MODELOWANIE POŻARÓW. Ćwiczenia laboratoryjne. Ćwiczenie nr 1. Obliczenia analityczne parametrów pożaru

Transkrypt

1 MODELOWANIE POŻARÓW Ćwiczenia laboratoryjne Ćwiczenie nr Obliczenia analityczne arametrów ożaru Oracowali: rof. nadzw. dr hab. Marek Konecki st. kt. dr inż. Norbert uśnio Warszawa

2 Sis zadań Nr zadania emat Wzór Heskestada wysokość łomienia Parametry unktowej kolumny konwekcyjnej ognia Równanie homasa strumień masy w kolumnie konwekcyjnej (duże ożary) 4 Wzory Alerta strumień odsufitowy 5 Obliczanie ołożenia górnej warstwy dla ożaru t duże omieszczenia 6 Obliczanie temeratury górnej warstwy duże omieszczenia 7 Stężenie tlenu w omieszczeniu z nieszczelnością 8 Zmiana stężenia i-tego roduktu w omieszczeniu z nieszczelnością 9 Zmiana stężenia i-tego roduktu toksycznego odczas ożaru omieszczenia z otworem wentylacyjnym Obliczenie średniej rędkości i czasu rzeływu dymu w korytarzu do 5 m od otworu drzwiowego

3 . Wzór Heskestada wysokość łomienia Wzór szybkość wydzielania cieła (kw) średnica strefy salania (m) wysokość łomienia (m) Excel =,5*POĘGA( ;/5)-,*. Podać warunek dla (wartość minimalna), aby wartość była dodatnia.. Dla danej średnicy strefy salania i dla różnych mocy ożaru określić średnie wysokości łomienia.. Narysować wykres od dla różnych.

4 . Parametry unktowej kolumny konwekcyjnej ognia Rysunek Wzory m b 6 b z 5 5 Q g u z 48 c u 6 5 Q g z z 5 48 c 5 5, Q z g C wsółczynnik wciągania owietrza (z ekserymentu, 5) z wysokość, dla której obliczane są arametry kolumny (m) g rzysieszenie ziemskie g 9,8 m / s c cieło właściwe rzy stałym ciśnieniu c, kj / temeratura otoczenia (K) gęstość, kg/ m b romień kolumny konwekcyjnej (m) u rędkość w osi kolumny konwekcyjnej (m/s) m strumień masy w kolumnie konwekcyjnej (równanie Zukoskiego) różnica temeratur KKO i otoczenia ( C, K) kgk

5 Excel b =6/5* * z u =POĘGA(5/(48*,5^)*( Q *9,8)/(PI()*,*9*,);/) *POĘGA( z ;-/) m =PI()*,* b *b *u =5,*POĘGA(9/(9,8*,^*,^);/) *POĘGA(Q ;/)*POĘGA( Z ;-5/). Oblicz romień kolumny konwekcyjnej na różnej wysokości KKO.. Oblicz rędkość w osi kolumny konwekcyjnej dla różnych szybkości wydzielania cieła i wysokości.. Oblicz strumień masy w kolumnie konwekcyjnej z równania Zukoskiego dla obliczonego wcześniej romienia i rędkości. 4. Oblicz temeraturę w osi KKO dla różnej szybkości wydzielania cieła oraz wysokości. 5. Narysuj wykresy zmiany temeratury, rędkości i strumienia masy z wysokością i orównaj ich rzebiegi z oniższym rysunkiem.

6 . Równanie homasa strumień masy w kolumnie konwekcyjnej (duże ożary) Rysunek Wzory Excel L D (duże ożary) P D (ożary kołowe) m m,88 P z,59 D z D średnica łomienia (strefy salania) (m) L wysokość łomienia (m) P obwód strefy salania (m) m strumień masy (kg/s) P =PI()* D m =,88* P *POĘGA( z ;/) m =,59* D *POĘGA( z ;/). Oblicz strumień masy w funkcji obwodu strefy salania dla danej wysokości z nad strefą salania.. Oblicz strumień masy w funkcji wysokości dla założonego ożaru (średnicy strefy salania D ).

7 4. Wzory Alerta strumień odsufitowy Rysunek Wzory Excel u u 5 6,9 Q r/h <,8 H /,96 ( Q / H 5,8 ( Q / r) H r/h <,8 ) / r/h >,8,95 Q r 5 / 6 H r/h >,8 r odległość od osi KKO, dla której obliczane są arametry (m) H wysokość omieszczenia (m) Q szybkość wydzielania cieła (kw) u temeratura gazów ( C, K) u rędkość gazów (m/s) r/h <,8: = +6,9*POĘGA( Q ;/)/POĘGA(H;5/) u =,96*POĘGA( Q /H;/) r/h >,8: = +5,8*POĘGA( Q /r;/)/h =,95*POĘGA( Q ;/)*POĘGA(H;/)/POĘGA(r;5/6). Obliczyć stosunek r/h i dokonać wyboru odowiednich wzorów.. Obliczyć temeraturę i rędkość gazów dla danej odległości od osi KKO i wysokości omieszczenia.. Oblicz czas do uruchomienia czujki termicznej. RI t ln U

