1. Основные химические реакции процесса горения. Теплота сгорания




Название1. Основные химические реакции процесса горения. Теплота сгорания
страница7/13
Дата публикации26.08.2013
Размер1.45 Mb.
ТипДокументы
zadocs.ru > Математика > Документы
1   2   3   4   5   6   7   8   9   10   ...   13

Пример. Определить интенсивность теплового облучения на расстоянии 20м от горящего деревянного дома, длина которого равна 22,5 м, высота 10 м.

Решение. 1. Находим характерный размер факела пламени

R* = м

2. По соотношению (3.20) находим искомую интенсивность облучения J*,принимая согласно табл. 3 теплоту пожара qп = 260 кДж/м2·с.

J*= кДж/м2 ·с

Пример. Определить противопожарный разрыв между двумя деревянными зданиями, длина которых равна 10 м, высота 6,4 м.

Решение.1. Противопожарный разрыв находим по соотношению (3.21), принимая значения

R* = м, Jmin =21кДж/м2 ·с

Rmin м

2. В соответствии с данными табл.16 противопожарный разрыв должен быть увеличен на 20% (наличие деревянных оконных переплетов); таким образом

R п.д = 1,2 Rmin = 1,2 * 8 = 9,6 м.
Безопасные расстояния между зданиями, сооружениями rкр, м, определяют, разрешая соотношение (3.12) относительно r и заменяя величину J* на J min
(3.13)
В этом соотношении Jmin – минимальная интенсивность облучения, превышение которой приводит к возгоранию рассматриваемого объекта, Дж/м2·c; c0 – коэффициент, численное значение которого в условиях обычных пожаров допускается принимать равным 3,4 ккал/м·2·ч4 или 3,96Дж/м2·с·4; Tф – температура факела пламени, K (см. табл. 12), величины 1, 2, Fф находятся согласно рекомендациям предыдущего параграфа.

Расчёт температуры Tп опирается на решение задачи о распространении тепла по нагреваемой конструкции, которое замыкается экспе­риментальными данными.

Как известно, процесс передачи тепла в твёрдом теле описывается уравнением теплопроводности Фурье. Применительно к одномерной задаче уравнение имеет вид
, (3.14)

где T – температура, время, x – координата, – коэффициент температуропроводности,   коэффициент теплопроводности, cp  теплоёмкость материала при постоянном давлении,  плотность материала.
Уравнение (3.14) – уравнение параболического типа. Решению этого уравнения при начальных и граничных условиях, определяемых притоком тепла к облучаемой поверхности применительно к условиям реальных пожаров, посвящён ряд исследований [14, 17].

Экспериментальные данные по распределению температуры получены на специальных тепловых установках с помощью датчиков, установленных в различных точках тела конструкции.

В качестве примера на рис.12 показано распределение температуры при облучении тепловым потоком конструкции типа вертикальной стенки.


Рис.12. Распределение температуры в теле конструкции при облучении

тепловым потоком
Видно, что максимальная температура имеет место на лицевой поверхности облучаемой конструкции.

Как отмечалось ранее, при определении величины Jmin под температурой Tп в соотношении (3.13) подразумевают максимально допустимую температуру облучаемой поверхности, при превышении которой возможно возгорание конструкции. Критерием оценки Tп и Jmin для дерева, картона, торфа, хлопка принято считать появление искр на обогреваемой поверхности. Значения Tп и Jmin для легковоспламеняющихся и горючих жидкостей находятся по температуре самовоспламенения.

В приближенных расчетах при облучении сосновой древесины, фанеры, бумаги, плит ДВП, ДСП, хлопка, резины, бензина, керосина, мазута, нефти допускается принимать Tп=513K [8].

Значения Jmin для твердых материалов в зависимости от продолжительности пожара, т.е. продолжительности облучения, приведены в табл.13, для легковоспламеняющихся и горючих жидкостей – в табл.14.

Минимальная интенсивность облучения Jmin для твердых материалов



Материал

Значения Jmin , кДж/м2· с
при времени облучения в мин.

3

5

15

Древесина (сосна), влажность W=12% с шероховатой поверхностью

21

17,5

10,5

Древесина, окрашенная голубой и светло-коричневой масляной краской по строганной поверхности

26,6

23,4

17,5

Хлопок-волокно

11

9,7

7,5

Слоистый пластик

21,7

19,2

13,4

Пергамин

22,7

19,9

17,5


Таблица 14
Минимальная интенсивность облучения Jmin для жидких веществ


Температура самовоспламенения жидкости в С

Значения Jmin , кДж/м·2· с
при времени облучения в мин.

