Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

1

Кафедра защиты в ЧС и гражданской обороны

«Основы гражданской защиты в чрезвычайных ситуациях»

ТЕМА 1. Основные характеристики и классификация чрезвычайных ситуаций

Лекция

ПРОГНОЗИРОВАНИЕ ОБСТАНОВКИ ПРИ АВАРИЯХ НА ПОЖАРОООПАСНЫХ ОБЪЕКТАХ

Оценка возможности возгорания.

Возможность возгорания конструкций и материалов, а также безопасное удаление людей от очага пожара являются главными показателями, характеризующими противопожарную безопасность. Эта безопасность зависит от ряда факторов, основные из которых показаны на рисунке 1.

Рисунок 1. - Основные факторы, воздействующие на окружающую среду при пожаре:

На открытых пожарах главным источником, вызывающим возгорания или оказывающим тепловое воздействие на людей, является излучение факела пламени. Это излучение представляет собой мощный источник тепловой энергии. В ряде случаев температурное воздействие пламени настолько велико, что может прогреть строительные конструкции до критической температуры, после которой нагрузки на эти конструкции приводят к их деформации.

Тепловое воздействие пламени происходит на основе превращения тепла в энергию электромагнитных волн в основном инфракрасного диапазона, которые распространяются в вакууме со скоростью света (300 тыс. км. с.).

Тела поглощают инфракрасные и световые лучи, превращая их в тепловую энергию. В свою очередь нагретое тело отдает тепло в виде испускаемых в окружающую среду лучей, т. е., часть лучистой энергии отражается телом или проходит сквозь него. В общем виде воздействие теплового излучения зависит от длины волны, лучеиспускательной интенсивности пламени и поглощательной способности тела. Баланс лучистого теплообмена описывается следующим выражением:

Q = Q_R + Q_A + Q_D

Где:

Q - лучистая энергия, воздействующая на тело;

Q_R, Q_A, Q_D - отраженная, поглощенная и проходящая сквозь тело лучистая энергия.

Разделив обе части этого выражения на Q получим:

R + A + D = 1

Где:

R = Q_R / Q

A = Q_A / Q

D = Q_D / Q

- коэффициенты, характеризующие отражательную, поглощательную и пропуск способность тела. Эти коэффициенты зависят от рода тела, его температуры, состояния поверхности и длины волн лучей, воздействующих на него.

При D=1 тело называется абсолютно прозрачным или термическим, при R=1 - абсолютно белым или зеркальным, при A=1 - абсолютно черным, т. е., таким, которое поглощает все падающие на него лучи независимо от их направления, спектрального состава и поляризации. В природе не существует ни абсолютно черного, ни абсолютно белого тела. Однако эти понятия, особенно понятие абсолютно черного тела, широко используются в инженерных расчетах лучистого теплообмена. Как твердые, так и жидкие тела поглощают очень тонким слоем почти все тепловое излучение, падающее на их поверхность. Для металлов толщина этого слоя составляет около 1 микрона, для большинства остальных материалов - около 1,3 мм. Поэтому, в первом приближении, можно говорить о поглощающей поверхности облучаемого тела.

Лучистый теплообмен при пожарах представляет собой сложный физический процесс, зависящий от большого числа факторов, характеризующих как сам процесс формирования теплового излучения, так и его воздействие на окружающие тела. Учесть каждый из этих факторов в аналитическом выражении, описывающем процесс теплообмена, не представляется возможным, поэтому при проведении расчетов учитываются только основные из них.

Расчетные соотношения для оценки возможности возгорания.

Определение плотности теплового потока.

Соотношение, составленное для оценки возможности возгорания материала применительно к паре источник излучения - облучаемое тело, основывается на использовании закона Стефана-Больцмана и имеет следующий вид:

Где:

q - плотность теплового излучения, воздействующего на элементарную площадку на поверхности облучаемого тела, расположенную перпендикулярно направлению этого излучения;

C_o - постоянная Стефана - Больцмана (C_o = 5,67);

T_и - температура пламени (температура источника) в градусах К;

T_доп - температура самовоспламенения облучаемого материала (температура допустимая) в градусах К.

Приведенная степень черноты пары источник - материал определяется соотношением:

Приведенное уравнение справедливо при двух допущениях:

- учитывается только лучистый теплообмен, т. е., конвективным теплообменом пренебрегаем;

- тела, между которыми происходит лучистый теплообмен, разделены не поглощающей средой.

Значения параметров T_и и T_доп для ряда материалов приведены в приложении.

