IV Международная студенческая научная конференция Студенческий научный форум - 2012

  Введение

Уровень пожарной опасности производственных объектов за прошедший период повысился в несколько раз, что не нашло адекватного отражения в новых методиках и нормативной базе [1,2].

Процесс распространения взрывопожароопасных вредных веществ тяжелее воздуха в производственных помещениях с незначительными удельными теплоизбытками (до 30 Вт/м³) остается все еще мало изученным. Проблема совершенствования метода расчета установки газоанализаторов в производственных помещениях с выделениями взрывопожароопасных веществ тяжелее воздуха от технологического оборудования является весьма актуальной, так как позволит улучшить противопожарную защиту и одновременно снизить степень риска работающего персонала.

Рассмотрим построение математической модели полей концентраций нестационарных источников вредностей, учитывающей неравномерность рас­пределения скоростей воздуха и коэффициентов турбулентного обмена по объемам помещений.

Построение математической модели полей концентраций

нестационарных источников вредностей

Запишем уравнение турбу­лентного обмена для источника вредностей:

где  - скорость воздушного потока по направлениям; А_c - коэффициенты турбулентного обмена; c - концентрация взрывопожароопасных веществ в воздухе.

Решение уравнения (1) можно записать в векторно-матричной форме:

Матрица приведенных кратностей К описывает массообмен в изучаемом объеме. Каждому способу и величине воздухообмена соответствует своё распределение воздушных потоков и коэффициентов турбулентного обмена, а следовательно, и своя постоянная матрица К. Начальным условием для решения системы является: t = 0, Q = Q₀, где Q₀ - столбец, составленный из начальных концентраций в объемах, т.е. из значений концентраций в начальный момент времени t₀. Вектор-функция F(t) описывает интенсивность выделения вредностей технологическим оборудованием с учетом размещения источников вредностей в вентилируемом помещении.

Математическую модель динамики полей концентраций нестационарных источников можно получить, если для исследуемого помещения или системы сообщающихся между собой помещений известен коэффициент неравномерности концентрации по высоте помещения, определяемый по формуле

где С_г - концентрация срабатывания газоанализатора, мг/м³; С_п - концентрация в приточном воздухе, мг/м³; С_в - концентрация в удаляемом из помещения воздухе, мг/м³.

Значение коэффициента зависит от способа воздухораздачи, типа воздухораспределительного устройства, взаимного расположения приточных и вытяжных отверстий относительно источников взрывопожароопасных веществ и ряда других факторов [3]. Выразим концентрацию срабатывания газоанализаторов:

 С_г = С_п + (С_в - С_п)η.   (4)

Рассмотрим систему из n сообщающихся между собой объемов и поме­щений. Допустим, что воздух может перетекать из одного помещения (объема) в другое. Составим уравнение материального баланса по вредности 1-го объема:

где с_вj - концентрация вредности в верхней зоне j-го помещения, мгм³; с_j -концентрация вредности в рабочей зоне j-го помещения, мгм³; c_i -концентрация вредности в i-м помещении, мг/м³;  -приток из верхней зоны j-го помещения, м³/с;  - вытяжка из верхней зоны i- го помещения, м³/с;  - вытяжка из рабочей зоны i-го помещения, м³/с; А_ij - средний коэффициент турбулентного обмена помещений i и j, м²/с; S_ij - площадь проема между помещениями i и j, м²;  - расстояние между центрами объемов помещений i и j, м; G(t) - количество вредностей, выделяемых источником вредностей, мг/с.

В левой части уравнения (5) находятся члены, определяющие количе­ство вредности, поступающее в помещение с приточным воздухом, переноси­мое турбулентным обменом из соседних помещений, выделяющееся из обору­дования и удаляемое с приточным воздухом за время dt. Разность поступления и удаления вредности за время dt равна изменению его содержания. Подставляя значение С_г из выражения (4) в уравнение (5) получим:

Прогнозируя поступление взрывопожароопасного вещества из оборудования и отношение массы вышедшего вещества к максимально возможному, определим время выхода t:

где V - объем оборудования; F - площадь сечения отверстия аварийного истечения; μ - коэффициент расхода отверстия; χ - показатель адиабаты; R - газовая постоянная; Т - температура взрывопожарной смеси; ΔМ - масса вышедшего взрывопожароопасного вещества; М - масса максимально возможного взрывопожароопасного вещества в объеме оборудования.

Определение концентрации взрывопожароопасных веществ в приточном воздухе

Математическая модель динамических процессов разработана для случая, когда известен коэффициент неравномерности концентрации по высоте. Дифференциальное уравнение материального баланса по газовыделениям при концентрации взрывопожароопасных веществ в приточном воздухе, равной нулю, имеет вид

где М(t) - интенсивность выделения взрывопожароопасных веществ источником, мг/с; V - вентилируемый объем помещения, м³; L_в - объемный расход удаляемого воздуха, м³/ч; С_в - концентрация взрывопожароопасных веществ в удаляемом воздухе, мг/м³.

Выводы

С помощью натурных исследований выявить истинную картину распре­деления взрывопожароопасных веществ затруднительно, так как невозможно создать аварийную ситуацию для проведения натурных исследований. За натурными испытаниями остается лишь огромная роль проверочного звена. Метод воздушно-теплового моделирования свободен от перечисленных недостатков натурного эксперимента. Он дает возможность производить экспериментальные работы с исключением второстепенных и регулированием основных факторов. Путем моделирования можно с большой точностью установить степень влияния любого единичного фактора на всю работу систем пожарной сигнализации.

Библиографический список

1. Сазонов, Э.В. Научно-методические основы организации воздухообмена в производственных помещениях: автореф. дис. ...доктора техн. наук: 05.23.03 / Эдуард Владимирович. -  Воронеж, 1973. - 45 с.
2. Рекомендации по основным вопросам воздухоохранной деятельности. - М.: Нииатмосфера, 1995. - 57 с.
3. Полосин, И.И. Расчёт концентраций загрязнённых веществ в помещениях с нестационарными источниками вредностей / И.И. Полосин, С.Н. Кузнецов // Изв. вузов. Строительство. - 1998.- №7 - С.83 - 85.
4. Колодяжный, С.А. Зависимость качества воздуха помещений от концентрации взрывоопасных веществ на открытых производственных площадях
   / С.А. Колодяжный, Н.А. Старцева // Каучук и резина. - 2002. - №2. - С.33.
5. Колодяжный, С.А. Влияние кратности воздухообмена на распространение вредных веществ/ С.А. Колодяжный, И.И. Полосин, Н.А. Старцева // Каучук и резина. - 2008. - №2. - С. 36.