8 5. Obliczanie ołożenia górnej warstwy dla ożaru t duże omieszczenia Rysunek Wzory z K S Q t, a g K g c a t n dla n = K Q z S ( n / ) n H / Q t H / / / wsółczynnik wzrostu ożaru (kw/s ), gdy n = S owierzchnia omieszczenia (m ) H wysokość omieszczenia (m) Q z t zmiany ołożenia górnej warstwy w czasie (m) const Excel K =,/,*POĘGA((,^*9,8)/(*9);/) Z =POĘGA( K *,9^(/)/**POĘGA(t ;+/)/(+) +/8^(/);-/). Oblicz stałą K.. Oblicz rzebieg ołożenia górnej warstwy w czasie t. Zobrazuj funkcję z t na wykresie. z. 4. Określ czas osiągnięcia wartości krytycznej z =wysokość otworu wentylacyjnego.

9 6. Obliczanie temeratury górnej warstwy duże omieszczenia Wzory g t n n ( H z) g S c a wsółczynnik wzrostu ożaru (kw/s ), gdy n = S owierzchnia omieszczenia (m ) H wysokość omieszczenia (m) g temeratura górnej warstwy (K) Q const Excel =,9*POĘGA( t ;+)/(+)/((8- t g z )*,**)+9. Oblicz zmiany temeratury górnej warstwy w czasie g t. Narysuj wykres funkcji g t dla różnych.. Określ czas osiągania wartości krytycznej temeratury 9 K 6 C g

10 7. Stężenie tlenu w omieszczeniu z nieszczelnością Wzór x O YO a, V t n n x O t stężenie masowe tlenu o czasie t, oczątkowo x O =, (ułamek masowy) = % masowych wsółczynnik efektywności salania Y teoretyczna ilość tlenu w kg otrzebna do salania kg materiału alnego (kg/kg) a wsółczynnik (kg/s n+ n ), m s at m s masowa szybkość salania materiału alnego (kg/s) V objętość gazu w omieszczeniu (m ) gęstość gazu w omieszczeniu (kg/m ) Excel x O =,-(,9**,)/(*)*(/(,5+))*POĘGA(t ;,5+). Obliczyć zmiany stężenia tlenu w czasie ożaru w omieszczeniu dla danego a,. Y,, V,.. Narysować wykres funkcji x O t.. Srawdzić czas, o którym stężenie tlenu zmaleje do 5% mas.

11 8. Zmiana stężenia i-tego roduktu w omieszczeniu z nieszczelnością Wzór x i a Yi V n t n wsółczynnik efektywności salania Y i teoretyczna ilość i-tego roduktu w kg emitowana odczas salania kg materiału alnego (kg/kg) a wsółczynnik (kg/s n+ n ), m s at m s masowa szybkość salania materiału alnego (kg/s) V objętość gazu w omieszczeniu (m ) gęstość gazu w omieszczeniu (kg/m ) x i t stężenie masowe gazu o czasie t Excel x i =(,7*E-4*,)/(*,)*(/(+))*POĘGA(t ;+). Obliczyć zmiany stężenia CO w omieszczeniu z nieszczelnością dla danego a,. Y i,, V,.. Narysować wykres.. Srawdzić czas, o którym stężenie CO wzrośnie do,% masowych (utrata rzytomności i śmierć).

12 9. Zmiana stężenia i-tego roduktu toksycznego odczas ożaru omieszczenia z otworem wentylacyjnym Rysunek h h strefa neutralna Wzór m x i m s m Cb h h Y h i e m t V g / H H / / h wsółczynnik efektywności salania m s masowa szybkość salania materiału alnego (kg/s) Y i emisja i-tego roduktu (kg/kg) m strumień dymu wyływający rzez drzwi omieszczenia (kg/s) V objętość gazu w omieszczeniu (m ) gęstość gazu w omieszczeniu (kg/m ) gęstość otoczenia (kg/m ) b szerokość drzwi (m) C,68 x i t stężenie masowe gazu o czasie t Excel x i =*,4*,/,*(-EXP(-,/(*)* t ))

13 . Obliczyć rzebieg stężenia CO w omieszczeniu z otworem wentylacyjnym.. Narysować wykres x CO t.. Srawdzić czas, o którym stężenie CO wzrośnie do,% masowych (utrata rzytomności i śmierć).

14 . Obliczenie średniej rędkości i czasu rzeływu dymu w korytarzu do 5 m od otworu drzwiowego Rysunek Wzór,96 g Q v c S L t v gęstość otoczenia (kg/m ) gęstość gazu w omieszczeniu (kg/m ) szybkość wydzielania cieła (kw) temeratura górnej warstwy (K) S owierzchnia omieszczenia (m ) L długość korytarza (m) v średnia rędkość rzeływu dymu (m/s) t czas rzeływu dymu w korytarzu (m) Excel v =,96*POĘGA((9,8*,*)/(**67**8);/). Obliczyć średnią rędkość dymu w korytarzu o długości L oraz czas rzeływu rzez korytarz t.