Опасность теплового излучения от горящих декораций при пожаре в театре Текст научной статьи по специальности «Механика и машиностроение»

МОДЕЛИРОВАНИЕ ПОЖАРОВ

Канд. техн. наук, преподаватель кафедры ПС и ГП Академии ГПС МЧС РФ

М. Ю. Кошмаров

Преподаватель кафедры ПС и ГП Академии ГПС МЧС РФ

И. В. Коршунов

УДК 614.841

ОПАСНОСТЬ ТЕПЛОВОГО ИЗЛУЧЕНИЯ ОТ ГОРЯЩИХ ДЕКОРАЦИЙ ПРИ ПОЖАРЕ В ТЕАТРЕ

Представлены исходные положения и методика расчета критической продолжительности пожара по условию достижения плотностью падающего на человека лучистого потока своего предельно допустимого значения.

В работах [1, 2] была представлена математическая модель начальной стадии пожара в театре с колосниковой сценой при горении пакета тканевых декораций. На основе этой модели были получены формулы, позволяющие рассчитывать динамику воздействующих на человека опасных факторов пожара. Указанные формулы могут использоваться для вычисления критических продолжи-тельностей пожара по условиям достижения предельно допустимых значений температуры газовой среды, концентрации токсичных продуктов сгорания и кислорода, оптической плотности дыма. На основе этих вычислений определяется необходимое время эвакуации людей из зрительного зала в случае возникновения пожара при поджоге пакета тканевых декораций.

Кроме перечисленных выше опасных факторов пожара при определении необходимого времени эвакуации людей из зрительного зала следует учитывать воздействие теплового излучения со стороны сцены от горящих тканевых декораций. Лучистые потоки энергии от охваченных пламенем декораций особенно опасны для зрителей, находящихся в первых рядах партера.

При поджоге тканевой декорации в нижней ее части фронт пламени быстро распространяется в вертикальном направлении. В результате экспериментальных исследований было установлено, что средняя скорость распространения пламени вверх по поверхности декораций, выполненных из хлопчатобумажных тканей, составляет величину, равную ¥е = 0,3 м/с [4, 5]. Фронт пламени достигает верхней кромки видимой со стороны зрительного зала части полотна за очень короткий промежу-

ток времени т», который можно вычислить по формуле

т*= ид/Ув

(1)

где Нд — высота видимой со стороны зрительного зала части полотна тканевой декорации (рис. 1). Например, если Нд = 6 м, то т* = 20 с. Скорость распространения фронта пламени по поверхности пакета декораций в горизонтальном направлении значительно меньше. Она составляет величину, в среднем равную Уг = 0,01 м/с [4, 5].

За время т > т» на поверхности пакета декораций образуется видимая со стороны зрительного

7

2 ^2

О,

Рис. 1. Схема расположения горящей декорации и человека в партере: 1 — сценическое помещение; 2 — зрительный зал; 3 — пакет тканевых декораций; 4 — портальный проем; 5 — дверные проемы в сценическом помещении; 6 — дверные проемы в зрительном зале; 7 — дымовой люк; 8 — место горения тканевой декорации; 9 — колосники; 10 — человек в партере театра; Нд — высота видимой части декорации; г — расстояние от человека до горящей декорации

зала полоса горящей ткани, размер которой в вертикальном направлении равен Нд. Скорость этого процесса можно определить по формуле

= 2УгНд,

(2)

где Гпл — поверхность пакета декораций, охваченная пламенем.

С поверхности пакета декораций, охваченной огнем, испускается лучистый поток энергии в сторону зрительного зала. С увеличением площади излучающей поверхности нарастает величина этого потока. В ходе экспериментов было отмечено, что при х > х* излучающий участок поверхности пакета горящих тканевых декораций имеет форму, мало отличающуюся от прямоугольника (рис. 2). Поэтому площадь излучающей поверхности в этом случае может быть вычислена следующим образом:

Рт = 2Нд Уг х.

(3)

В результате экспериментальных исследований было установлено, что средняя интегральная плотность излучения от охваченных пламенем декораций, выполненных из хлопчатобумажных тканей, умноженная на приведенную степень черноты системы (которая представляет собой "излучающая поверхность + облучаемый элемент поверхности человека") составляет величину

Наибольшее воздействие лучистого потока при горении декораций будут испытывать люди, расположенные напротив центральной части излучающей поверхности. В начальной стадии пожара газовая среда в зрительном зале является диатермичной для инфракрасного излучения. Плотность падающего лучистого потока на открытую поверхность кожи человека вычисляется по формуле

Чп = Чо *луч, Вт/м,

(5)

где *луч — коэффициент облученности.

Для вычисления *луч можно использовать формулу, полученную для системы, состоящей из элемента облучаемой поверхности ёР и параллельного ему плоского излучающего прямоугольника [7]. Если при этом лицо человека находится на уровне нижней кромки пакета тканевых декораций, что характерно для зрителей первых рядов партера, то значение коэффициента облученности при х > х* определяется следующим образом:

* = 1

луч

П

НА

.1

г аг^

Уг х

н 2

I

н 2

Уг X

¡1/2 2 , 2 \Уг х + г

аг^

Нл

¡1/2 2 , 2 VУ г х + г

(6)

Чо = епРС01 10Г0 I = 37790 Вт/м2

(4)

где е

пр

приведенная степень черноты; коэффициент излучения абсолютно чер-

Со

ного тела, С0 = 5,67 Вт/(м2 • К4); Тт — температура пламени, К.

