Файл: Закономерности развития пожара его параметры и сопровождающие явления.docx

2. Вопрос Основные параметры пожара

К основным параметрам развития пожара относят: продолжительность пожара, площадь пожара, температуру пожара, скорость распространения пожара, скорость выгорания горючих веществ и материалов, интенсивность газообмена, интенсивность или плотность задымления,

Продолжительность пожара - τ_п [мин]. Продолжительностью пожара называется время с момента его возникновения до полного прекращения горения.

Площадь пожара - S_п [м.²]. Площадью пожара называется площадь проекции зоны горения на горизонтальную или вертикальную плоскость. На рис.1.7. показаны характерные случаи определения площади пожара. На внутренних пожарах в многоэтажных зданиях общая площадь пожара находится как сумма площадей пожара всех этажей. В большинстве случаев пользуются проекцией зоны горения на горизонтальную плоскость, сравнительно редко на вертикальную, например, при пожаре на газовом фонтане, при пожаре в высокостелажном складе(?), при горении одиночной конструкции небольшой толщины, расположенной вертикально, например, перегородки, декорации и т.п. Площадь пожара является одним из основных параметров пожара, особенно важным при оценке его размеров, при выборе способа ликвидации горения, при определении особенностей тактики его тушения и расчете количества сил и средств, необходимых для его локализации и ликвидации.



Рис. 1. 7 Площадь пожара:

а – при горении жидкости в резервуаре; б – при горении штабеля пиломатериалов; в – при горении газонефтяного фонтана.
Температура пожара - T_п [К]; t_п [°С ]. Под температурой внутреннего пожара понимают среднеобъемную температуру газовой среды в помещении, а под температурой открытого пожара - температуру пламени. Температура внутренних пожаров, как правило, ниже, чем открытых.

Выделяющееся при горении тепло является основной причиной развития пожара и возникновения многих сопровождающих его явлений. Это тепло вызывает нагрев окружающих зону горения горючих и негорючих материалов. При этом горючие материалы подготавливаются к горению и затем воспламеняются, а негорючие разлагаются, плавятся, строительные конструкции деформируются и теряют прочность. Тепловыделение на пожаре сопровождается также движением газовых потоков и задымлением определенного объема пространства около зоны горения. Возникновение и скорость протекания тепловых процессов зависит от интенсивности тепловыделения в зоне горения, т.е. от теплоты пожара. Количественной характеристикой изменения тепловыделения на пожаре в зависимости от различных условий горения служит температурный режим. Под температурным режимом пожара понимают изменение температуры во времени.

---

Определение температуры пожара как экспериментально, так и расчетом чрезвычайно сложно. Для инженерных расчетов, при решении ряда практических задач температуру пожара определяют из уравнения теплового баланса

Для открытых пожаров установлено, что доля тепла, передаваемого из зоны горения излучением и конвекцией, составляет 40-50% от Q_п. Оставшаяся доля тепла (60-70% от Q_п.) идет на нагрев продуктов горения. Таким образом, 60-70% от теоретической температуры горения данного горючего ма­териала дадут приближенное значение температуры пламени. Температура открытых пожаров зависит от теплотворной способности горючих материалов, скорости их выгорания и метеорологических условий. В среднем максимальная температура открытого пожара для горючих газов составляет 1200-1350°С, для жидкостей 1100-1300°С и для твердых горючих материалов органического происхождения 1100-1250°С.

При внутреннем пожаре на температуру влияет больше факторов: вид горючего материала, величина пожарной нагрузки и ее расположение, площадь горения, размеры здания (площадь пола, высота помещений и т.д.) и интенсивность газообмена (размеры и расположение проемов).

Кривая изменения температуры внутреннего пожара во времени показана на рис.1.9. Всю продолжительность пожара можно разделить на три характерных периода по изменению температуры. Начальный период, соответствующий периоду роста пожара, характеризуется сравнительно невысокой среднеобъемной температурой.

