Зонная модель пожара

Размещено на http://www.allbest.ru/

1. Охарактеризуйте зонную модель пожара

Зонная модель развития пожара в помещении.

Зонная модель позволяет получитьинформацию о размерах характерных пространственных зон, возникающих при пожаре в помещении, и средних параметров состояния среды в этих зонах. В качестве характерных пространственных зон можно выделить, например, в начальной стадии пожара припотолочную область пространства, область восходящего над очагом горения потока нагретых газов и область незадымленной холодной части пространства.

Основу зонной модели пожара в общем случае составляет совокупность нескольких систем обыкновенных дифференциальных уравнении. Параметры состояния среды в каждой зоне являются искомыми функциями, а независимым аргументом является время ? . Искомыми функциями являются также координаты, определяющие положение границ характерных зон.

В начальной стадии распределение параметров состояния газовой среды по объему помещения характеризуется большой неоднородностью (неравномерностью). В этот период (отрезок) времени пространство внутри помещения можно условно поделить на ряд характерных зон с существенно различающимися температурами и составами газовых сред. Границы этих зон по мере развития пожара не остаются неизменными и неподвижными. В течение времени геометрическая конфигурация зон меняется и сглаживается контрастное различие параметров состояния газа в этих зонах. В принципе, пространство внутри помещения можно разбить на любое число зон. В этой главе рассмотрим простейшую зонную модель пожара, которая применима при условиях, когда размеры очага горения значительно меньше размеров помещения.

Процесс развития пожара можно представить? следующим образом. После воспламенения горючих веществ образующиеся газообразные продукты устремляются вверх, образуя над очагом, горения конвективную струю. Достигнув потолка помещения, эта струя растекается, образуя припотолочный слой задымленного газа. В течение времени толщина этого слоя увеличивается.

Почему невозможно подробно изучить влияние свойств ГН на протекание пожара только на основании физических экспериментов?

Пожар представляет собой сложный теплофизический процесс, на ход которого оказывает влияние множество различных факторов. Среди этих факторов одними из основных являются свойства горючего вещества или материала (пожарной нагрузки - ПН). Степень и характер влияния свойств ПН на динамику опасных факторов пожара далеко не всегда однозначны и, в свою очередь, зависят от других параметров. Например, очевидно, что чем выше скорость выгорания ПН, тем активнее расходуется кислород на ее горение, и, следовательно, быстрее снижается концентрация кислорода в помещении. Однако, при более высокой скорости выгорания интенсифицируется газообмен и в помещение поступает большее количество воздуха, а с ним и кислорода. Наконец, эти процессы влияют на полноту сгорания ПН. а значит, на температурный режим пожара и черев него на скорость газификации ПН. т.е. на саму скорость выгорания. Поэтому результирующая скорость снижения концентрации кислорода в помещении будет определяться множеством различных взаимодействующих факторов. Даже этот далеко не полный пример показывает, насколько сложен пожар и насколько тесно связаны между собой все сопровождающие его процессы. Поэтому достаточной достоверностью может обладать только такой прогноз опасных факторов пожара, который учитывает всю совокупность этих- взаимосвязей. Однако для понимания какого-либо сложного процесса часто бывает необходимо выделить какие-то его отдельные стороны и, не забывая об их взаимосвязи, изучить влияние на весь процесс каждой отдельной стороны (так называемый метод анализа). 3 данной лабораторной работе исследуется влияние на динамику опасных факторов пожара следующих свойств ПН: - удельной скорости выгорания и скорости распространения пламени; - параметров, определяющих количество потребляемого кислорода и выделяемого тепла при сгорании единицы массы ПН. Проведение подобного исследования на основе физических экспериментов практически исключено, так как каждый вид ПН обладает индивидуальной совокупностью перечисленных параметров одновременно и экспериментатор не в состоянии выделить и изменить лишь один из этих параметров, не изменяя остальные. Это можно сделать только при проведении так называемых компьютерных экспериментов, т.е. при имитации реального пожара с помощью компьютерной программы на основе достаточно достоверной теоретической модели.

Октан. Бесцветная жидкость со специфическим запахом; октановое число 17--19;

Получение.

Вместе с изооктаном и др. изомерами содержится в нефти, бензине прямой перегонки (до 10 %), а также в большом количестве в синтетическом бензине, получаемом из CO и H2. В промышленности октан выделяют ректификацией, а затем подвергают очистке мочевиной с помощью молекулярных сит.

