Нестационарное горение жидкости в резервуаре (второй частный случай)

Рассмотрим случай, более близкий к реальному режиму горения жидкости со свободной поверхности в резервуаре.

Сохранив все допущения первого случая, учтем лишь то, что на реальных пожарах высота свободного «сухого» борта возрастает по мере опускания уровня жидкости в резервуаре. В реальных условиях скорость выгорания жидкости непостоянна во времени, n_М¹ const, n_М¹ f₁(r), приведенная скорость выгорания неодинакова по поверхности горючей жидкости, т.е. n'_М=f₂(r_i), где г_i - текущее значение радиуса элементарного кольцевого участка f_i; на поверхности жидкости.

Массовая скорость выгорания даже однородной горючей жидкости зависит от поля температуры поверхностного слоя и условий газообмена над ее поверхностью. В начале пожара n_M меньше, чем при развившемся. Кроме того, на реальном пожаре скорость выгорания жидкости со свободной поверхности резервуара непостоянна. Во-первых, начиная с некоторого момента времени, она возрастает из-за теплового воздействия горючего «сухого» борта. Интенсивность выгорания возрастает не только в результате прогрева поверхностного слоя жидкости до температуры кипения за счет лучистого теплового потока от факела пламени, но и за счет более интенсивного подвода тепла к жидкости через прогретый до высокой температуры металлический борт резервуара (если борт не охлаждается снаружи). Во-вторых, достигнув максимума, n_M не остается постоя ной, так как интенсивность выгорания начинает снижаться за счет ухудшения условий смешения паров горючей жидкости с окружающим воздухом, т.е. из-за ухудшения условий доступа кислорода в зону горения. Кроме того, при опускании уровня жидкости внутрь резервуара ее поверхность будет все больше удаляться от зоны горения. Поэтому интенсивность лучистого потока от факела пламени к зеркалу жидкости будет уменьшаться. Снизится и тепловой поток через стенку резервуара, так как она будет охлаждаться за счет теплоотдачи в окружающий воздух (при достаточно большой высоте свободного борта), и температура поверхностных слоев горючей жидкости, и интенсивность испарения. В результате этого снизится массовая скорость выгорания горючей жидкости и соответственно - интенсивность тепловыделения на пожаре. Скорость выгорания теперь непостоянна во времени, а значит, непостоянна и интенсивность тепловыделения: n_M =f(r); Q_п=f(r), если предположим, что β и F_п будут постоянны.

Для начального и конечного периодов пожара, когда скорость выгорания горючей жидкости становится функцией времени, ее следует вычислять отдельно для любой стадии пожара и для каждого участка поверхности жидкости, на котором температура в данный момент времени может быть условно принята постоянной. Для данного участка поверхности (кольцевого пояса f_i, радиуса r_i) локальная массовая скорость выгорания, определяемая по времени, рассчитывается по формуле (26):

              (26)

Приведенная массовая скорость выгорания, осредненная по всей поверхности резервуара за этот промежуток времени, может быть определена по формуле (27):

    (27)

Общая массовая скорость выгорания пожарной нагрузки описывается выражением (28):                                                      (28).

Соответственно интенсивность тепловыделения на пожаре, как производная от скорости выгорания, можно определить как Q_п = β Q_Н^Р n_М или по формуле (29):

        (29)

Продолжительность пожара, выраженная через Q_П и E₀, будет определена по формуле (30):

     (30)

После сокращения получим (31):

   (31)

При этом условно принимается, что коэффициент полноты сгорания β не зависит от условий горения за время r_i на участке поверхности жидкости f_i. Пользуясь теоремой о среднем и подставив пределы интегрирования от 0 до r_п, выражение (32):

     принимаем                (32).

Применяя теорему о среднем к интегралу по площади поверхности резервуара (когда скорость выгорания считают равномерной по всей поверхности жидкости), можно записать (33, 34):

 , тогда (33)

,    (34)

т.е. через энергетические параметры пожара опять можно определять продолжительность пожара , как и в первом частном случае (24), и интенсивность тепловыделения на пожаре выразить через .

Задача расчета параметров пожара во втором частном случае усложнилась, так как попытались учесть неравномерность интенсивности расходования первоначального запаса потенциальной энергии объекта пожара по площади горения и нестационарность этого процесса во времени.

⇐ Предыдущая12345678910Следующая ⇒

Поделиться: