P.-P.

(6.20)

где D„ - коэффициент диффузии молекул ГЖ в газовой фазе при нормальной температуре Г„; 7 - температура газовой фазы; R универсальная; Р„ - атмосферное давление; д - толщина диф-фу. знойного слоя; Р, - давление пара ГЖ в окружающей среде на расстоянии д от поверхности; Р-давление насыщенного пара ГЖ при температуре поверхности Т,; uj> - удельная скорость испарения.

Показатель степени п для углеводородов приблизительно равен двум, т. е.т = 2.

В соответствии с формулой Стефана скорость выгорания (испарения) будет тем выше, чем больше давление пара жидкости Р и чем выше температура в газовой фазе. При горении величина Р„ как правило, очень мала, поскольку измеряется в зоне горения, а толщина диффузионного слоя измеряется от поверхности ГЖ до зоны горения. При ламинарном горении ГЖ в цилиндрических горелках величина равна высоте свободного борта, а при турбулентном горении - фактическому расстоянию до факела пламени. В случае горения капель ГЖ, при их истечении из отверстий, толщина диффузионной зоны равна толщине слоя воздуха, не превышающей размер капли.

Скорость выгорания ГЖ в процессе тушения водой снижается как вследствие понижения температуры газовой фазы, так и из-за охлаждения поверхности жидкости. Взаимосвязь между давлением насыщенного пара и температурой жидкости дается уравнением Кла-узиса-Клапейрона:

(6.21)

где Г„, - температуры поверхности, которой соответствуют значения Р„иР/,АН-теплота испарения ГЖ; Л-универсальная газовая постоянная.

При тушении ГЖ высокодисперсной водой капли до поверхности жидкости не долетают и испаряются в зоне горения и в предпла-менной зоне.

В результате температура газовой фазы снизится и синхронно понизится скорость доставки паров горючего, что в свою очередь уменьшит интенсивность выделения тепла. В этом случае снижение скорости выгорания происходит синхронно с охлаждением факела пламени, а количественным критерием потухания является температура, при которой поток испаряющейся жидкости не обеспечит концентрации, необходимой для горения, т. е. она окажется в смеси ниже НКПВ.

Физико-химические свойства горючей жвдкости, такие как вязкость, плотность, растворимость в воде, а также наличие в ней компонентов с различной плотностью и температурой кипения, определяют характер распределения температуры от поверхности в глубь жидкости.

Однокомпонентные жидкости (ГЖ) и смеси веществ с небольшим различием плотности в процессе горения приобретают экспоненциальный (спадающий) профиль температуры, а типичные поликомпонентные жидкости - бензин и нефть, состоящие из широкой фракции углеводородов, сильно различаются по плотности и температуре кипения, при горении быстро прогреваются вглубь, формируя гомотермический слой с температурой 150...200 "С.

Поскольку при длительном горении толщина гомотермического слоя достигает нескольких метров, то распыленная вода, попавшая в процессе тушения в горящую нефть, обязательно испарится и тушение пламени произойдет раньше, чем поверхность нефти охладится до температуры вспышки.

Иная ситуация может возникнуть при тушении высоковязких масел и мазута, коща капли воды в процессе тушения начнут накапливаться на охлажденной поверхности горючего. В этом случае коэффициент использования воды будет увеличен за счет обеспечения большего времени контакта воды с нагретой поверхностью.

Если капли воды содержат добавки, резко снижающие поверхностное натяжение раствора и обеспечивающие ему растекание по ГЖ, то время контакта капель с поверхностью также возрастет, что повысит коэффициент использования воды за счет повышения доли испарившихся капель.

6.4. Влияние дисперсности капель воды при тушении пож( ров горючей жидкости

В зависимости от размера капель воды - ее дисперсности, п] цесс тушения сосредотачивается либо в зоне горения, либо на по: хности горящей жидкости. Капли воды размером менее 150 мкм по: ностью испаряются в зоне горения, понижая ее температуру до кр тической величины, называемой температурой потухания. Снижен температуры в зоне горения ведет к уменьшению скорости поступл ния паров горючего.