пожар помещение октан теплота

2. Написать уравнение реакции горения предложенного вещества

а) в чистом кислороде

б) в воздухе

Горение октана в кислороде

1. Записываем реакцию горения:

С8Н20 + О2 = 8СО2 + 10Н2О

2. В молекуле пропана 8 атома углерода, из них образуется 8 молекулы углекислого газа.

С8Н20 + О2 = 8СО2 +10 Н2О

3. Атомов водорода в молекуле пропана 20, из них образуется 10 молекулы воды:

С8Н20 + О2 = 8СО2 + 10Н2О

4. Подсчитаем число атомов кислорода в правой части уравнения

28 + 10 = 26

5. В левой части уравнения так же должно быть 26 атомов кислорода. Молекула кислорода состоит из двух атомов, следовательно, перед кислородом нужно поставить коэффициент 13.

С8Н20 + 13О2 = 8СО2 + 10Н2О

Коэффициенты, стоящие в уравнении реакции, называются стехиометрическими коэффициентами и показывают, сколько молей (кмолей) веществ участвовало в реакции или образовалось в результате реакции.

Стехиометрический коэффициент, показывающий число молей кислорода, необходимое для полного сгорания вещества, обозначается буквой .

В первой реакции = 13.

Б) горение октана в воздухе

С8Н20 + 13(О2 + 3,76N2) =8СО2 + 10Н2О +133,76N2

= 6,5.

В составе горючего есть кислород, поэтому расчет коэффициента проводят следующим образом:; 26 : 2 = 13.

3. Определить коэффициент горючести октана

Коэффициент горючести.

Коэффициент горючестиК является безразмерным коэффициентом и служит для определения горючести вещества. Рассчитанный коэффициент горючести может быть использован для приближенного вычисления температуры вспышки вещества, а также величины нижнего концентрационного коэффициента распространения пламени.

Коэффициент горючести рассчитывается по следующей формуле:

К = 4 n(C) + 4 n(S) + n(H) + n(N) - 2 n(O) - 2 n(Cl) - 3 n(F) - 5 n(Br)

где n(C), n(S), n(H), n(N), n(O), 2 n(Cl), n(F), n(Br) - число атомов углерода, серы, водорода, азота, кислорода, хлора, фтора и брома в молекуле вещества.

Если коэффициент горючестиК больше единицы (К 1), то вещество является горючим; при значении К меньше единицы (К < 1) - вещество негорючее.

1. В молекулеоктана

n(C) = 8; n(Н) = 20;

К = 4 8 + 20 = 52 К> 1, следовательно, анилин - горючее вещество.

4. Определить характеристику свечения октана

Характер свечения пламени

Характер свечения пламени при горении веществ зависит от процентного содержания элементов в веществе, главным образом, углерода, водорода, кислорода и азота.

При горении веществ, содержащих более 75 % углерода (октанС8Н20, в зоне горения образуется настолько много частиц С, что поступающего путем диффузии воздуха не хватает для полного окисления всего углерода.

С8Н208С + 10Н2

Не окислившийся в пламени углерод выделяется в виде копоти, и пламя при горении таких веществ будет ярким и коптящим.

Если кислород в веществе отсутствует или его содержание не превышает 30 %, но, в свою очередь, и массовая доля углерода не очень велика (менее 75 %), то при термическом разложении будет выделяться значительное количество частиц углерода, но при нормальном доступе воздуха в зону горения они успевают окислиться до СО2.

Сопоставляя значения процентного содержания углерода и кислорода в горючих веществах, можно приблизительно судить о характере свечения пламени (таблица 1.1.).

Таблица 1.1 Характер свечения пламени в зависимости от (С) и (Н)

Массовые доли углерода в молекуле октана составляют:

Мr (С8Н20) = 116

(С) = = 83 %;

Массовая доля углерода > 50 %, кислород отсутствует, следовательно, пламя при горении октана яркое и коптящее.

5. Рассчитать низшую теплоту сгорания октана на 1 кг ГВ

Значения низшей теплоты сгорания веществ и материалов могут быть рассчитаны по формуле Д.И.Менделеева. Данная формула может быть использована для расчетов Qн веществ сложного элементного состава, а также для любых индивидуальных веществ, если предварительно рассчитать массовую долю каждого элемента в соединении ().

QН = 339,4(C) + 1257(H) 108,9 [((O) +(N)) (S)] 25,1[9(H) +(W)], кДж/кг,

Где (С), (Н), (S), (О), (N) - - массовые доли элементов в веществе, %; (W) - содержание влаги в веществе, %.

1. Для того, чтобы воспользоваться данной формулой, необходим расчет процентного состава каждого элемента в веществе (массовой доли).

