Теплотехнические характеристики металла

Металл	Удельная теплоемкость кДж/(кг∙K)	Потность, кг/м3	Ткр, К
Сталь 3	0,44 + 0,0048(Тср- 273)
Алюминиевые сплавы типа АМц	0,88

IV. Среднее значение коэффициента удельной теплоемкости С _ср находится с учетом средней температуры металла:

, (4.3.5.)

где С_о - начальное значение коэффициента удельной теплоемкости кДж/(кг∙K); k-коэффициент пропорциональности.
V. Рассчитывается значение параметра β:
, (4.3.6.)
где γ - плотность металла, кг/м³.
VI. По номограмме (рис. 3.1.)для известных значений Т_кр и βопределяется значение τ.
VII. Устанавливается предел огнестойкости конструкции

(4.3.7.)
Для оценки предела огнестойкости незащищённых металлических конструкций может быть использована зависимость, полученная д.т.н. проф. Беликовым А.С.:
(4.3.8.)
где τ - предел огнестойкости, ч; δ_пр – приведенная толщина металла, см.

Представленная зависимость наиболее полно описывает экспериментальные данные (отклонения не превышают 3,5%).
Расчет прогрева теплоизолированных стальных конструкций (теплотехническая задача) производится по формуле:
, (4.3.9.)
где Т _м(δ₎ - температура металла, К; Т п_ов(δ₎ - температура поверхности изоляции, К; Т0 - начальная температура конструкции, К; θ - безразмерный параметр, который определяется по номограмме.

Рис. 4.3.1. Номограмма для расчета огнестойкости незащищенных металлических конструкций

Рассмотрим последовательность вычисления для теплоизолированных конструкций.
1. Вычисляем приведенную толщину δ_x(y) следующим образом:
а) для неограниченной теплоизолированной пластины δ_х(у) равна толщине металлической пластины;
б) для теплоизолированных стержней прямоугольного сечения:

(4.3.10.)

где а и b — размеры поперечного сечения конструкции, м; δ_пр,х и δ_пр,у — приведенные толщины пластин по осям х и у:

(4.3.11.)

(4.3.12.)

где С_м,0,С₀ — начальное значение коэффициента удельной теплоемкости металла и теплоизоляции; δ_х , δ_у—толщина стенок сечения, м; δ₀ —толщина теплоизоляционного слоя, м;
в) для теплоизолированных стержней круглого сечения:

(4.3.13.)

где d_н — наружный диаметр сечения, м; δ_м — толщина стенки сечения, м;

г) для теплоизолированных стержней двутаврового сечения приведенная толщина полки:

(4.3.14.)

где l — толщина полки, м;

Рис. 4.3.2. Распределение относительной избыточной температуры в теплоизолированной металлической конструкции

Стенки:

(4.3.15.)

где d —толщина стенки, м; h — высота стенки, м.

2. Рассчитываем плотность сухого γ_с и влажного γ_в материала теплоизоляционного слоя:
(4.3.16.)
где Р — весовая влажность сухого материала, %.
3. Выбираем для дальнейшего расчета произвольно момент времени.
4. По рис. 3.3. с учетом выбранного интервала времени и плотности материала определяем значение температуры поверхности Т_пов и среднее значение температуры Т_ср для каждого вида материала:

, (4.3.17.)

5. Оцениваем среднее значение теплофизических характеристик материалов:

(4.3.18.)

где λ_ср - средний коэффициент теплопроводности сухого материала Вт/(м∙K); С_ср - средний коэффициент удельной теплоемкости сухого материала, кДж/(кг∙K). Величина C_сропределяется по формуле (3.5.).

6. Рассчитываем число Фурье:
(4.3.19.)
7. Находим значение параметра N:
(4.3.20.)

8. Для рассчитанных F 0 и N определяем значение безразмерного параметра θпо рис. 3.2.
9. По формуле (4.3.19.) для заданного промежутка времени устанавливаем температуру металла.
Расчет по пунктам 3—9 повторяется с учетом новых интервалов времени до того момента, когда температура конструкции достигнет критического значения Т_кр. Следовательно, время достижения критической температуры и будет пределом ее огнестойкости.
Предложенная методика для оценки предела огнестойкости конструкций проста, требует малых затрат времени и дает возможность разработать меры профилактики.

Рис.4.3.3. Изменение температуры поверхности конструкций из материалов с различной плотностью.