~ ,.М, (6.97)

где 0 р , 0г - процентное содержание бромхладона и горючего газа в флегматизированной смеси; Мр, - молекулярная масса хладона и горючего.

Рис. 6. и. Типичная зависимость времени тушения от интенсивности подачи бромхладона

Интенсивность, кг/(мс) Величину критической интенсивности определяли по формуле

(6.98.1)

где V" - массовая скорость выгорания, кг/(мс).

Распыленная струя жидкого бромхладона эжектирует в резервуар воздух, поэтому толщина тушащего слоя, равная расстоянию от края резервуара до фронта горения, будет возрастать по формуле

h = K+pj, (6.98.2)

где Р - коэффициент эжекции, м-с/кг, показывающий, сколько м воздуха в секунду захватывает один килограмм распыленной жвдко-сти.

Итак,

h=K+pj; р = Ah/J. мс/кг; (6.98.3)

т = - (1/(7,)-(Л„+ /37)1п[1- (JJJ)]. (6.99)

Расход хладона на тушение G.

G=Jt- iJ/U,)ih„+pj)Mi-( JJJ)l (6.100)

Дифференцируя G по J, найдем минимальный расход хладона на тушение.

dG/dJ = 0.

После дифференцирования и разложения в ряд Тейлора подло-гарифмической функции получим квадратный трехчлен: f = 2J„J-JMP) = 0, решение которого имеет вид:

h„-J>ljlJo-Y (6.101)

Коэффициент эжекции - меняется от 0,5 до 2,5 в зависимости от степени дисперсности капель, от угла раскрытия струи жидкости и от величины отверстия насадка распылителя, т. е. от способа подачи бромхладона. Соответственно будет меняться величина J„p,.

Оценим диапазон изменения и G„,„ при возрастании коэффициента эжекции воздуха от 0,5 до 2,5 на конкретном примере горения и тушения пламени гептана фреоном 114В2.

В процессе оптимизации G получено выражение, являющееся решением квадратного уравнения:

f-2JJ~UKiP) = 0;

Оценим величину h„ ф, h„ = 1,0 м. При/3= 1,0 mVktc

hjp= 1,0/1,0= 1 кг/(м-с).

(6.102)

т. е.

поэтому

При/З =2,5

т. е.

поэтому

hJP =5J„,

(6.103)

y„ = 1,0 / 2,5 = 0,4 кг/(м-с), J/= 2J, hJP = 2J,, J = J„ + JV3, J„, = 2,7/„.

IpjcctDTi fiir ibmittioBtiapply] of gu

Рис. 6.14. Схема модели помещения и характерного момента процесса тушения к моменту начала подачи НГ

Анализ модели процесса тушения пожара нейтральными газами (НГ) в закрытом помещении может быть осуществлен анагштически при условии введения ряда упрощений, которые в принципе не противоречат реальному процессу и позволяют избежать необходимость рассмотрения громоздких соотношений, вычисление которых возможно лишь с использованием ЭВМ.

Считаем процесс горения установившимся, что означает только сохранение неизменным положение нейтральной зоны (зоны равного давления) в помешении. На модели оно отмечено, которому соответствует поскольку = Я ~ h"

Величина параметра Z определяет площадь проема, через которую происходит отвод продуктов горения из помещения. Естественно, что вместе с продуктами горения из помещения будет выноситься часть двуокиси углерода, подаваемой для тушения пожара.

На схеме модели (рис. 6.14) представлены ряд обозначений, величина которых определяется соответствующими габаритами. Так, Н - высота проема, м; /г„, - расстояние до плоскости нулевого перепада давлений, м; Z- высота верхней части проема, через который продукты горения выходят из помещения, м; qp - обьемный расход нейтрального газа, mVc; q - поток воздуха, поступающий в помещение, м/с.

Потоки газов - q и q - определяются произведением соответствующих линейных скоростей на величины площадей проемов. Так,

(6.106)

Я.г = F„,, = и„АЯ - = и„,- Z • в, , (6.107)

где F„ и F - соответствующие части проема; и [/„- соответствующие значения линейных скоростей; е.. - ширина проема; ц - коэффициент проема.

Исходные положения модели (анализ упрощений)

1. Величина потока продуктов сгорания q„ принимается не зависящей от высоты подъема, поскольку, с одной стороны, восходящий нагретый поток разбавляется частично воздухом из помещения, а с другой - охлаждается в результате конвективного теплообмена. То есть поток воздуха компенсируется общим понижением температуры восходящей газовой колонны.

Следовательно, такое упрощение позволяет учесть действие двух факторов - увлечение части воздуха восходящими продуктами горения и постепенное понижение температуры газа по мере его подъема. При этом величина потока может быть рассчитана по формуле

q,=(U,rV-TJ/T„, (6.108)

где t/„ - массовая скорость выгорания, кг/с; Г„ - теоретический удельный объем воздуха, необходимый для сжигания 1 кг горючего материала; ТяТ„-температура продуктов сгорания с учетом тепловых потерь и температура окружающей среды, соответственно.

Итак, первое упрощение позволяет принять, что увеличение объема восходящей колонки за счет подсоса воздуха компенсируется уменьшением объема в результате ее охлаждения этим же воздухом. Объем восходящего газового потока в каждом элементарном сечении постоянен, поскольку увеличение массы осуществляется синхронным увеличением плотности смеси продуктов горения и воздуха.

2. Состав и температура среды над плоскостью нулевого давления одинаковы во всех точках, т. е. поступающие продукты сгорания практически мгновенно перемешиваются с газовой средой.

3. Если поток продуктов сгорания намного превышает поток газовой смеси из помещения через проем, то их содержание в помещении начнет увеличиваться, что приведет к постепенному понижению высоты нейтральной зоны. При = О зона горения окажется полностью блокированной продуктами горения, которые благодаря флегматизирующему действию компонентов - двуокиси углерода, азота и паров воды - прекратят процесс горения.

Таким образом, потухание внутреннего пожара может произой ти и без дополнительного введения нейтрального газа, но за счет разования и самопроизвольного накопления нейтральных газо] в процессе горения.

Плотность газовой смеси над плоскостью нулевого давления изменяется от

Pz = Ре при Z = О и г = О

Р. = Рк при 2 = Я и г = т,. Здесь - момент времени, к которому = О ц Z = Н. Пр чем зависимость от Z можно представить формулой

Рв РкН

ЧрГ-Рк)2 + РкН 6.109)1

которая вполне отвечает указанным выше граничным условиям. Та при

Z=0, р,=р,

и при

Z = H, р=р. Зависимость р от Z, введенная формулой (6.109), позвол в явном виде представить взаимосвязь р и /г„, или точнее от Z. По формуле (6.107):

Подставив в выражение

значение р по формуле (6.109), получим

Pb-Pz (Рв- Рг)

Pz Hp, н •

(6.110)1

(6.111)J

Следовательно, при получим

/ = СОв-Рк)/Рк .2 2q~p

qnr=tiX

(6.112)

ВеличиныуЗ =2,0;

Обозначим

и тогда

2/3 =6,3т"с-;р=0,7, jU IqP = const = 4,0m" • с .

4,0в,/Я"= n

9пг = 6,3 В .

(6.113)

q„,=6,9ZpBJ}t\

Получим выражение, которое показывает, что поток газов из помещения с одним проемом пропорционален квадрату высоты верхней части проема.

4. Если характер пожара определяется величиной и видом пожарной нагрузки, то поток продуктов сгорания можно рассчитать по формуле (6.108), но при ограниченной площади проемов скорость горения на пожаре определяется интенсивностью газообмена, т. е. скоростью поступления воздуха в помещение. Запишем выражение (6.112) для 9 по анагюгии с формулой (6.110)

9в = рВ,/г 29йн.з.

Рв-Р

(6.114)

где р - средняя плотность газа в части помещения от пола до плоскости равных давлений, кг/м.

Величина средней плотности газа в помещении до уровня ПНД (плоскости нулевого давления) может быть выражена с учетом плотности газа в восходящей колонне над поверхностью горенияр, которая, в свою очередь, зависит от высоты над уровнем пола. Исходя из очевидных соображений, например: при

= 0, Pq=P. ,

h = H, р=р„

а также при

Fn = ( Ph=P, „ = 0 Ръ=Рч-Таким образом удается в явном виде представить величину

(Рв-Рь)/Рь