Молярная масса октанаС8Н20составляет 116 г/моль.

(C) = (812)/116 = = 83 %

(H) = (120)/116 = = 17 %

2. Подставляем найденные значения в формулу Д.И. Менделеева.

QН = 339,483+125717108,925,1917 = 45590 кДж/кг.

6. Рассчитать тепловой эффект реакции октана (по воздуху) с учётом стандартных энтальпий компонентов реакции или по уравнению Д.Менделеева

1. Запишем уравнение реакции горения октана.

С8Н20 + 13(О2 + 3,76N2) =8СО2 + 10Н2О +133,76N2

2. Выражение для теплового эффекта этой реакции по I следствию закона Гесса

Н0р-и =8Н0(СО2) + 10Н0(Н2О) - Н0(С8Н20).

3. По таблице приложения находим значения энтальпий образования

Н0(СО2) = 393,5 кДж/моль;Н0(Н2О) = 241,8 кДж/моль;

Н0(С4Н10) = 249,95 кДж/моль.

Подставляем эти значения в выражение для теплового эффекта реакции

Н0р-и = 8(-393,5) + 10(-241,8) - (249,95) = 5305,25 кДж

Н0р-и = Н0гор = 5305,25 кДж/моль или Qгор = + 5305,25 кДж/моль.

7. Рассчитать концентрационные пределы распространения пламени в октане (%; ст.у.

Концентрационные пределы распространения пламени (область воспламенения) для газо- и паровоздушных смесей могут быть рассчитаны по следующей формуле

, %

Где Н(В)- нижний (верхний) концентрационный предел распространения пламени ( НКПР и ВКПР ), %;

- число молекул кислорода ( коэффициент перед кислородом в уравнении реакции горения вещества );

a и b - константы, имеющие значения, приведенные в таблице 4.1.

Таблица Значения коэффициентов “а” и “b” для расчета концентрационных пределов распространения пламени

1. Составляем уравнение реакции горения октана.

С8Н20 + 13( О2 + 3,76 N2 ) =8СО2 + 10Н2О + 13 3,76 N2

= 13

2. н = НКПР = 0,85 %

в = ВКПР = 6,04%

8. Рассчитать КПР при повышении температуры в помещении (Т0-ст.у.; Т1 брать из таблицы №3 -40 максимальная температура в помещении)

С5Н10О+ 7,5( О2 + 3,76 N2 ) =5СО2 + 5Н2О + 7,5 3,76 N2

= 7,5

н = НКПР = 1,4 %

в = ВКПР = 8,2%

н = 1,4 %; в = 8,2%.

С учетом заданной температуры КПР составят:

н(t) = 1,4 = 1,3 %

в(t) = 8,2 = 8,4 %

Для расчета массовой концентрации:

Сн = = = 0,054 кг/м3.

Св = = = 0,3кг/м3.

9. Рассчитать максимальное давление взрыва предложенного вещества (в кПа, с воздухом; ст.у.) 2200К

Уравнение реакции горения метилпропилкетон в воздухе:

С5Н10О+ 7,5( О2 + 3,76 N2 ) =5СО2 + 5Н2О + 7,5 3,76 N2

2. Рассчитаем число молей (киломолей) газообразных веществ до и после взрыва:

m = 5 + 5 + 7,53,76 = 38,2 моль

n = 1 + 7,54,76 = 36,7 моль

3. Максимальное давление взрыва составит:

Рвзр = = 849,7 кПа

10. Определить степень поражения окружающей среды метилпропилкетоном (?Р изб.= Рmax - P0; Р0=101 кПа)

Температурные пределы распространения пламени.

Значения температурных пределов распространения пламени следует применять при разработке мероприятий по обеспечению пожаровзрывобезопасности объекта в соответствии с требованиями ГОСТ 12.1.004 и ГОСТ 12.1.010; при расчете пожаровзрывобезопасных температурных режимов работы технологического оборудования; при оценке аварийных ситуаций, связанных с разливом горючих жидкостей, для расчета концентрационных пределов распространения пламени, а также необходимо включать в стандарты или технические условия на горючие жидкости.

Температурные пределы ТниТв связаны с КПР пламени зависимостью:

где пр - нижний или верхний КПР, %;

Р0 - атмосферное давление, кПа;

А, В, Са - константы уравнения Антуана для давления насыщенных паров, (Справочник Баратова).

А=16,0031

В=2934,87

С=62,25.

= 70С.

=38,90 С.

Размещено на Allbest.ur