Условия экспериментального моделирования температурного режима в помещении
Основные упрощения интегральной модели:
- газовая смесь состоит из идеальных газов
- состояние газовой среды помещения и параметры тепломассообмена в каждый момент времени однозначно определяются среднеобъемными значениями параметров состояния газовой среды
- поверхности равных давлений внутри и снаружи помещения, а также скоростей, равных нулю, в области проема являются плоскостями и совпадают друг с другом
- геометрическое положение пожарной нагрузки в помещении не влияет на параметры тепломассообмена через открытые проемы с окружающей средой и теплоотвода в ограждающие конструкции.
Основные упрощения зонной модели:
- газовая смесь состоит из идеальных газов
- припотолочный слой является плоскопараллельным потолку, равномерно прогретым и задымленным
- состояние газовой среды помещения и параметры тепломассообмена в каждый момент времени однозначно определены среднезонными значениями параметров состояния газовой среды
- геометрическое положение пожарной нагрузки в помещении не влияет на параметры тепломассообмена через открытые проемы с окружающей средой и теплоотвода в ограждающих конструкциях.
Для полевой модели:
Допущения и упрощения реальной термогазодинамической картины процесса:
• существует локальное термодинамическое и химическое равновесие во всем объеме помещения, что позволяет использовать равновесное уравнение состояния;
• газовая среда является смесью идеальных газов, что дает удовлетворительное приближение в диапазонах температур и давлений, характерных при пожаре;
• локальные скорости и температуры компонентов газовой смеси и твердых (или жидких) частиц одинаковы между собой в каждой точке пространства (односкоростная и однотемпературная модель);
• химическая реакция горения является одноступенчатой и необратимой;
• диссоциация и ионизация среды при высоких температурах не учитывается;
• турбулентные пульсации не влияют на тепло физические свойства среды;
• взаимным влиянием турбулентности и излучения пренебрегаем;
• пренебрегается обратным влиянием горения на скорость газификации горючего материала;
• термо- и бародиффузией пренебрегаем.
Удельное значение пожарной нагрузки
Удельная пожарная нагрузка g, МДж× м-2, определяется из соотношения
где S – площадь размещения пожарной нагрузки, м2 (но не менее 10 м2).
Согласно НПБ 105-03 “Определение категорий помещений, зданий и наружных установок по взрывопожарной и пожарной опасности”
Модель пожара в помещении
Основные научные проблемы:
- турбулентный тепломассообмен возникает при горении газообразных веществ и твердых веществ в условиях совместного воздействия ряда возмущающих течение факторов
- лучистый теплообмен фактически неоднородной двухфазной газовой среды в условиях турбулентного горения и его влияния на конвективный массообмен
- процесс нагрева и газификации пожарной нагрузки под тепловым воздействием пожара
- фазовые переходы в условиях пожара
- совместное определение теплового и напряженного состояния ограждающих конструкций помещения.
Виды математических моделей:
1)интегральная (основана на определении средних значений параметров ОФП)
2)зонная (основано на определении усредненных значений параметров ОФП в определенных зонах помещения)
3)дифференциальная (полевая) основана на разделении объемов помещения на отдельные маленькие по своему значению объемы, для которых определяют средние значения ОФП.
Указанные модели различаются разным уровнем детализации термогазодинамической картины пожара и, как следствие, сложностью применения и точностью получения результатов.
Низшая теплота сгорания
Низшая теплота сгорания соответствует тому количеству теплоты, которое выделяется при полном сгорании, без учёта теплоты конденсации водяного пара. Теплоту конденсации водяных паров также называют скрытой теплотой сгорания.
Таким образом, низшая теплота сгорания - это количество теплоты, выделившейся при полном сгорании единицы массы или объема (для газа) горючего вещества и охлаждении продуктов сгорания до температуры точки росы. В теплотехнических расчетах низшая теплота сгорания принимается как 100%. Скрытая теплота сгорания газа - это теплота, которая выделяется при конденсации водяных паров, содержащихся в продуктах сгорания. Теоретически она может достигать 11%.
На практике, не удается охладить продукты сгорания до полной конденсации и потому введено понятие низшей теплоты сгорания (QHp), которую получают, вычитая из высшей теплоты сгорания теплоту парообразования водяных паров как содержащихся в топливе, так и образовавшихся при его сжигании. На парообразование 1 кг водяных паров расходуется 2514 кДж/кг (600 ккал/кг). Для твердого и жидкого топлива низшая теплота сгорания определяется по формулам (кДж/кг или ккал/кг):
Или
де: 2514 - теплота парообразования при температуре 0°С и атмосферном давлении, кДж/кг;
НР и WР - содержание водорода и водяных паров в рабочем топливе, %;
9 - коэффициент, показывающий, что при сгорании 1 кг водорода в соединении с кислородом образуется 9 кг воды.
Теплота сгорания является наиболее важной характеристикой топлива, так как определяет количество тепла, получаемого при сжигании 1 кг твердого или жидкого топлива или 1 м³ газообразного топлива в кДж/кг (ккал/кг). 1 ккал = 4,1868 или 4,19 кДж.
Низшая теплота сгорания определяется экспериментально для каждого вещества и является справочной величиной. Также её можно определить для твердых и жидких материалов, при известном элементарном составе, расчетным способом в соответствии с формулой Д.И.Менделеева, кДж/кг или ккал/кг:
Или
Плоскость равных давлений
Установленные законы распределения давлений внутри и снаружи помещения позволяют найти положение горизонтальной плоскости, на которой наружное давление равно давлению внутри помещения. Эту плоскость называют плоскостью равных давлений (ПРД). Положение этой плоскости определяется координатой, которую обозначают символом y*.
В процессе развития пожара параметры состояние среды внутри помещения изменяются. Следовательно, в процессе развития пожара изменяется положение ПРД, т.е. изменяется значение координаты y*.
В зависимости от расположения проемов относительно ПРД возможны три разных режима работы проемов. Если проем целиком расположен выше ПРД, то через этот проем будут только выбрасываться газы из помещения. Этот режим называется режимом выталкивания. Если проем целиком расположен ниже ПРД, то через этот проем будет только поступать воздух из окружающей среды. Этот режим называется режимом всасывания воздуха. Наконец, если ПРД проходит через проем, разделяя его на две части, то в этом случае через верхнюю часть проема выталкиваются газы из помещения, а через нижнюю всасывается воздух из окружающей среды. Этот режим называется смешанным. В процессе развития пожара может происходить смена режимов работы всех проемов, так как положение ПРД изменяется.