Поток паров горючего в газовую фазу при температуре повер ности, близкой к кипению, можно определить по формуле Стефана (6.20). Это соотношение учитывает мольно-конвективный характер движения пара от поверхности испарения

Принимая, что изменение скорости испарения ГЖ обусловлено снижением TF, и считая, что за короткий период тушения пламени высокодисперсной водой температура поверхности существенно не изменится, найдем выражение скорости горения ГЖ в стационарных условиях umo в процессе тушения

um = u„4T/TJ\ (6.22)

Уравнение теплового баланса процесса тушения воздействием распыленной воды на зону горения:

pCVdT,= inuS„Q„-Qqg)dr, (6.23)

гдер - плотность продуктов горения; Ср-теплоемкость продуктов горения; V- объем зоны горения, высота которой принимается равной светящейся части пламени или расстоянию от распылителя до поверхности горения; q - секундный массовый расход воды; Q„ - удельная теплота сгорания; Qg-удельная теплота испарения воды; и- коэффициент, учитывающий потери тепла излучением (и ~ 0,6); 5„ - поверхность горения.

Рассмотрим два варианта решения уравнения теплового баланса. В первом просматривается снижение температуры в зоне горения до предельной, при которой горение прекращается - Т*, а во втором анализируется снижение скорости выгорания до пренебрежимо малой величины, когда паро-воздушная смесь станет негорючей.

Первый вариант решения.

Выразим параметр и„ через температуру в зоне горения. Для этого воспользуемся формулой для тепломассообмена в стационарном режиме:

(6.24)

где Qr - удельная теплота испарения горючей жидкости; а - коэффициент теплопередачи; Т„-температура поверхности ГЖ.

Подставим выражение для удельной скорости испарения (выгорания) в уравнение теплового баланса:

gC.V=""g"- (6.25)

Разделим обе части уравнения (6.25) на площадь горения 5„ и обозначим отношение

q/S„ = J (6.26)

и перепишем формулу (6.25):

Ch = «ссе„(7>-Гд) 27)

dx Qr

рде /, - высота светящейся части пламени над поверхностью ГЖ.

Приведем уравнение (6.27) к виду, удобному для интегрирования:

pChQ.dT,

(j,-TjnaQ-JQQr

pChQr dT - У(2в(2г(Т, - Тп >га(2н и«(2н JQsQATf-ТпУосОн

(6.28)

(6.29)

Интегрируем в пределах т: отт = О до т = т., и 7>: от Т/ до Г/

(6.30)

иаСп " "КР

Критическим условием тушения, при котором время тушения бесконечно, т. е. т. -»<», соответствует

(Г°-7п)иа(2н

(6.31)

а(7>- T„)fQ, = uj> (формула 6.25),

поэтому

, nQ„uZ

•кр ~

(6.32)

(6.33)1

Введем выражение в формулу

Второй вариант решения. Используя формулу (6.25), получим:

drf = du. (6.34)1

Подставим выражение dip в уравнение теплового баланса (6.24) J

Jm, = (.nu„Q„-JQ)dx .

(6.35)

Решим уравнение в пределах:

х = 0,и„ = и„° и х = Хт,и„ = 0 .

Условие т = Ту при м„ = О является реальным только при туше- ] НИИ горючих жидкостей с высокой температурой вспышки. Поскольку вода практически вся испаряется в газовой фазе, то температура поверхности ГЖ за период тушения существенно не изменится, поэтому предпринятое ранее преобразование в формуле (6.25) спра-вед-ливо для случая тушения пламени ГЖ.

Решением уравнения (6.26) будет формула

Найдем значение критической интенсивности, при которой т. -»• а

Введем Мр в формулу

.37),

(6.38)

Формула (6.38) лучше учитывает параметры ЛВЖ, а соотношение (6.37) пригодно для описания процесса тушения высококипящих ГЖ и ТГМ, температура поверхности которых при горении близка к Тр-

Учет изменяющейся в процессе тушения удельной скорости выгорания

На базе взаимосвязи иш и Тр через соотношение (6.25) составим уравнение теплового баланса для зоны горения, ширина и высота которой определяется диаметром очага пожара:

рСр/гСг du„

а dx =«""<2н-./(2в .

(6.39)

Уравнение (6.39) получено заменой dTp на в исходном соотношении:

pCphFdTF = qF-qe, (6.40)

Чг = пи„д„ . (6.41)

q, = J-Qs, (6.42)

dT=(Qp/a)du„ . (6.43)

Здесь п - коэффициент, учитывающий потери тепла излучением; V - массовая приведенная скорость выгорания; р, Ср и V,p.- плот-ность, теплоемкость, объем и высота зоны горения; J- интенсивность подачи воды; Qp. Qb - удельные теплоты испарения и нагревания горючего и воды; а - коэффициент теплоотдачи.

Проведем интегрирование дифференциального уравнения в пределах

г = О до г = г„ и м„ = до и" = 0:

Далее

При Тт-»<»

(6.44)

(6.45)

qCK

(6.46) (6.47)

За«аз1592