Расчет основных параметров горения и тушения пожара газового фонтана

Результаты расчетов по формуле (13) приведены в табл. 5.

Таблица 5

 

L, м	0	10	20	40	80
90,25+L2	90,25	190,25	490,25	1690,25	6490,25
qЛ, кВт/м2	72,93	34,6	13,4	3,89	1,014

График зависимости  q_Л = f(L) приведен  на  рис.1.

Рис. 1

 

По рис. 1 определяем зону, в которой  личный состав может работать длительное время в боевой одежде и в касках с защитными щитками без специального теплозашитного снаряжения. Границой этой зоны является L»35 м, где мощность теплового потока составляет 4,2 кВт/м².

По рис. 1 определяем границу зоны, в которой личный состав может  вести боевую работу в течение 5 минут  в специальном теплозащитном  снаряжении под защитой распыленных  водяных струй. Эта граница определяется мощностью теплового потока в 14 кВт/м², при этом L » 18 м.

 

5. За адиабатическую  температуру потухания Т_П можно принять минимально возможную адиабатическую температуру горения газового фонтана. Удобнее всего при расчетах эту температуру считать температурой горения на нижнем концентрационном пределе распространения пламени (НКПР).

Значения концентрационных пределов распространения пламени  для компонентов смеси находим  по справочным данным:

• для метана:              j_н = 5 %,          j_в = 15 %.
• для этана:                 j_н = 3,22%,      j_в = 12,45 %.
• для сероводорода:   j_н = 4,3 %,       j_в = 45,5 %.

Нижний концентрационный предел распространения пламени для смеси находим по формуле:

         

                    (14)

В соответствии с тепловой теорией, наличие пределов распространения пламени можно объяснить тем, что для распространения пламени по  горючей паро- или газовоздушной среде необходимо выделение определенного количества тепла. Экспериментально установлено, что количество тепла, выделяющееся при горении смесей с содержанием горючего, отвечающим нижнему концентрационному пределу распространения пламени (НКПР), для большинства веществ, является приблизительно величиной постоянной, равной 1830 кДж/м³. Эту величину называют предельной теплотой сгорания Q_пр. Если известно значение низшей теплоты сгорания вещества Q_н, то можно рассчитать концентрацию горючего, %, в предельной по горючести смеси, т.е. величину НКПР:

                           (15)

Полагая Q_H = 1830 кДж/м³, из (12) найдем Q_ПР:

 кДж/м³.

Среднее теплосодержание  продуктов  горения при этом будет составлять:

Далее, снова воспользуемся  зависимостью теплосодержания газов  от температуры, установим, какой температуре соответствует такое теплосодержание. Делаем это, ориентируясь на азот, так как его больше всего в продуктах горения. Из справочных данных видно, что при  температуре 300^oС теплосодержание азота 8,8 кДж/моль. Уточним, сколько потребовалось бы тепла, чтобы нагреть продукты горения до такой температуры.

При Т₁ = 300 ^oС:

Q₁ = 12,5×0,96+13,2×0,07+10,4×1,99+8,8×7,614 = 100,6232 кДж.

Но это больше, чем выделилось тепла в результате реакции горения:

Q₁ > Q_Ф = 90,219 кДж/моль.

Поэтому можно сказать, что температура горения меньше, чем 300^oС.

Определим, сколько тепла  потребуется для нагревания продуктов  горения до температуры Т₂ = 200 ^oС:

Q₂ = 8×0,96+8,5×0,07+6,8×1,99+5,8×7,614 = 65,97 кДж.

Q₂ уже меньше, чем Q_н, из этого можно сделать вывод, что температура горения имеет значение между 200^oС и 300^oС. Уточним эту температуру линейной интерполяцией между двумя этими ближайшими значениями:

°С .

Таким образом, искомая  температура  потухания: Т_П = 270°С.

 

6. Для расчета удельного  расхода воды необходимо оценить,  какое количество тепла требуется отвести от зоны горения (Q_ОТВ, кДж/м³), чтобы снизить температуру горения до температуры потухания:

                                                    

                                             (16)

где Q_H – низшая теплота сгорания газовой смеси, кДж/м³;

       Q_П – теплосодержание продуктов горения при температуре потухания, кДж/м³.

 кДж/м³.

Удельный расход воды ( , л/м³) на тушение определяется соотношением:

                                                        

                                               (17)   

где Q_ОХ – охлаждающий эффект воды при ее нагревании от Т₀ до температуры потухания:

                              

                        (18)

где  Т_КИП, Т₀ – соответственно температура кипения (100°С) и начальная температура (20°С) воды;

          С – теплоемкость воды (4,2 кДж/кг×град);

          С_Р – теплоемкость водяного пара (2,52 кДж/кг×град);

          Q_ИСП – скрытая теплота парообразования воды (2260 кДж/кг).

С учетом числовых значений по (18):

 кДж/кг.

Далее по (17):

л/м³.

Минимальный секундный  расход воды (V_min, л/с) составит:

                                

л/с;                         (19)   

где V – секундный расход газа, м³/с.

 

7. Фактический удельный расход  воды V_УД в л/м³ определим по формуле:

                                        

л/м³.                              (20)

Где V_Ф – фактический секундный расход воды на тушение газового фонтана, л/с;

        V – фактический секундный расход газа, м³/с.

 

8. Определяем коэффициент использования  воды:

(100 %).

 

9. Заполняем итоговую таблицу

Параметры фонтана		Параметры пожара				Параметры тушения
Дебит, млн.м3 сутки	Режим истечения  газа	Температура горения, °С		Расстояние, м при		секундный расход воды, л/с	удельный расход воды, л/м3	коэф. использ. воды
		Адиаб.	Дейст.	4,2 кВт/м2	14 кВт/м2
1,96	Сверх-звуковой	2240	1300	35	18	1,385	0,1326	1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Литература:

 

1. Андросов А.С. Курсовая работа по дисциплине «Физико-химические основы развития и тушения пожаров». Теоретический расчет основных параметров горения и тушения пожара газового фонтана. Задание и методические рекомендации по выполнению. – М.:  Академия ГПС МЧС России, 2003. – 12 с.

2. Андросов А.С., Салеев  Е.П. Примеры и задачи по курсу. Теория горения и взрыва. Учебное пособие. - М.: Аrfltvbz ГПС МЧС России, 2005. -   86  с.

3. Абдурагимов И.М., Говоров В.Ю., Макаров В.Е. Физико-химические основы развития и тушения пожаров. - М.: ВИПТШ МВД СССР, 1980.

4. Рабочая   программа  "Теоретические основы процессов горения". - М.: МИПБ МВД РФ. 1998. - 14 с.

5. Бегишев И. Р., Бобков  С. А., Исаева Л. К. Методические указания и контрольные задания по курсу “Теоретические основы процессов горения”. – М.: МИПБ МВД России, 1999. 111 с.