И поступающего через проемы воздуха

Дополнительные уравнения для расчета расходов уходящих газов

При пожаре происходит газообмен помещения с окружающей средой через проемы различного назначения (окна, двери, технологические отверстия и т.д.).

Побудителем движения газа через проемы является перепад давлений, т.е. разность между давлением внутри помещения и давлением в окружающей атмосфере. Перепад давлений обусловлен тем, что при пожаре плотность газовой среды внутри помещения существенно отличается от плотности наружного воздуха.

1.2.1 Формулы для расчета расхода газа, выбрасываемого через

прямоугольный проем

Если проем целиком расположен выше плоскости равных давлений (ПРД), то через все участки этого проема происходит истечение газа из помещения. Скорость газа зависит от перепада давлений (уравнение Бернулли):

, (8)

где Δр – перепад давлений в области у > у_*:

, (9)

где g – ускорение свободного падения, м·с^-2;

ρ_а – наружное давление в окружающей атмосфере на высоте, равной половине высоты помещения, Н·м^-2;

у – координата, отсчитываемая от плоскости пола, м;

у_* – координата плоскости равных давлений, м.

Подстановка в уравнение (8) вместо Δр выражения (9) получаем формулу, позволяющую рассчитать распределение скоростей по высоте проема:

. (10)

Разобьем проем по высоте на малые участки, площадь которых составляет величину bdy, где b – ширина проема. Расход через такой малый участок проема равен произведению площади этого участка проема на скорость истечения и на плотность истекающего газа, т.е.

dG_r=bdyp_mW_Г. (11)

Расход газа через весь проем получим, интегрируя правую часть уравнения (11) по высоте проема, т.е.

, (12)

где у_н – координата нижнего края проема, м;

у_в – координата верхнего края проема, м.

После подстановки в уравнение (12) выражения (10) получим следующий результат:

. (13)

В результате после интегрирования получается следующая формула для расчета расхода газа через проем при условии, когда у_н > у_*:

. (14)

В том случае, когда плоскость равных давлений пересекает проем и распределяет его на две части, количество газа, выбрасываемого из проема, вычисляется также путем интегрирования выражения (11). Однако в этом случае интегрирование правой части уравнения (11) производится в пределах от у_* до у_в, т.е.

(15)

Формула для расчета расхода уходящих газов через проем при смешанном режиме его работы, которая получается после интегрирования, имеет следующий вид:

. (16)

1.2.2 Формулы для расчета расхода воздуха, поступающего через

прямоугольный проем

Если проем целиком расположен ниже ПРД, то через все участки такого проема происходит поступление свежего воздуха в помещение. Скорость втекающего воздуха зависит от перепада давлений

, (17)

где δ р – абсолютное значение перепада давлений ниже ПРД:

. (18)

Подстановка вместо δ р выражения (18) дает формулу, позволяющую рассчитать распределение скоростей воздуха по высоте проема.

Расход воздуха через малый участок проема, площадь которого равна (bdy), составляет величину

. (19)

Расход воздуха через весь проем, который лежит ниже ПРД, вычисляется путем интегрирования правой части уравнения (19) в пределах от у = у_в до у = у_н:

. (20)

В случае, когда проем работает в смешанном режиме, формула для расчета воздуха получается путем интегрирования правой части уравнения (19) в пределах от у = у_* до у = у_н:

. (21)

При выводе формул для расчетов расходов уходящих газов и поступающего воздуха влияние вязкости не учитывалось. Учет вязкости делается путем введения в правую часть всех формул множителя, называемого коэффициентом сопротивления.

Формулы для расчета G_В, и G_Г применимы к любому прямоугольному проему рассматриваемого помещения.

Полные расходы уходящих газов и поступающего воздуха в случае, когда помещение имеет несколько разных (по размерам и расположению) проемов, определяются путем суммирования расходов через каждый взятый в отдельности проем:

, (22)

где z – число проемов;

G_В – расход воздуха через i -й проем;

G_Г – расход газа через i -й проем.

Вышеизложенное позволяет сделать следующий вывод. Значения расходов поступающего воздуха и уходящих газов при пожаре однозначно определяются значениями среднеобъемных параметров состояния газовой среды в помещении и геометрическими характеристиками проемов.

При пожаре параметры состояния среды в помещении изменяются во времени. Следовательно, изменяются во времени расходы поступающего воздуха и уходящих газов. Кроме того, в процессе развития пожара могут вскрываться в определенные моменты времени те или иные проемы, которые в начале пожара были закрыты. Например, когда среднеобъемная температура достигает значения 300 – 400 ºС, разрушается остекление оконных проемов. Это обстоятельство необходимо учитывать при расчетах процесса развития пожара.

2. Порядок выполнения работы

1. Провести расчет массовых расходов воздуха и нагретого газа при пожаре в помещении согласно варианта исходных данных (таблица 1).

Для расчетов принять С_РВ, = С_РГ = 1003 Дж/(кг·К), Т_В = Т_Г. Величиной I_П пренебречь.

2. Занести в таблицу 2 полученные данные для 5 моментов времени.

3. По данным таблицы 2 построить графики изменения во времени рассчитанных величин.

4. Подготовить отчет.

3. Содержание отчета

1) Краткие теоретические сведения.

2) Исходные данные (из таблицы 1).

3) Количественные показатели параметров, характеризующих процесс тепломассопереноса.

4) Графики изменения во времени составляющих рассчитанных величин.

5) Ответы на контрольные вопросы.

Таблица 2 – Результаты расчета

Время τ, мин	Параметр
GВ, кг/с	GГ, кг/с
…
…

Дата добавления: 2015-05-29