Теоретические основы процессов горения и тушения пожаров

Введение
Пожар, как неконтролируемое горение, представляющее собой суще-ственную опасность для людей и имущества, имеет сложную природу, которая зависит от множества факторов, включая физико-химические свойства матери-алов, условия окружающей среды и особенности конструкции помещений. Со-гласно Федеральному закону от 21 декабря 1994 года N 69-ФЗ «О пожарной безопасности», пожар может возникнуть в результате химических реакций между горючими веществами и окислителями, что приводит к выделению тепла и образованию продуктов горения.
В реальных условиях пожара процессы горения становятся диффузион-ными, что означает, что скорость химической реакции температурно зависима от притока воздуха и эффективности удаления образующихся газов. Эти два процесса составляют основу газообмена, который, в свою очередь, различает открытые и внутренние пожары. Открытые пожары происходят на свободном пространстве и подвержены влиянию атмосферных условий, тогда как внут-ренние пожары развиваются в замкнутых или ограниченных пространствах.
Следует отметить, что в условиях открытого горения, если потоки горю-чих газов ламинарные, то соотношение горючего и окислителя контролируется законами диффузии. Если же поток турбулентный, происходит механическое перемешивание компонентов, что значительно ускоряет процесс горения, осо-бенно под воздействием ветра, который может существенно изменить направ-ление распространения огня и интенсивность тепловых потоков.
На внутренних пожарах параметры не только зависят от характера го-рючих материалов и их распределения, но также от архитектурно-планировочных решений жилых и производственных зданий. Например, коли-чество и соотношение вентиляционных и вытяжных окон, высота и размер оча-га могут резко изменять динамику распространения пламени.
Кроме того, важно учитывать, что горение является реакцией, выделяю-щей тепло, и эта теплотворная способность может проявляться в различных формах. В частности, теплообмен играют ключевую роль в процессе распро-странения огня и его влиянии на конструктивные элементы здания. В зависимо-сти от теплопроводности материалов и условий, в которых происходит пожар, время, необходимое для нагрева веществ до критической температуры, и, соот-ветственно, скорость распространения огня могут варьироваться.
Конвективный теплообмен также является значительным фактором, спо-собствующим распространению пожара. Движение нагретых газов создает подъемные потоки, которые не только перемещаются вверх, но и могут пере-мещать тепло в другие помещения, усиливая распространение огня. В свою очередь, излучение оказывается важнейшим процессом теплопередачи; его влияние может ощущаться на больших расстояниях и значительно ослабляется при прохождении через газовую среду, что делает учитывание атмосферных условий важным для оценки реальной опасности пожара.
Для поддержания процесса горения необходимо постоянное поступление свежего воздуха и эффективное удаление продуктов горения. В открытых про-странствах этот процесс в основном контролируется диффузией окислителя, в то время как в помещении он зависит от конструктивных характеристик и ве-личины проемов. Чем больше будет свежего воздуха, тем быстрее и интенсив-нее будет горение.
Таким образом, взаимодействие процессов горения, теплообмена и газо-обмена образует сложную систему, влияющую на общую обстановку во время пожара. На основании этого взаимосвязанного подхода можно понять, что ин-тенсивность тепловыделения играет критическую роль не только для скорей-шего распространения пожара, но и для сохранности людей и сооружений. Она определяет время, необходимое для достижения предельно допустимой температуры в помещениях, что критически важно для обеспечения безопасной эвакуации.
Кроме того, недостаток кислорода может привести к неполному сгора-нию, вызывая образование угарного газа и других опасных веществ, что может стать причиной новых очагов возгорания. Таким образом, все эти аспекты подчеркивают, что пожар — это сложное переплетение физических и химиче-ских процессов, каждый из которых требует внимательного подхода как в ис-следованиях, так и в практическом управлении подобной угрозой.
Целью данной работы является рассчитать процессы развития и тушения пожаров.


























