Для газовоздушной смеси стехиометрического состава характеристикой является максимальное давление взрыва и степень  теплового расширения ГВС при  ее сгорании:

     

где:     - степень теплового расширения ГВС при сгорании;

     р_max, Т_max - максимальные давление и температура взрыва ГВС;

      - начальные параметры:  давление  и температура ГВС;

      - количество молей соответственно  ГВС и продуктов сгорания ГВС  в выгоревшем объеме  ГВС.

     С учетом изложенного, в элементарном выгоревшем объеме сферы за время d   образуется дополнительный объем газов, вследствие чего  в области горения появляется избыточное давление, и происходит  истечение газов как внутрь сферы (dV₁ ), так и во внешнюю зону (dV₂). В связи с этим, скорость распространения пламени увеличивается в ( ) по сравнению с первоначальной  (нормальной) скоростью.

     Кроме того, на скорость распространения  пламени будет существенно оказывать  влияние турбулизации потока при  встрече преград.

     С учетом изложенного скорость распространения  пламени определится в виде:

     

где:     - нормальная скорость распространения пламени, м/с;

       - коэффициент турбулизации горения, ;

      - степень теплового расширения  сгорания.

     Для приближенных оценок коэффициента турбулизации могут использоваться следующие  положения, полученные в результате обработки имеющихся экспериментальных  данных и вытекающие из основных закономерностей  взаимодействия потока газа с преградами.

     При отсутствии в помещении каких-либо преград и если помещение более  1000 м³ коэффициент a принимается равным 2 (рис.3).

 

     Если  в помещении преграды размещены  так, что фронт пламени подходит к ним практически одновременно, то эти все преграды считаются  в одном ряду, а коэффициент  турбулизации определяется как функция  от степени заужения сечения по пути распространения   пламени (рис. 4).

     Максимальное  число рядов преград, влияющих на увеличение турбулентности, принимается  равным 4, то есть  .

 

     Расстояния  между рядами преград принимаются  равными не менее L₀. Для взрывоопасных производств расчетное значение L₀  принимается равным двадцати проекциям ширины преграды: L₀=20В_пр, но не более 20 метров.

     При рассмотрении  нескольких направлений  распространения пламени в качестве расчетного для помещений в целом  следует  принимать большее из полученных значений .

     Возвращаясь к рассмотрению истечения продуктов  сгорания из зоны горения и учитывая полученную зависимость для скорости распространения  пламени, приращение объема газов запишется в виде:

     

     После дифференцирования уравнения адиабаты   получим уравнение, которое в совокупности с выражением для dV составит систему уравнений:

     

     Записанная  система уравнений не учитывает  негерметичности помещения после  вскрытия оконных и дверных проемов  при избыточном давлении около 5 кПа. Для того, чтобы учесть истечение  газов через вскрытые проемы и  отверстия, необходимо ввести дополнительный член в первое уравнение системы, которое примет следующий вид:

     

     Величина    характеризует объем газа, вытекшего через сбросные отверстия за время dt. Если принять, что при дефлаграционном режиме горения величина избыточного давления увеличивается незначительно, то можно определить величину сбрасываемого объема, используя известную формулу Торичелли:

     

     С учетом этого: 

     

     или:

     

где:     - текущее значение площади фронта пламени, м²;

       - суммарная площадь сбросных отверстий, м²;

        - плотность сбрасываемого газа (возможен сброс как свежей

           ГВС, так и  продуктов  сгорания), кг/м³;

      - коэффициент турбулизации (интенсификации) процесса горения;

      - степень расширения ГВС при  сгорании, где индекс 1

              относится к  продуктам  сгорания, 2 - к свежей ГВС;

      - показатель адиабаты ( =1.3-1.4);

      - избыточное давление, кПа;

      - нормальная скорость распространения  пламени, м/с;

      - давление, кПа;

      - объем помещения, м³.

     Перепишем формулу:

     

.

     Из  формулы следует, что темп нарастания давления и величина избыточного  давления главным образом зависят  от суммарной площади фронта пламени, объема помещения, плотности истекающих через сбросные отверстия газов  и площади сбросных отверстий (проемов). При условии незначительного  повышения избыточного давления , левая часть выражения (21) обращается в ноль и формула приобретает вид:

     

где:     - плотность ГВС (плотность с индексом   относится к сгоревшей ГВС, - относится к свежей ГВС).

4.2 Расчёт  значения избыточного давления  по методу проф. Мишуева

 

     Значение  избыточного давления

     

     где

     Δр  – значение избыточного давления

     ρ_i - плотность ГВС (плотность с индексом   относится к сгоревшей ГВС,          - относится к свежей ГВС)

       ρ_i = ρ_{воздуха} = 1,2946 кг/ м³

     w_Н - нормальная скорость распространения пламени, м/с

     w_Н = 0,4 м/с

     ε - степень расширения ГВС при сгорании,

     

     α - коэффициент турбулизации горения

     по  графику, изображенному на рис. 4.3 исходя из значении я коэффициента заужения значение:

     α = 5

       - текущее значение площади  фронта пламени, м²;

      Текущее значение фронта пламени рассчитывается из предпосылки распространения  фронта по двум противоположным направлениям, поэтому в качестве значения фронта пламени  выступает полуплощадь  стен помещения, а в качестве площади  сбросных отверстий соответственно полуплощадь.

      F_ф =  · 6 м · 3,5 м =  21 м²

       - суммарная площадь сбросных отверстий, м²;

     за  суммарную площадь сбросных отверстий  в условиях задачи принимаем площадь  остекления

     F_отв = 2,1 м²

     

= 

= Па=58,89кПа 

     Избыточное  давление взрыва, рассчитанное по методу профессора Мишуева составляет 58,89 кПа.

6. РАСЧЕТ ВРЕМЕНИ  РАСПРОСТРАНЕНИЯ  ПЛАМЕНИ

 

     Условно принимая, что распространение пламени  идет с одинаковой скоростью w  в трех направлениях, можно определить объем куба выгоревшей смеси:

     

,

где: w - скорость распространения пламени, м/c;

       - время горения ГВС, с;

     - выгоревший объем ГВС, м³.

     откуда:                                     , с

     После того, как смесь в помещении  выгорела, через щели и проемы происходит ее истечение в атмосферу и  в течение времени ее истечения  в помещении сохраняется избыточное давление. Практика показывает, что  отношение времени сгорания   к времени сохранения избыточного давления   сохраняется в пределах от 0.2 до 0.4 (рис. 4),  т. е. .

 
 

     скорость  распространения пламени определится  в виде 

где:     - нормальная скорость распространения пламени, м/с;

       - коэффициент турбулизации горения, ;

      - степень теплового расширения  сгорания. 

     Откуда: 

     

      СПИСОК  ИСПОЛЬЗУЕМОЙЙ ЛИТЕРАТУРЫ

 
      

1. О пожарной безопасности, 21.12.94 г. № 69-фз.
2. ГОСТ 12.3.047-98. Пожарная безопасность технологических процессов. Общие требования. Методы контроля.
3. НПБ 105-95. Определение категорий помещений  и зданий по взрывопожарной и пожарной опасности.
4. Акатьев В. А. Основы взрывопожаробезопасности. / Учебное пособие. - М.: МГТУ, 2004. – 384 с.