3

5

15

250

26,2

21,7

10,5

300

35

26,2

21

350

35,7

31,5

24,5

400 и более

40

35,7

28


Видно, что продолжительность воздействия теплового излучения оказывает существенное влияние на величину Jmin . При определении безопасных расстояний между зданиями, сооружениями применительно к наиболее часто наблюдаемой при пожарах температуре Tф=1350K рекомендуется принимать Jmin=21 кДж/м2· с, что соответствует введению в действие сил и средств пожаротушения по истечении 5 минут.

Обозначая , соотношение (3.13) можно привести к виду

(3.15)

Если выполняется условие , что может иметь место при горении жилых и промышленных зданий и других объектов, значения коэффициента K принимают согласно табл.15.

Таблица 15

Значения коэффициента K

Температура пламени, К

Значения коэффициента ^ К в зависимости
от величины Jmin , кДж/м2с




7

14

21

28

35

1000

0,91

0,64

0,55

0,46

0,37

1100

1,12

0,79

0,66

0,56

0,46

1200

1,34

0,96

0,79

0,68

0,55

1300

1,57

1,12

0,93

0,79

0,64

1400

1,85

1,32

1,05

0,94

0,77

1500

2,12

1,50

1,23

1,07

0,87

1600

2,24

1,72

1,40

1,22

1,00

1800

3,10

2,15

1,78

1,50

1,25


Следует отметить, что при температуре Tф=1350K и интенсивности облучения Jmin=21Дж/м2· c коэффициент K=1 и .

Площадь Fф при горении зданий, сооружений, штабелей пиленого леса принимают прямоугольной, т.е. FФ=ab, где a – ширина пламени, b – его высота.

В деревянных зданиях со сплошным остекленением ширину пламени полагают равной ширине здания; в зданиях с оконными проемами и несгораемыми стенами – равной суммарной ширине оконных проемов. Высоту пламени принимают для деревянных зданий равной высоте здания до конька крыши, для зданий с несгораемыми стенами – равной удвоенной высоте оконных проемов (поэтажно).

При горении штабеля пиленого леса длиной «a» высоту пламени «b» полагают в 2.53 раза превышающей высоту штабеля.

При горении резервуаров с нефтепродуктами площадь пламени представляют в виде равнобедренного треугольника, нижнее основание которого «а» и высота «b» равны 1,4 диаметра резервуара для легковоспламеняющихся и 1,2 диаметра – для горючих жидкостей, при этом .

Условия конкретных пожаров, связанные с конструктивными особен-ностями зданий, сооружений, различиями в значениях температуры Tф, атмосферными условиями, учитываются с помощью поправок табл.16. При пользовании этой таблицей подразумевается, что общий процент уменьшения безопасных расстояний между смежными объектами не должен превышать 100%.

Таблица 16

Значения поправок, учитывающих конкретные условия пожаров, при определении безопасных расстояний между зданиями



Факторы, влияющие на величину

безопасного расстояния

Надбавка

Уменьшение

в %

1

Повышение температуры факела пламени
свыше 1050С на каждые 100С

15




2

Уменьшение температуры факела пламени
ниже 1050С на каждые 100С




15

3

Скорость господствующего ветра превышает 4,5 м/с

25




4

Наличие автоматических или стационарных
систем пожаротушения




20

5

Отсутствие сгораемых материалов в наруж-ных ограждающих конструкциях




20

6

Наличие в смежных зданиях деревянных оконных переплетов

20




7

Подземное расположение емкостей с легко-воспламеняющимися и горючими жидкостями




50

На рис. 13 пунктиром показана схематизация факела пламени Fф для случаев горения: 1- деревянный дом, 2- штабель леса, 3- резервуар с горючей жидкостью.



Рис. 13. Схематизация факела пламени

а – ширина факела, b – высота факела, h – высота штабеля,
Ø – диаметр резервуара

Как отмечалось, в связи с широким использованием в народном хозяйстве продуктов нефтехимии, участились пожары, связанные с возгоранием резервуаров с горючими и легковоспламеняющимися жидкостями, разливов этих жидкостей по поверхности земли, воды.