Основной период, в течение которого сгорает 70-80% общей нагрузки горючих материалов. Окончание основного периода соответствует моменту, когда среднеобъемная температура достигает наибольшего значения или уменьшается не более чем до 80% от максимального значения.

Заключительный период характеризуется убыванием температуры вследствие выгорания пожарной нагрузки. Поскольку скорость роста и абсолютное значение температуры пожара в каждом конкретном случае имеют свои характерные значения и особенности, введено понятие стандартной температурной кривой (рис.18.), обобщающей наиболее характерные особенности изменения температуры внутренних пожаров.



Рис. 1. 8. Рис. 1. 9.
Рис.1. 8. Изменение температуры внутреннего пожара во времени 1-кривая конкретного пожара; 2-стандартная температурная кривая.

Рис.1.9. Изменение температуры внутреннего пожара в зависимости от вида горючего материала и величины пожарной нагрузки (F

---

_{пр /} F_пола-0,16):1-резина,100кг/м²; 2-древесина, 100кг/м²; 3-каучук, 50кг/м²; 4-резина, 50кг/м²; 5-древесина, 50кг/м²; 6-фенопласты, 50кг/м²; 7-бумага, 50кг/м². Стандартная температурная кривая описывается уравнением:
=345 lg (8τ + 1) или =500 τ ^0.15
На рис.1.9. показана зависимость температуры пожара от вида горючего материала и величины пожарной нагрузки при определенных условиях газообмена. Из графика видно, что с увеличением пожарной нагрузки время достижения максимальной температуры возрастает.

Температура пожара является функцией его остальных параметров и, в частности, интенсивности газообмена. Интенсивность газообмена внутреннего пожара определяется, с одной стороны, конструктивными особенностями здания: высотой проема, (H_пр) или площадью оконных проемов (F_пр.) и их расположением, площадью пола помещения, размерами самого пожара, в частности его площадью (S_п.).

Соотношение между ними и площадью (S_п./ F_пола; F_пр/ S_п; F_пр/ F_пола) определяют скорость роста и абсолютное значение массовой скорости выгорания, полноту горения и, следовательно, температуру пожара. Массовая скорость выгорания горючих материалов в условиях внутреннего пожара повышается с увеличением интенсивности газообмена, а затем некоторое время остается постоянной. Однако зависимость абсолютного значения температуры от интенсивности газообмена имеет другой вид. Это обусловлено следующими обстоятельствами. Воздух, поступающий при газообмене в помещение, разделяется как бы на две части, Одна часть воздуха активно поддерживает и интенсифицирует процесс горения, другая часть вовлекается в движение внутренними конвективными токами и в зону горения не поступает. Последняя будет разбавлять продукты горения в объеме помещения и тем самым снижать их температуру. Количество воздуха, не участвующего в процессе горения, учитывается коэффициентом избытка воздуха для объема, данного помещения.

На рис.1.10. приведена зависимость температуры пожара от параметров проема, определяющих газообмен: F_{пр. .} Из графика видно, что приток воздуха в помещение, где происходит пожар, увеличивает его температуру при неизменной площади пола и величине пожарной нагрузки. При условиях газообмена, близких к открытым пожарам, когда массовая скорость выгорания не зависит от размеров проемов, температура пожара достигает максимума и почти такая же, как при открытом пожаре.

---

Влияние соотношений F_1/ S_п. и S_п./ F_пола на температуру пожара показано на рис.1.11. Из графика видно, что увеличение соотношения F_1/ S_п. ведет к увеличению скорости роста температуры и ее максимума, а уменьшение этого отношения резко увеличивает продолжительность пожара.


Рис. 1. 10. Рис. 1. 11.
Рис.1.10. Влияние газообмена на температуру внутреннего пожара.

Рис.1.11. Изменение температуры внутреннего пожара в зависимости от F_1/S_{п. и} S_п./F_{пола: 1-} F_1/S_п=1/5;2- F_1/S_{п=1/7;3,4,5-}F_1/S_{п=1/10;6 –} стандартная температурная кривая.