Вычисляемое на основе закона Стефана-Больцмана значение плотности теплового потока, используемое для оценки безопасных расстояний, существенно зависит от продолжительности воздействия.

Минимально необходимое для возгорания материала, из которого состоит облучаемое тело, тепловое излучение, воздействующее на это тело в течении определенного времени, называется критическим тепловым излучением. При кратковременном воздействии, характерном, например, для светового излучения ядерного взрыва (в среднем от 2 до 10 сек), значения q_кр возрастают в 5-6 раз по сравнению со значениями при воздействии в течение 3 минут. Плотность теплового потока на расстоянии R от эпицентра ядерного взрыва может быть определена с использованием формулы для светового импульса:

Где:

t(q) - время свечения светящейся области как функция тротилового эквивалента q.

Учет взаимного размещения факела пламени и облучаемого тела.

Взаимное размещение факела пламени и облучаемого тела учитывается с помощью коэффициента.

Значение этого коэффициента зависит от формы и размеров факела пламени, а также от расположения облучаемой элементарной площадки по отношению к факелу пламени. Пламя имеет довольно сложную, изменяющуюся во времени форму, и вообще говоря, может быть аппроксимировано шаром (например при горении облака воздушной смеси), конусом (например при горении нефтепродуктов в открытой емкости) или цилиндром (при большинстве пожаров). В практических расчетах факел пламени условно заменяется прямоугольной площадкой.

Рисунок 2. - Расчетная схема для определения значения:

Для удобства расчетов прямоугольный факел пламени в свою очередь делится на несколько прямоугольников.

Чаще одинаковых с размерами a x b.

Исследуемая точка возгорания выбирается на расстоянии r на нормали к одной из вершин прямоугольника с размерами a x b. В этом случае сначала рассчитывается промежуточная величина a, b, r.

Значение соответствующее каждой из схем, может быть определено по формулам:

- в случае, когда элементарная площадка расположена напротив геометрического центра излучающей поверхности;

- в случае, когда элементарная площадка расположена на уровне нижней кромки излучающей поверхности.

Значение величины рассчитывается по формулам телесного угла с использованием формул:

При решении задач можно пользоваться либо таблицей, либо построенными на ее основе графиками.

Таблица - Значения величины в зависимости от r/a и b/a:

Определение размеров факела пламени.

Правила определения размеров прямоугольной площадки, условно заменяющей пламя, зависят от типа горящего объекта. Рассмотрим некоторые из них.

1. Горящие здания.

1а. Пожар в зданиях из несгораемых материалов. Площадь пламени равна удвоенной площади оконных проемов, причем высота пламени соответствует удвоенной высоте окна, а размеры простенков между окнами не учитываются.

1б. Пожар в здании из несгораемых материалов с крышей из сгораемых материалов. Площадь пламени равна удвоенной площади оконных проемов плюс площадь проекции ската крыши на вертикаль.

1в. Горит здание из сгораемых материалов. Высота пламени принимается равной высоте здания до конька крыши. Длина пламени определяется как произведение скорости распространения пламени, равной 1 м./мин., на время до начала тушения. Это время условно принимается равным 15 мин. (Полученная в результате длина пламени не должна превышать длину здания).

Резервуары с легковоспламеняющимися и горючими жидкостями.

Пламя в этом случае представляется в форме конуса с диаметром основания, равным диаметру резервуара, и высотой, равной 1,4 диаметра - для ЛВЖ и 1,2 диаметра - для ГЖ.

При условной замене конуса прямоугольником основание этого прямоугольника принимается равным диаметру резервуара, а высота 0,7 диаметра - для ЛВЖ и 0,6 диаметра - для ГЖ.

Пожар на производственной установке, расположенной на открытом воздухе и огражденной. Длина пламени принимается равной диаметру ограждения, а высота - 10 м.

Горит штабель пиломатериалов.

Высота пламени принимается равной удвоенной высоте штабеля. Длина пламени определяется как произведение скорости его распространения на время до начала тушения пожара. Это время принимается равным 10 мин., при наличии средств пожаротушения и 30 мин., при их отсутствии. Полученная в результате длина пламени не должна превышать длину штабеля.

Размеры прямоугольника, условно заменяющей факел пламени, при подстановке в выражение, при пользовании графиками обозначаются:

- a - меньший из размеров;

- b - больший из размеров.

Приложение 1

Таблица - Значения критической плотности теплового потока, q_кр, вт/м²:

пожар облучаемый самовоспламенение

Приложение 2

Таблица - Температура самовоспламенения некоторых веществ и материалов (T_доп):

Размещено на Allbest.ru