Условия хранения, транспортировки таких жидкостей и горючих газов, различные аварийные ситуации, параметры пожаров рассматриваются в монографии В.В.Яковлева [32].

Следует отметить, что при оценке интенсивности теплового излучения горящего разлива нефтепродуктов имеют место определенные затруднения. Они связаны как с трудностями вычисления углового коэффициента облученности при сложной форме излучающей поверхности (цилиндрическая поверхность), так и с необходимостью учета задымления пламени и поглощения теплового излучения воздухом при его распространении на значительные расстояния при больших размерах пожара.

Согласно рекомендациям работы [32], интенсивность теплового облучения объекта (мишени), расположенного на расстоянии от центра горящего разлива нефтепродуктов,кДж/м2с, определяется по соотношению:

, (3,16)

где W - тепловая эмиссия, то есть среднеповерхностная интенсивность излучения пламени, кДж/м2с;

- угловой коэффициент облученности мишени;

- коэффициент, учитывающий поглощение теплового излучения воздухом.

Принимают, что при горении бензина и керосина ярко светящая зона пламени с температурой ~1150 и значением W=110…130 кДж/м2с составляет ~20 % площади поверхности пламени. Остальную часть занимает затененная дымом и сажей зона с температурой ~800 и значением W=30 кДж/м2с. При горении нефти или дизельного топлива значения W могут составлять 70…100 кДж/м2с и 20…30 кДж/м2с для яркой и задымленной зон пламени соответственно.

Среднее значение тепловой эмиссии пламени вычисляют по соотношению:

, (3.17)

где и - интенсивность теплового излучения яркой и задымленной частей пламени.

Величину углового коэффициента облученности определяют по соотношению:

(3.18)

где - составляющие этого коэффициента в горизонтальной и вертикальной плоскостях соответственно. Здесь:

,

где ; ; ;

В этих соотношениях:

S - площадь разлива нефтепродуктов, м2;

R - расстояние от центра разлива до мишени, м;

- диаметр горящего разлития, приведенного по форме к кругу, м;

- высота пламени, м;

- массовая скорость выгорания нефтепродуктов, кг/м2 с;

- плотность воздуха, кг/м3;

м/с2 – ускорение свободного падения;

Необходимо отметить, что согласно данным работы [32], высота пламени горящих разливов нефтепродуктов, как правило, не превосходит 10…30 м.
Коэффициент определяют по следующим зависимостям:

(3.19)

Соотношения (3,12), (3,16) являются основой для получения приближенных решений [25].

Для получения инженерных рекомендаций воспользуемся соотношением (1.35) для оценки количества тепла, выделяемого с единицы площади пожара в единицу времени, называемого теплотой пожара

,

где qn – теплота пожара, кДж/м2 ·с;

Qсг – теплота сгорания, кДж/кг;

Vm – массовая скорость выгорания, кг/м2 ·с (или кг/ м2 час);

 - коэффициент недожога.

Значения qn, Qсг , Vm приведены в табл.3; коэффициент недожога составляет 0,8 – 0,9 для веществ, богатых углеродом (нефть, мазут, рубероид и др.), при горении древесины = 0,85.

Интенсивность облучения J* ,кДж/м2 с, на расстоянии R, м, от горящего объекта можно оценить по соотношению

J*, (3.20)

где q п – теплота пожара ,кДж/м2·с (табл. 3);

R* – характерный размер факела пламени, м.;

æ – численный коэффициент

Коэффициент æ в формуле (3.20) играет важную роль. С одной стороны он является своеобразным аналогом произведению коэффициентов в соотношении (3.12), с другой – учитывает взаимозависимость величин «теплота пожара» и «тепловая эмиссия пламени». С учетом последнего обстоятельства за величину в формуле (3.20) принимают характерный размер факела пламени.

На основании расчетов по формулам (3.12) и (3.16) и экспериментальных данных принимают для горящих зданий, сооружений, штабелей пиленого леса, резервуаров с нефтепродуктами значения коэффициента æ = 0,08 и величины R* = - где площадь FФ определяется согласно рекомендациям по пользованию соотношением (3.15). При горении разливов легковоспламеняющихся и горючих жидкостей по поверхности земли, воды принимают значения æ = 0,02 и R* = , где – средний диаметр разлива, м; 10 м – высота пламени; S - площадь разлива, м2. При этом изменение коэффициента æ от значения 0,08 до значения 0, 02 связанно с видом излучающей тепло поверхности пламени (цилиндрическая поверхность), влияющим на величину углового коэффициента облученности и на расстояние R между излучающей и облучаемой элементарными площадками, см §3.1.

