9.6 Визначення висоти нейтральної зони. Методи регулювання газообміну на пожежі

Рух холодного повітря, що надходить в приміщення, і диму, що витікає із приміщення, підпорядковуються законам гідродинаміки.

Для виявлення загальних закономірностей газообміну при пожежі в огородженні приймемо деякі припущення:

1. Температура продуктів горіння в помешканні вище, чим температура навколишнього повітря, і з часом температура продуктів горіння не змінюється

2. Впливом вітру на газообмін зневажаємо, умовно рахуючи, що горіння протікає в безвітряну погоду

3. Площа і розташування припливного і витяжного отвору не змінюється

4. При газообміні маса вхідного повітря дорівнює масі вихідних продуктів горіння

Насправді, процес пожежі практично ніколи не можна вважати стаціонарним, тому мова йде про той період розвинутої пожежі, коли її характеристики змінюються мало.

Позначимо через h₁ і h₂ відстані від нейтральної зони до центрів двох вентиляційних отворів (рис. 9.10)

Рис. 9.10

У цьому випадку абсолютні значення надлишкових тисків у центрі нижнього і верхнього отвору можна визначити як

p₁ = p_атм - ρ_пов gh₁

p₂ = p_атм - ρ_пг gh₂

де     ρ_пов - густина холодного повітря, кг/м³;

ρ_пг - густина диму, кг/м³;

g - прискорення вільного падіння, м/с²;

h_i - відстань від площини рівних тисків до центру і-го отвору, м;

Температура продуктів горіння завжди вище температури повітря в помешканні і за його межами. Густина нагрітого газу знаходиться в оберненої пропорційній залежності від його температури.

Сила, що призводить до виштовхування диму, може бути визначена з рівняння:

ΔР= (ρ_пов - ρ_пг ) gh

Якщо прийняти площину нейтральної зони за точку відліку, то тиск у припливному і витяжному прорізі буде визначатися

ΔР₁ = (ρ_пов - ρ_пг ) gh₁

ΔР₂ = (ρ_пов - ρ_пг ) gh₂

При наповненні продуктами горіння приміщення в нижніх і верхніх отворах з'являється гідростатичний тиск, що можна визначити як на рівні землі, так і на рівні верхнього отвору.

При цьому тиск в центрі верхнього отвору більше атмосферного, бо густина газового середовища в цій площині менша, ніж густина повітря, а тиск у центрі нижнього отвору – менше атмосферного.

Газові потоки створюють у цих отворах швидкісний напір, який визначається за рівнянням Бернуллі:

у  припливному отворі:

у витяжному отворі:

де      υ- швидкість повітряного і газового потоку в отворах, м/с.

Провівши перетворення і відобразивши тиск в отворах через абсолютне значення тиску і через швидкісний напір

Одержимо

Витрата повітря, що надходить через припливні отвори в приміщення дорівнює витраті продуктів горіння, що виходять із витяжних отворів. Фактична витрата газового потоку визначається як

Підставивши у формулу значення швидкості газових потоків і провівши подальші перетворення, отримаємо вираження

Таким чином, очевидно, що відстань від площини рівних тисків до центрів припливного і витяжного отвору обернено пропорційні квадратам площі даних отворів, а також густині повітря і продуктів згоряння.

Провівши перетворення цього рівняння можна вивести формулу для визначення відстані від центру припливного (або витяжного отвору) до площини рівних тисків. Тому що h₁= H - h₂ (H=h₁+h₂ ), можна записати:

З урахуванням висоти припливного отвору

де      S_прип - площа припливного отвору, м²;

S_вит - площа витяжного отвору, м²;

h_прип - висота припливного отвору, м.

У більшості випадків горіння в огородженнях тиск змінюється незначно, тому можна вважати, що густина газу обернено пропорційна його температурі, отже можна записати

де      Т_пов; Т_пг - абсолютне значення температури повітря, що надходить, і димових газів, К.