1 Особенности внутренних пожаров
Внутренние пожары, развивающиеся в ограниченном пространстве, представляют собой уникальное явление, в котором воздействие внешних фак-торов, таких как скорость и направление ветра, играет гораздо меньшую роль по сравнению с воздействием тепломассообмена между зоной горения, окру-жающей средой и внутренним объемом помещения. Поскольку эти пожары протекают в замкнутых пространствах, их динамика и интенсивность во мно-гом зависят от того, как быстро пламя может распространиться от первона-чальной точки зажигания, вовлекая в процесс горения все новые участки горю-чих материалов.
Для того чтобы пожар мог развиваться в замкнутом пространстве, ему необходимо достичь определенного критического размера, при котором тем-пература на уровне потолка может резко возрасти, достигая около 600°С. Хо-тя высокие уровни излучения могут усилить скорость локального горения, ос-новным фактором, определяющим увеличение размеров пламени и скорость его распространения, является увеличивающаяся площадь, охваченную огнем. Это подчеркивает важность тщательного анализа характеристик распростра-нения пламени по различным горючим материалам.
Феномен распространения пламени можно рассматривать как процесс перемещения фронта горения, где передняя кромка пламени служит источни-ком тепла, подогревая горючие вещества перед собой до температуры их вос-пламенения и способствуя их зажиганию. Таким образом, скорость распро-странения пламени зависит не только от физических характеристик материа-лов, но и от их химического состава. Важную роль в этом процессе также иг-рают различные факторы, которые влияют на скорость распространения пла-мени твердых горючих материалов.
Внутренние пожары принято разделять на локальные и объемные. Ло-кальные пожары отличаются наличием отчетливого струйного течения над ис-точником огня и четко выраженной границей среди горячих газов, состоящих из продуктов горения, и «холодного» воздуха из окружающей среды. Для ло-кальных пожаров можно выделить категории с постоянной и переменной пло-щадью горения. Локальные пожары с постоянной площадью горения возника-ют, например, при горении жидкостей на ограниченном зеркале, тогда как при горении твердых материалов и изменяющейся пожарной нагрузке площадь го-рения становится переменной.
Объемные пожары возникают тогда, когда зоны горения сопоставимы с размерами самого помещения, что, в свою очередь, создает особенности дина-мики пожара, охватывающей изменения основных параметров как во времени, так и в пространстве. Это включает в себя процессы распространения пламени по горючим материалам, перебрасывания огня через противопожарные пре-грады и связанное с этим нагревание и задымление.
Нельзя не отметить, что внутренние пожары, происходящие в зданиях и сооружениях, имеют свои специфические особенности, по сравнению с откры-тыми пожарами. Например, теплообмен в случае внутренних пожаров харак-теризуется накоплением тепла в газовом пространстве зоны горения, что в зна-чительной мере затрудняет борьбу с огнем и спасение людей.
Общая характеристика динамики внутренних пожаров зависит от множе-ства параметров: площади горения, температурного режима, скорости распро-странения пламени, интенсивности выделения тепла и газообмена. Устранение фактора открытости вызывает ряд уникальных требований к анализу и пони-манию поведения огня в замкнутых пространствах. Выбор древесины в каче-стве базового горючего материала для анализа динамики и интенсивности по-жаров обусловлен тем, что именно на ее долю приходится преобладающая часть загораний, и значительное число трагедий связано именно с горением древесины.
В процессе развития внутренних пожаров можно выделить три основных этапа. Первоначальная стадия характеризуется низкой средней температурой и отсутствием эффективного газообмена, когда огонь начинает поедать окружа-ющие его горючие материалы. Основной этап начинается с активизации газо-обмена и охвата возгоранием всей пожарной нагрузки, что приводит к резкому увеличению температуры и интенсивности выделяемого тепла. Заключительная стадия характеризуется уменьшением площади горения по мере выгорания до-ступных материалов, с последующим снижением температуры и тепловых вы-делений.
Важно также рассмотреть параметры внутреннего пожара, такие как продолжительность, площадь горения и массовая скорость выгорания, кото-рые могут существенно варьироваться в зависимости от различных условий. Например, продолжительность пожара определяется как промежуток времени от его возникновения до полного прекращения горения. Площадь горения охватывает проекцию зоны горения на горизонтальной или вертикальной плоскости, а массовая скорость выгорания характеризует, сколько горючего сгорает за единицу времени и зависит от площади поверхности, над которой происходит горение.
Таким образом, внутренние пожары составляют сложные динамические системы, изучение которых позволяет более эффективно подходить к задачам предотвращения и тушения. Учет всех вышеупомянутых факторов является ключом к обеспечению безопасности и эффективной стратегии реагирования на возникающие угрозы.

















2 Методика расчета площади пожара
При расчете процесса развития внутреннего пожара в условиях ограни-ченного газообмена принимаются следующие допущения: