5.2 Основные геометрические и физико-химические параметры пожара и формулы для их определения

Таблица 11

Основные параметры пожара и ОФП

Примечание: в некоторых источниках пожарно – технической литературы могут применяться также следующие обозначения:

• площадь пожара, зона горения и задымления – F_п , F_г, F_з;

• периметр площади пожара и задымления – П_п ;

• фронт площади пожара – F_п.

Длина факела пламени

L_ф=C(V_мd_ф)^2/3 (1)

где:

L_ф – средняя величина длины факела м.

C – коэффициент ≈ 16,4.

V_м – массовая скорость выгорания материалов (см. таблицу 15), кг/(м²с).

d_ф – характерный линейный размер пожара (основания факела), м.

Высота факела пламени

H_ф=L_фsinα (2)

где:

H_ф – наблюдаемая высота факела, м.

L_ф – средняя величина длины (высоты) факела, м.

α – угол наклона оси факела к горизонту, град.

Площадь излучающей поверхности при пожарах в зданиях

S_из.ф=K_прL_зд×(N_этH_эт+0,5H_эт); K_пр=ΣS_ок/S_ст (3)

где:

S_из.ф – м².

K_пр – коэффициент.

L_зд – длина здания, м.

N_эт – число горящих этажей в здании, шт.

H_эт – высота одного этажа, м.

ΣS_ок – суммарная площадь оконных проемов, м².

S_ст – площадь стен фасада здания, м².

Положение нейтральной зоны по отношению к нижней части проемов (приточных или приточно-вытяжных) и плоскости пола

– при газообмене через открытые нижние (приточные) и верхние (вытяжные) проемы.

Н_н.з= НS²_вρ_г / (S²_нρ_в+S²_вρ_г)+0,5Н_пр (4)

где:

Н_н.з – высота расположения нейтральной зоны от пола, м.

Н – расстояние между центрами приточных и вытяжных проемов (см. рис. 2), м.

S_н, S_в – общие площади соответственно нижних (приточных) и верхних (вытяжных) проемов, а также отверстий, через которые осуществляется газовый обмен (см. рис. 2), м².

- при газообмене через нижние приточно-вытяжные проемы (отверстия).

(5)

где:

ρ_в, ρ_г – плотность соответственно наружного воздуха и продуктов сгорания, кг/м³.

Н_пр – высота наибольшего приточного проема (см. рис.2 и рис. 3), м.

Рисунок 2. Рисунок 3.

продолжение таблицы 11

Средняя скорость выгорания:

Массовая (или объемная)

V_м= М_im_о/ (τ_iS_п); V_м= М_iρ_сКρ_сН_сл/ τ_г (6)

где:

V_м – скорость выгорания (см. таблицы 15), кг/(м² с).

М_i – доля сгоревшего материала к определяемому моменту времени.

m_о – начальная масса пожарной нагрузки кг, м².

τ_i – продолжительность пожара к определяемому моменту времени, с.

S_п – площадь участка пожара, на котором происходит выгорание материала, м².

ρ_с – плотность пожарной нагрузки в объеме слоя, кг/м².

Кρ_с – плотность распределения пожарной нагрузки в объеме слоя.

Н_сл – высота слоя пожарной нагрузки, м.

τ_г – продолжительность пожара (горения) к моменту убыли начальной массы пожарной нагрузки, равной М_i , с.

Линейная при горении жидкости в резервуаре

V_ж=Н_ж/τ_г (7)

где:

V_ж – линейная скорость выгорания жидкости (см. таблицу 16), мм/с.

Н_ж – понижение уровня жидкости за время горения, мм.

продолжение таблицы 11

Свободное развитие пожара (от начала возникновения горения до подачи первых средств тушения)

τ_св= τ_д.с+τ_сб+τ_сл+τ_бр.1; τ_сл= 60L/V_сл (8)

где:

τ_д.с – промежуток времени от начала возникновения пожара до сообщения о нём;

τ_сб – время сбора личного состава боевых расчетов по тревоге – 1 мин.

τ_сл – время следования подразделений на пожар, мин.

τ_бр.1 – время боевого развертывания подразделения по введению первых средств тушения (ствола, стволов, и др.) – принимается по нормативам пожарно-строевым и опыту тушения пожаров, мин.

L – длина пути следования подразделений от пожарной части до места пожара, км.

V_сл – средняя скорость движения пожарных автомобилей (принимается 45 км/ч на широких улицах с твердым покрытием и 25 км/ч на сложных участках), км/ч.

продолжение таблицы 11

Интенсивность газового обмена:

I_г.о= G_в/ S_п (9)

G_в= μ

где:

I_г.о – Интенсивность газового обмена, кг/(м²с).

G_в – расход приточного воздуха, поступающего в зону горения через открытые проемы или путем инфильтрации, кг/с.

S_п – площадь пожара, м².

μ – коэффициент расхода воздуха через проемы (щели) 0,62.

g – ускорение свободного падения 9,81, м/с².

ΔР_н – избыточное давление воздуха у наружного ограждения (оконного проема) или в лестничной клетке на уровне дверного проема, Па (кгс/м²).

ρ_в – плотность наружного воздуха при пожаре (см. таблицу 17), кг/м².

ΣS_пр – суммарная площадь проемов (щелей, отверстий), м².

Удельный объем газообмена

V_го = S_п V_м W_r ; м³/с (10)

где:

S_п – площадь пожара, м².

V_м – массовая скорость выгорания, (кг/м² с).

W_г – объёмное количество газообразных масс (воздуха и продуктов сгорания), участвующих в образовании газообмена при сжигании единицы пожарной нагрузки, м³/кг.

Скорость газового обмена при пожарах в зданиях

V_го= (11)

где:

V_го – скорость газового обмена, м/с.

G – ускорение свободного падения, м/с².

Δp – перепад давлений в помещении, где происходит пожар, Па (кгс/м²).

ρ_г – усредненная плотность массы продуктов сгорания с воздухом, кг/м³.

продолжение таблицы 11

Ветровое полное динамическое

Р_в=ρ_вV²_в/2g (12)

где:

Р_в – Па (кгс/м²).

ρ_в – плотность наружного воздуха (см. таблицу 17), кг/м³.

V_в – скорость ветра, м/с;

g – ускорение свободного падения 9,81, м/с²;

ρ_г – усредненная плотность массы нагретых продуктов сгорания с воздухом (см. таблицу 17), кг/м³.

Н_г – высота восходящего потока газообразных продуктов сгорания, м.

Ветровое избыточное (или разряжение)

ΔР_в=Кρ_вV²_в / 2g (13)

К – аэродинамический коэффициент;

Перепад при пожарах в зданиях

ΔР₁=h₁(ρ_в-ρ_г) ; ΔР₂=h₂(ρ_в-ρ_г) ΔР₁ (14)

где:

h_1, h₂ – расстояние от плоскости равных давлений (Н_нз) до центра приточных и вытяжных проемов (см. рис. 3), м.

ΔР₁ , ΔР₂ − перепад давления на уровне приточного и вытяжного проемов (см. рис. 2), Па (кгс/м²).

Перепад при пожарах на открытых пространствах

ΔР_н=Н_г(ρ_в-ρ_г); (15) ΔР_н – Па (кгс/м²);

где Н_г – высота восходящего потока газообразных продуктов сгорания, м.

продолжение таблицы 11

Плотность теплового потока

q_т.п = β V_м S_п Q_н /(3,6ΣS_т.о) (16)

где:

q_т.п – Вт/м², кДж/(м²ч).

β – коэффициент химического недожога (см. таблицу 18) 0,8-1,0.

V_м – массовая скорость выгорания (см. таблицу 15), кг/(м²ч).

S_п – площадь пожара в помещении, м².

Q_н – низшая массовая теплота сгорания (см. табл. 15 и табл. 16), кДж/кг.

ΣS_т.о – суммарная поверхность теплообмена (стен, перекрытия, пола, колонн и т. д.), м².

продолжение таблицы 11

Масса (количество)

m_п.н = m_о / Ѕ_пол; ; m_п.н = m_о / Ѕ_уч (17)

где:

m_п.н – масса горючих и трудногорючих материалов (пожарной нагрузки), кг/м².

m_о – масса пожарной нагрузки, распределенная по всей площади помещения или отдельных участков кг.

Ѕ_пол – площадь пола помещения, м².

Ѕ_уч – площадь участка, м².

Потеря массы (выгорание)

М_п.н= G_в τ_г;; М_п.н= Ѕ_п V_м τ_г; М_п.н= Ѕ_п V_о τ_г; М_п.н= V_м τ_г; М_п.н= V_о τ_г. (18)

где:

G_в – расход приточного воздуха в помещении, где происходит пожар, кг/с, м³/с.

τ_г – продолжительность горения (пожара), с.

Ѕ_п – площадь пожара в зоне горения, м².

V_м – массовая скорость выгорания (см. табл. 15 и табл. 16) кг/(м²с), кг/с.

V_о – объемная скорость выгорания (см. таблицу 16) м³/(м²с), м³/с.

М_п.н – масса сгоревшей пожарной нагрузки кг, м³.

m_о – начальная масса пожарной нагрузки кг, м³.

М_п.н – потеря (убыль) массы пожарной нагрузки при пожаре кг, м³

Доля потери массы (выгорания) в любой момент времени

М_i= М_п.н / m_о (19)

Плотность распределения по высоте слоя и площади помещения (земельного участка)

Кρ_о = m_о /(ρ_о Н_сл Ѕ_пол) (20)

где:

m_о – масса пожарной нагрузки, распределённая по площади помещения или отдельного участка, кг.

ρ_о – средняя плотность материалов, входящих в состав пожарной нагрузки, кг/м³.

Н_сл – средняя высота слоя пожарной нагрузки, м.

Ѕ_пол – площадь пола помещения или отдельного участка, м².

Плотность распределения по высоте слоя и суммарной площади отдельных участков помещения или территории (сосредоточенная нагрузка)

Кρ_с = m_о/(ρ_с Н_сл ΣS_уч) (21)

где ΣS_уч – суммарная площадь участков, на которых распределена пожарная нагрузка, м².

продолжение таблицы 11

Теплота пожара

Q_п = Q_н V_м β (22)

где:

Q_п – количество тепла, выделяемого в единицу времени с единицы площади пожара (см. таблицу 15 и таблицу 16) Вт/м², кДж/.

Q_н – низшая теплота сгорания горючих веществ и материалов, кДж/кг.

V_м – массовая скорость выгорания пожарной нагрузки, кг/м² ч.

β – коэффициент химического недожога (см. таблицу 18).

Таблица 12

Формулы для определения основных геометрических параметров пожара в зависимости от его формы

Таблица 13

Формулы для определения площади пожара в зависимости от формы, продолжительности и скорости распространения горения

Примечание:

τ₁, τ₂ – продолжительность распространения горения от начала его возникновения, мин;

τ_св – продолжительность распространения горения от начала его возникновения до подачи первых средств тушения (свободное развитие пожара), мин;

τ_п – продолжительность локализации пожара по площади τ_лок, мин;

п – количество направлений распространения пожара при одинаковом значении линейной скорости. При различных значениях линейной скорости распространения горения общая площадь определяется суммой площадей пожара на каждом направлении

α – угол, внутри которого происходит развитие пожара, рад (1 рад = 57^о).

Графические иллюстрации возможных простых форм пожаров приведены на рисунках 6 и 7.

Таблица 14

Формулы для определения скорости роста площади, периметра и фронта пожара