, необходимое для сгорания 1 кг материала i-й пожарной нагрузки V_0i, нм³/кг.

Рассчитываем количество воздуха, необходимое для сгорания 1 кг материала пожарной нагрузки:

   м³/кг

                           

Определяем удельное критическое количество пожарной нагрузки q_кр.к кг/м², для кубического помещения объемом V, равным объему исследуемого помещения:

  = кг/м²

            

Вычисляем удельное значение пожарной нагрузки q_к, кг/м², для исследуемого помещения:

   кг/м².

                           

где S— площадь пола помещения, равная V^0,667.

Сравнивая значения q_к и q_кр.к . Если q_к < q_кр.к , то в помещении будет пожар, регулируемый нагрузкой (ПРН);

2.2 Расчет  среднеобъемной температуры

Определяем максимальную среднеобъемную температуру Т_mах для ПРН:

T_max - T₀ = 224 * =224* 11^0,528= 794                             

где t_п — характерная продолжительность объемного пожара, ч, рассчитываем по формуле:

= ч.

где n_cр — средняя скорость выгорания древесины, кг/(м² · мин);

n_i — средняя скорость выгорания i -го компонента твердого горючего или трудногорючего материала, кг/(м² · мин).

Вычисляем время достижения максимального значения среднеобъемной температуры t_max, мин для ПРН:

=32 -=30,3

Определяем изменение среднеобъемной температуры при объемном свободно развивающемся пожаре:

  = 308                  

где Т₀ — начальная среднеобъемная температура, °С;

t — текущее время, мин.

2.3 Расчет  средней температуры поверхности  перекрытия 

Определяем значение максимальной усредненной температуры поверхности перекрытия для ПРН:

   =130*11^0,64 = 603                  

Вычисляем время достижения максимального значения усредненной температуры поверхности перекрытия t_mах для ПРН:

= 40-17,3*11^1,32*е^-0,4*11=31,8

Определяем изменение средней температуры поверхности перекрытия:

 =321,7

где — начальная средняя температура поверхности перекрытия.

2.4 Расчет  средней температуры поверхности стен.

Определяем максимальную усредненную температуру поверхности стен для ПРН:

= 115*11^0,64 = 533                   

При 0,1 < t_п £ 0,5 ч максимальное усредненное значение температуры поверхности стены с точностью до 3,5 % составляет 533 °С.

Вычисляем время достижения максимального значения усредненной температуры поверхности стен t_mах для ПРН:

 = 35-9,3*11^1,55*е^-0,445*11= 32,3                 

Определяем изменение средней температуры стен:

= 289

где   — начальная средняя температура поверхности стен.

2.5 Расчет  плотности эффективного теплового  потока в конструкции стен  и перекрытия (покрытия).

Определяем максимальную усредненную плотность эффективного теплового потока в строительные конструкции при ПРН:

1. для конструкции стен:

=3,57*11^0,75=22

2. для конструкций перекрытия:

= 25,1

Вычисляем время достижения максимальной усредненной плотности теплового потока в конструкции для ПРН:

1) для конструкций стен:

=26-5,1*11⁵*е^-1,6*11= 21

2. для конструкций перекрытия (покрытия):

= 23

Определяем изменение средней плотности теплового потока в соответствующие конструкции:

= 2,7

3. Расчет температурного режима в помещении с учетом начальной стадии пожара при горении твердых горючих и трудногорючих материалов.

3.1 По данным  пожарно-технического обследования  или проектной документации определяем:

- объем помещения  V= 1200 ;

- площадь  проемов помещения А₌16,4 _;

- высоту  проемов h=1,5 м;

- общее количество  пожарной нагрузки каждого вида  горючего твердого материала  Р=4,7*10⁴ кг;

- приведенную  высоту проемов h=1,5;

- высоту  помещения 3;

- общее количество  пожарной нагрузки, приведенное  к древесине, Р=2,4*10⁴ кг;

3.2 По результатам  экспериментальных исследований  в соответствии с объемом помещения  1200м³ и пожарной нагрузкой 12 кг/м² определяем минимальную продолжительность начальной стадии пожара (НСП) t_НСП. Времени окончания НСП соответствует температура Т_в.

Расчет по результатам экспериментальных исследований продолжительность начальной стадии пожара:

t_НСП = 20 мин.

Температура общей вспышки в помещении:

Т_в = 250 °С.

Изменение температуры  в начальной стадии пожара:

( Т - Т₀ ) / (Т_НСП - Т₀) = (t / t_НСП )² = [ 523 - 293 (t / 40)² ]= 324

Т - 293=0,14 t² = 218

        3.3 По результатам расчета температурного режима строят зависимость среднеобъемной температуры в помещении в координатах температура — время так, чтобы значению температуры Т_в на восходящей ветви соответствовало значение t_НСП.

3.4 Определяют изменение среднеобъемной температуры в начальной стадии пожара:

( Т - Т₀ ) / (Т_НСП - Т₀) = (t / t_НСП )²= 324

где Т_НСП ^— среднеобъемная температура в момент окончания НСП.

Среднее значение Т_НСП горении пожарной нагрузки из твердых органических материалов принимается равным 250 °С.

Характерная продолжительность пожара:

= ч.

Время достижения максимальной среднеобъемной температуры:

t_mах = t_п = 12 мин

Изменение среднеобъемной температуры при объемном свободно развивающемся пожаре:

= 345

= 432

Изменение среднеобъемной температуры при пожаре с учетом начальной стадии пожара в помещении  объемом V = 1200 м³, проемностью П= 0,126 м^0,5, с пожарной нагрузкой, приведенной к древесине в количестве 15 кг/м², представлен на рисунке 1.

Рисунок 1 — Изменение среднеобъемной температуры по времени с учетом начальной стадии пожара