Коли газообмін здійснюється через вентиляційні отвори, розташовані на одному рівні, нейтральна зона розташовується безпосередньо в площині двері або вікна, через які відбувається газообмін. При цьому вище нейтральної зони продукти горіння видавлюються назовні, а в нижній частині отвору відбувається підсос повітря в усередину приміщення. Аналогічні висновки в цьому випадку призводять до таких формул для розрахунку положення нейтральної зони

де      h_отвор - повна висота отвору, через який здійснюється повітрообмін, м.

Масову витрату продуктів згоряння, що витікають із приміщення, можна визначити як

- у випадку газообміну через один отвір:

- у випадку газообміну через два отвори

Н – відстань по висоті між серединами отворів, м.

При організації бойових дій, а також для успішної евакуації людей із зони задимлення необхідно проводити заходи щодо регулюванню положення нейтральної зони в об’ємі приміщення.

Аналіз отриманих залежностей положення нейтральної зони показує, що положення площини рівних тисків буде тим вище, чим менший тиск продуктів горіння і більший тиск свіжого повітря, що надходить в приміщення. Отже, основними напрямками регулювання газообміну пожежі в огородженні можуть бути:

1. Зниження тиску у верхній частині приміщення, що горить, шляхом відкачки нагрітих продуктів згоряння пересувними димососами і використання систем примусового видалення диму і вентиляції помешкань.

2. Підвищення ефективності процесу аерації приміщення за рахунок розкриття витяжних отворів у зоні, де створюється максимальна температура і тиск продуктів горіння. Для цього звичайно розкриваються димові й аераційні люки і ліхтарі в самою верхньої частини приміщення.

У деяких випадках підрозділи роблять розкриття стріхи і перекриття для випуску диму і зниження температури.

3. Зниження температури й осадження продуктів розпиленими і тонко розпиленими водяними струменями.

4. Регулювання співвідношення площ припливних і витяжних отворів. Нейтральна зона завжди розташовується ближче до тих отворів, площа котрих більше. Отже, при додатковому розкриття отворів у нижній частині приміщення, які працюють на припливу, і значному перевищенні їх над площею витяжних отворів нейтральна зона декілька опускається.

5.     Підвищення тиску повітря в нижній частині приміщення, що призводить до підвищення рівня нейтральної зони. Такі дії виконуються шляхом нагнітання чистого повітря в нижню частину приміщення пересувними пожежними димососами.

6. Зміна напрямку прямування конвекційних димогазових потоків шляхом устрою перемичок, перепон для поширення диму з повітряно-механічної піни, устрою протипожежних завіс і інших перепон.

Висновок: знання методів регулювання висоти нейтральної зони допоможе Вам при розробці оперативних планів пожежогасіння, проведенні робот по рятуванню людей із задимленого приміщення.

ЛЕКЦІЯ 10. ТЕПЛОВА ТЕОРІЯ ПОГАСАННЯ. ФІЗИЧНІ ТА ХІМІЧНІ АСПЕКТИ ТЕОРІЇ ПОГАСАННЯ

Питання для розгляду на лекції:

10.1 Роль концентраційних меж поширення полум'я у погасанні полум'я.

10.2 Погасання полум’я у вузьких каналах.

10.3 Межі розповсюдження полум'я в системі горючий газ +окислювач + флегматизатор.

Радикальним способом припинення горіння є розділення горючої речовини і окислювача. Проте це можливо тільки при дифузійному горінні. У останньому для обох видів горіння згасання полум'я може відбуватися за наступних умов:

1. Зниження концентрацій компонентів горючої суміші.

2. Охолоджування зони горіння.

3. Інгибірування горючої суміші.

Перші два способи взаимозависимы, оскільки охолодити зону горіння можна:

- або зниженням концентрацій компонентів суміші і, тим самим, теп-ловыделения реакції;

- або підвищенням теплоотвода в стінки реакційної судини.