содержание   ..  40  41  42  43  44  45  46  47  48  49  50  ..

8.12.7.4.

ВЫЧИСЛЕНИЕ ДОЛИ ИЗЛУЧЕНИЯ ЭНЕРГИИ ОГНЕВЫХ ШАРОВ

В ряде работ, включая [Moorhouse,1982a; Roberts, 1982a], обращается внимание на выгоду, которую несет подход, основанный на предположении, что огневой шар можно рассматривать как точечный источник, излучающий определенную долю от полного теоретического энерговыделения, остальное приходится на теплоту продуктов сгорания. В принципе если эта доля будет известна, то это устранит необходимость вычисления радиуса огневого шара и мощности излучения с его поверхности. К сожалению, нет какого-либо способа вычислить эту долю непосредственно, и поэтому приходится прибегать к проверке определенных предполагаемых значений, считая, что известна температура поверхности огневого шара. Натурных исследований, дающих надежные данные по температуре поверхности, не проводилось, но есть некоторые записи на кинопленке, сделанные журналистами при аварийных выбросах в США.

Используя приведенные выше уравнения, можно получить выражение для средней мощности излучения (интенсивность на поверхности огневого шара):

Is = (РFB ∙ FR)/(4πRFB)2

где Is интенсивность излучения на поверхности, Вт/м2; РFB = 1,23 ∙ 109 ∙ М2/3-мощность огневого шара, Вт; FR- доля энергии теплового излучения в общем

энерговыделении; RFB= 27,5 ∙ М1/3 - радиус огневого шара, м; Отсюда

Is = 1,3-106 ∙ FR

Полезно было бы проверить значения IS, получаемые при различных предположениях о величине FR и теоретической температуре, которая бы приводила к этим значениям. В вычислениях предполагается, что FR имеет значение, равное 1,0, т. е. что рассматривается эффективная температура поверхности. При FR = 1 излучается все тепло, что предполагает равенство температуры пламени адиабатической.* Поэтому из соотношения

Is = σТ4 =1,3 ∙ 106 ∙ FR

следует, что адиабатическая температура поверхности огневого шара равна

Т = 2,18 ∙ 103 ∙ (FR)0.25

Значения температуры поверхности огневого шара при различных значениях FR представлены в табл. 8.12.

ТАБЛИЦА 8.12. Зависимость температуры поверхности огневого шара от доли излучения в общем энерговыделении FR

В работе [Crawley,1982] на основе проведенной киносъемки описывается эволюция во времени огневого шара, возникшего от 80 т разлития. Температура менялась следующим образом:

По-видимому, эти результаты согласуются с долей излучения, равной

0,25 - 0,3. Можно отметить, что радиус огневого шара в цитируемой работе вычислялся по соотношению

DFB= 3,8 ∙ М1/З

Время существования этого огневого шара составляло 16 - 17с, что хорошо согласуется с покадровым подсчетом. Судя по этой картине, можно предположить, что значение FR = 0,30 соответствует средней интенсивности мощности на поверхности огневого шара, равной приблизительно 40 КВт/м2, со средней температурой пламени 1613 К, или 1340 °С. На рис. 8.9 показана зависимость между IS и температурой пламени. В [Moorhouse,1982a] для пожаров разлитии

Рис. 8.9. Зависимость интенсивности излучения черного тела от температуры его поверхности.

приводится значение 17 КВт/м2, взятое из [Rasbash,1956]. Там же для пожаров жидких топлив приводятся более низкие значения, лежащие в диапазоне 36-13 КВт/м2.

______________________________________________________________

*Под адиабатической температурой пламени здесь понимается максимально возможная температура при заданной энтальпии химической реакции [Зельдович, 1980]. - Прим. ред.

Доля FR зависит от начального давления паров, и высокое давление паров перед разрушением сосуда приводит к более интенсивному горению и более горячему огневому шару. Как утверждается в работе [Roberts,1982a], для пожаров разлитии зарегистрированы значения FR до 0,40, а значения ISвплоть до 250 КВт/м2.

Для того чтобы модели огневых шаров были реалистичными, они должны согласовываться с законом сохранения энергии. Следовательно, такие переменные, как радиус, время существования, доля излучения и эффективная температура поверхности для данной массы топлива или, что более существенно, для данного энерговыделения, не могут рассматриваться как независимые. Это означает, что произведение площади поверхности огневого шара, интенсивности излучения и времени существования огневого шара должно равняться произведению энерговыделения и доли излучения. Рассматриваемые выше предположения, согласующиеся с законом сохранения энергии, вероятно, могут быть приняты в качестве рабочих.

Наибольшая неопределенность связана с величиной, значение которой трудно вычислить из первых принципов. Как уже предполагалось выше, выделение тепла на единицу объема в пожарах разлития приближается к тому же самому показателю для огневых шаров, и поэтому знание величины FR для крупных пожаров разлитии может быть использовано для оценки FR в огневых шарах. Кроме того, предполагаемое значение 0,30, по-видимому, достаточно хорошо согласуется с оценками температуры поверхности и времени существования огневого шара, выполненными по данным происшедших аварий.

Собранные вместе предположения для расчета характеристик огневого шара известной массы (табл. 8.13) дают в результате ответ, который нельзя назвать ни пессимистическим, ни оптимистическим.

содержание   ..  40  41  42  43  44  45  46  47  48  49  50  ..