ФХОРлаб.5.3. 2018

Цель
Определить основные параметры внутреннего пожара.

Учебные вопросы
1. Полученные текущие значения mi и li в масштабе нанести на графики и провести сглаженные линии.
2. Найти значения массовой скорости выгорания, линейной скорости распространения пламени и площади пожара.
3. Результаты обработки данных занести в таблицу.
4. По данным таблицы построить графики зависимостей приведенных в ней параметров от времени. На каждом графике привести соответствующие зависимости для двух опытов.

Рекомендуемая литература
Марков В.Ф., Маскаева Л.Н., Миронов М.П., Паздникова С.Н. Физико-химические основы развития и тушения пожаров: Учебное пособие для курсантов, студентов и слушателей образовательных учреждений МЧС России/ под ред.В.Ф. Маркова. Екатеринбург: УрО РАН. 2009. 274 с.
Драйздейл Д. Введение в динамику пожаров/Пер. с англ. К.Г. Бомштейна; Под. Ред. Ю.А. Кошмарова, В.Е. Макарова. – М.: Стройиздат, 1990. – 424 с.: ил.
Молчадский И.С. Пожар в помещении. – М.ВНИИПО, 2005. – 456 с.
Кошмаров Ю.А., Рубцов В.В. Процессы нарастания опасных факторов пожара в производственных помещениях и расчет критической продолжительности пожара. - М.:МИПБ МВД России, 1990. - 89 с.

Площадь поверхности горения – Sпг. Этот параметр характеризует реальную площадь горючего, которая участвует в горении, т.е. выделяет горючие газы при пиролизе или испарении, а также взаимодействует с окислителем в гетерогенном режиме. Площадь поверхности горения определяет интенсивность выделения тепла на пожаре.
Линейная скорость распространения пожара – vл (м/с, м/мин). Под этим параметром понимают путь, который на данном объекте проходит фронт пламени в единицу времени. Величина vл определяет площадь пожара на данный момент. Она зависит от вида горючего, характеристик пожарной нагрузки и ее размещения, вида пожара и др. факторов.

Массовая скорость выгорания - скорость газификации горючего. Он показывает, какая масса вещества при горении переходит в газообразное состояние в единицу времени.
Очевидно, что чем больше площадь поверхности, с которой происходит газовыделение, тем выше потеря массы. Поэтому различают массовую скорость выгорания:
абсолютную –vм (кг/с, кг/мин);
приведенную –
удельную –
Теплота пожара – qп (кВт) показывает какое количество тепла выделяется на пожаре в 1с и определяется выражением:
где: В – коэффициент полноты сгорания;
Qн - низшая теплота сгорания материала, кДж/кг.
Температура пожара – Тп. Температурой открытых пожаров считается температура пламени.

Интенсивность газообмена – Jг оценивается как отношение расхода воздуха, поступающего через проемы к площади пожара:
где Gв – масса воздуха, проходящего в помещение через проемы в единицу времени, кг/с.
Коэффициент избытка воздуха – α характеризует количество воздуха, которое при пожаре не участвует в горении. На внутренних пожарах, при наличии газообмена помещения с окружающей средой α находится как отношение расхода воздуха фактически поступающего через проемы (Gв) к теоретически необходимому для сгорания материала с массовой скоростью vм (Gв0):
Следует иметь в виду, что коэффициент избытка воздуха относится к объему всего помещения. Непосредственно в зоне горения практически всегда недостаток воздуха. По величине α можно оценить концентрацию кислорода (φ к) в продуктах горения из выражения:

При горении штабеля древесины режим пожара можно определить по параметру Ф:
где: – плотность воздуха, кг/м3,
g – ускорение свободного падения, g=9,8м/с2;
Sпр –площадь проема, м2;
Н – высота проема, м;
Sпг – площадь поверхности горения, м2.
Если Ф < 0,235 – пожар регулируемый вентиляцией, Ф > 0,29 – пожар регулируемый нагрузкой.
Площадь поверхности горения Sпг в каждый момент времени связана с площадью пожара через коэффициент поверхности Кп:
Sпг = Sп Кп
С учетом того, поверхность брусков в местах их пересечений друг с другом гореть не будет, коэффициент поверхности горения штабеля, выложенного из брусков квадратного сечения (а*а), рассчитывается по следующей формуле:
где: N – общее число брусков в штабеле; n - число рядов; b – длина бруска, L - длина штабеля.