Безопасное расстояние между зданиями, сооружениями можно найти с помощью соотношения (3.20), разрешая его относительно R

Rкр = R*, (3.21)

где Rкр - искомое безопасное расстояние, м;

Jmin - минимальная интенсивность облучения, превышение которой приводит к возгоранию облучаемого объекта, кДж/м2·с

Как уже отмечалось, при определении безопасных расстояний между зданиями рекомендуется принимать Jmin=21 кДж/м2·с, что соответствует введению в действие сил и средств пожаротушения по истечению  5 минут [8].

При пользовании данным соотношением условия конкретных пожаров учитываются с помощью поправок №№ 3…7 табл. 16 .Поправки №№ 1 и 2 учтены в значениях теплоты пожара qп.

В качестве примера на рис. 14 представлены результаты расчета по соотношению (3.16) изменения интенсивности теплового потока с расстоянием при горении разлива нефти площадью 1000 м2 без учета задымления пламени при значении W=70 кДж/м2с (кривая 1) и с учетом задымления (кривая 2) при W=30 кДж/м2с (W=0,8·20+0,2·70=30кДж/м2с). Здесь же для сравнения пунктиром (кривая 3) нанесены значения определенные по соотношению (3.20). В обоих расчетах за значение принималось расстояние от центра горящего разлива.



Рис. 14 сравнение результатов расчета изменения интенсивности теплового потока с расстоянием при горении разлива нефти, по соотношениям (3.16) и (3.20).

Согласно рисунку видно, что в приближенных расчетах использование соотношения (3.20) вполне допустимо и оправдано.
1   2   3   4   5   6   7   8   9   10   ...   13

Похожие:

1. Основные химические реакции процесса горения. Теплота сгорания iconОт чего зависит температура тела?
Удельная теплоёмкость. Теплота нагревания и охлаждения Удельная теплота сгорания топлива. Теплота сгорания топлива

1. Основные химические реакции процесса горения. Теплота сгорания iconОгонь играет громадную роль в жизни человека. Применение огня для...
Даже в наши дни значение огня и горения огромно. Работа многочисленных современных двигателей внутреннего сгорания, дизелей, паровых...

1. Основные химические реакции процесса горения. Теплота сгорания icon1 Химические реакции при сгорании топлива
Для полного сгорания массовой или объемной единицы топлива необходимо вполне определенное количество воздуха, которое называется...

1. Основные химические реакции процесса горения. Теплота сгорания iconЕтся комплекс мероприятий, направлен ных на ликвидацию возникшего...
Поскольку для возникновения и развития процесса горения, обусловливающего явления пожара, необходимо одновременное сочетание горючего...

1. Основные химические реакции процесса горения. Теплота сгорания iconЗадачи пожарной профилактики 4 2 Сущность процесса горения и развития...
Основные законодательные документы и нормативно-правовые акты в области пожарной безопасности 7

1. Основные химические реакции процесса горения. Теплота сгорания iconПродукция
Этот катализатор, встречающийся только в mpg-boost™, ускоряет реальную скорость, при которой топливо смешивается с воздухом в камере...

1. Основные химические реакции процесса горения. Теплота сгорания iconБилеты органическая химия
Химические свойства альдегидов(реакции восстановления, окисления, присоединения)

1. Основные химические реакции процесса горения. Теплота сгорания iconХимические свойства алифатических альдегидов
Реакции альдегидов и кетонов, приводящих к образованию новых углерод–углеродных связей

1. Основные химические реакции процесса горения. Теплота сгорания iconБензины предназначены для применения в поршневых двигателях внутреннего...
Несмотря на различия в условиях применения автомобильные и авиационные бензины характеризуются в основном общими показателями качества,...

1. Основные химические реакции процесса горения. Теплота сгорания iconТехнологии работы биокатализатора mpg отличаются от химической присадки....
Садки к топливу являются обычными детергентами, то есть простыми очистителями камеры сгорания. Катализатор mpg также мягко очищает...

Вы можете разместить ссылку на наш сайт:
Школьные материалы


При копировании материала укажите ссылку © 2013
контакты
zadocs.ru
Главная страница

Разработка сайта — Веб студия Адаманов