Существенное влияние на температурный режим пожара оказывает высота помещения. На рис.1.12. приведен график изменения температуры пожара в помещениях различной высоты, из которого следует, что в высоких помещениях скорость роста температуры выше, а максимальное значение температуры меньше, чем в помещениях малой высоты. Это объясняется тем, что во втором случае коэффициент избытка воздуха выше, чем в первом, и потери тепла из зоны горения больше.

Из приведенных данных следует, что по интенсивности газообмена, определяющего скорость роста и максимальное значение температуры пожаров, все помещения можно разделить на две группы. Помещения, у



которых соотношение относятся к помещениям с низкотемпературным режимом пожаров, т.е. для этой группы помещений развитие процесса горения, а, следовательно, и интенсивности тепловыделения, сдерживают поступление воздуха и в объем самого помещения, и в зону горения.

Рис. 1. 12.

Зависимость температуры внутреннего пожара от высоты помещения:

1-H_п=3,2 м; 2-H_п=6,4м;
Помещения, у которых отношение относятся к помещениям с высокотемпературным режимом пожаров, т.е. в этих помещениях процесс горения развивается так же, как в условиях открытого пожара или близких к ним. Изменение температуры пожаров во времени, характерное для помещения с низкотемпературным режимом, соответствует кривой 4 (рис.1.11.), а с высокотемпературным режимом - кривой 6, которая является стандартной температурной кривой. Из рис.1.12. следует, что различие температур пожара в помещениях с низкотемпературным и высокотемпературным режимами в среднем составляет 200-250 °С, При этом необходимо иметь в виду, что такая же картина может сохраниться, когда горючие материалы с высокой теплотворной способностью горят в помещениях с низкотемпературным режимом, а горючие материалы с низкой теплотворной способностью горят в помещениях с высокотемпературным режимом.

---

Внутренний пожар — это более сложный случай процесса горения по сравнению с открытым пожаром, так как объем, где происходит горение, ограничен и не все тепло теряется безвозвратно. Без учета начального теплосодержания горючих материалов и воздуха, на данный момент времени, он может быть представлен следующим уравнением:
Q_{п. =} Q`<sub>п.г.</sub> + Q``<sub>п.г.</sub> + Q<sub>кон.</sub> + Q<sub>г.м</sub> + Q<sub>изл.</sub>,
где Q<sub>п.</sub> – тепло, выделяющееся на пожаре, кДж; Q`_п.г – тепло, содержащееся в продуктах горения, удаляющихся из помещения, где произошел пожар, кДж; Q``_п.г – тепло, содержащееся в продуктах горения, находящихся в помещении, кДж; Q_кон - тепло, поступающее к строительным конструкциям и оборудованию конвекцией и излучением, кДж; Q_г.м - тепло, поступающее к горючим материалам конвекцией и излучением, кДж; Q_изл. - тепло, излучаемое из зоны горения за пределы помещения, где произошел пожар, через проемы и обрушения, кДж.

Все величины, входящие в это уравнение, переменны во времени. Они зависят от вида горючего материала, его количества, площади пожара и многих других параметров. Например, Q``_п.г + Q_г.м + Q_кон + Q_изл изменяется в пределах 10-80% всего выделяющегося тепла и зависит от условий газообмена и продолжительности горения. Как показывает практика, Q_изл составляет 3-4% Q_п; Q_кон - 6-8% Q_п; Q_г.м - 1,5-3% Q_п, т.е. примерно 85-90% всего выделяющегося тепла на внутреннем пожаре идет на нагрев продуктов горения.

Величины Q`_п.г и Q_изл не приводят к повышению температуры в зоне пожара, так как в обоих случаях тепло уходит за пределы помещения.

Q_г.м -тепло, идущее на нагрев горючего материала как горящего, так и подготавливаемого к горению, оно способствует интенсификации и распространению пожара. Количественно эта величина в общем балансе тепла мала (не превышает 3% от Q_п), но качественно этот тепловой поток - один из самых опасных. Так, сведение Q_г.м к нулю практически приводит к ликвидации горения.

Q_кон - также очень опасный тепловой поток

---