Рис. 1. Схема экспериментальной установки.
– корпус камеры;
– весы лабораторные AND DL-2000;
– термопары Type K -50 to 1000 (3 шт);
– регистратор бумажный на 6 каналов РМТ 39D;
– компьютер;

Томас Зеебек открыл принцип работы термопары в 1822 году. Термопара — это простое устройство для измерения температуры, которое состоит из двух металлических проводников, «Металл 1» и «Металл 2», соединенных между собой (рис. 1).
Зеебек обнаружил, что разные металлы создают разные электрические потенциалы, зависящие от приложенного к ним перепада температуры. Если соединить одни концы проводников из разных метал‑лов и расположить точку соединения в месте измерения температуры (TJUNC, или горячий спай), то между оставшимися концами, которые находятся при постоянной температуре (TCOLD, постоянная опорная температура), появится напряжение VOUT. Оно прямо пропорционально разности температур TJUNC и TCOLD.
Таким образом, термопара — это устройство, генерирующее напряжение/заряд без внешнего источника возбуждения.

РМТ-39D/39DM РЕГИСТРАТОР БУМАЖНЫЙ ШЕСТИКАНАЛЬНЫЙ
Регистраторы бумажные РМТ-39D/39DM (6 каналов) предназначены для измерения, регулирования и регистрации температуры и других неэлектрических величин (частоты, давления, расхода, уровня и др.), преобразованных в электрические сигналы силы, напряжения постоянного тока и активное сопротивление постоянному току. Значения измеряемых величин отображаются на цифровом индикаторе прибора и на бумажной диаграммной ленте в виде графика.

Древесные бруски размером 5х5х100 мм, с нанесенными на них отсечками (10 мм) для контроля пройденного огнем пути.
Рис. Образец деревянного бруска

Исходные данные
Таблица 1.1
Результаты измерений
Таблица 1.2
Примечание. T1, T2, Т3,…Тn – показания 1-й, 2-й, 3-й … n-й термопар в данный момент времени.

Обработка результатов
Полученные текущие значения mi и li в масштабе наносятся на графики и проводятся сглаженные линии.
2. Значения массовой скорости выгорания, линейной скорости распространения пламени и площади пожара находятся по сглаженным кривым для каждого отрезка времени ∆t.
Например. За первые 20 секунд масса поддона уменьшилась с m0 до m1, за вторые – с m1 до m2. Фронт пламени за первые 20 секунд переместился на расстояние l1 от края штабеля, за вторые – на l2.
Массовая скорость выгорания равна:
Площадь поверхности горения находится по формуле ранее

Приведенную и удельную массовую скорость выгорания получают делением Vмi на Si и Sпгi соответственно.
Температура пожара в каждый момент времени рассчитывается как среднеарифметическое значение показаний термопар T1, T2, Т3,…Тn. Теплоту пожара qп рассчитывают по выражению:
Фактический расход воздуха находится по формуле:
V=4,2м3/кг
Рв=1,2 кг/м3

Контрольные вопросы
Какая стадия (или стадии) пожара исследуются в данных опытах?
Дать определение, объяснить физический смысл основных параметров внутреннего пожара.
Как зависит скорость распространения пламени от концентрации кислорода в газовой среде?
Что такое общая вспышка? При каких условиях она происходит?
Что такое объемная вспышка? При каких условиях она происходит?
Как зависит теплота пожара от массовой скорости выгорания?
Как зависит продолжительность начальной стадии пожара от массовой скорости выгорания? Чем объясняется эта зависимость?
Что такое плоскость равных давлений? Какие параметры влияют на ее положение относительно пола помещения?
Что означает "пожар, регулируемый нагрузкой"?
Что означает "пожар, регулируемый вентиляцией"?
Определить режим пожара на момент времени, указанный преподавателем?
Какие возможны последствия изменения условий газообмена?