Рис. 2. Схема излучающей поверхности Епл и облучаемого элемента кожи человека, находящегося в партере театра, при х> Нд /Ув: г — расстояние от участка кожи человека до горящей поверхности тканевой декорации; Нд — высота видимой со стороны зрительного зала части полотна горящей тканевой декорации; У г и Ув — соответственно скорости распространения фронта пламени по поверхности пакета декораций в горизонтальном и вертикальном направлениях

где г — расстояние от нижней кромки горящего пакета декораций до облучаемого участка кожи человека;

Нд — высота видимого участка поверхности декорации, охваченной огнем (см. рис. 1); х — время, отсчитываемое от момента поджога ткани в нижней точке декорации. Формулу (6) можно преобразовать к следующему виду, удобному для анализа влияния различных факторов на величину коэффициентаоблученности:

* = I

луч

П

1

л/Г

г аг^

рх

рх

л/р

2-2 , -2 х + г

г аг^

л/1 + Г 2 1

л/Р

2-2 , -2 х + г

(7)

где г = г/Нд ; х = х/х * ; х * = Нд/Ув ; Р = УгУв ■

Результаты расчетов по формуле (7), выполненных при разных г, представлены на рис. 3 в виде зависимости *луч от безразмерного времени х. Для этих расчетов значение коэффициента Р принималось равным о,о333.

Из рис. 3 видно, что при х > х* коэффициент облученности сильно зависит от соотношения высоты портального проема и расстояния от горящего пакета декораций до людей, расположенных в пер-

4

¥

луч

0,20

0,15

0,05

1

^ 2

3

4

J

3 4 5 6 7

10 т = т/т»

Рис. 3. Зависимость ^луч от т и г: 1-6 — кривые зависимости коэффициента облученности при параметрах г, соответственно равных 0,5; 0,6; 0,7; 0,8; 0,9; 1,0

Время переносимости человеком облучения при разных значениях плотности падающего потока лучистой энергии

q№ Вт/м2 2790 4185 5580

т , с nepen ' 25,7 13,4 7,5

¥луч = qn /q0 0,0738 0,1107 0,1476

вых рядах партера. Так, например, при г = Нд в момент времени т = т*= Нд/Ув ¥луч = 0,0136. Следовательно, плотность падающего теплового потока по формуле (5) составит = д0 х¥луч = 37790х х0,0136 = 514 Вт/м2.

Коэффициент облученности за время 2т » возрастает почти в два раза, а за время 4т» — более чем в четыре раза. Соответственно увеличивается со временем плотность падающего лучистого потока на поверхность кожи человека.

Исследования переносимости человеком падающего на него лучистого потока энергии проводились И. И. Деденко, Н. К. Гноевой и В. С. Ивановой [8]. Ими было установлено время переносимости облучения при разных значениях плотности падающего потока лучистой энергии. В таблице представлена часть результатов, опубликованных в работе [8].

В приведенной таблице в верхней строке указаны плотности падающих на кожу человека потоков

лучистои энергии qn, в следующей строке — время переносимости человеком соответствующих указанных значений qn (данные представлены для участка кожи человека, площадь поверхности которого равна 210 см2). Временем переносимости авторы публикации [8] называют промежуток времени облучения, по истечению которого человек испытывает непереносимую боль. Следует отметить, что авторы работы [8] исследовали воздействия неменяющихся со временем потоков лучистой энергии (т.е. при qn = const). При пожаре, как уже отмечалось, плотность падающих потоков в начальной стадии пожара возрастает. Поэтому если в некоторый момент времени т плотность потока лучистой энергии достигнет, например, значения qn = 4185 Вт/м2, то это не значит, что после этого человек не будет испытывать непереносимой боли целых 13 с. Дело в том, что плотность потока нарастает при горении декораций и фактически человек начнет испытывать непереносимую боль гораздо раньше.

При определении критической продолжительности пожара по условию достижения плотностью падающего на человека теплового потока своего предельно допустимого значения следует принимать qnp.don = 2790 Вт/м2.

Предельно допустимая плотность теплового потока реализуется в момент времени, когда размеры излучающей поверхности пакета декораций достигнут значений, при которых ¥луч = 0,0738. На рис. 3 нанесена пунктирная линия, соответствующая этому значению. Точка пересечения указанной пунктирной линии с каждой линией, представляющей зависимости ¥луч от т при разных значениях параметра r, позволяет определить значения критической продолжительности пожара при заданных значениях r.

В заключение следует отметить, что излучение от горящих пакетов декораций представляет большую опасность для зрителей, находящихся в портере театра. Результаты анализа показали, что при определении необходимого времени эвакуации людей из первых рядов партера необходимо учитывать воздействие на них лучистых потоков.

0

8

ЛИТЕРАТУРА

1. Грачёв В. А., Кошмаров М. Ю., Коршунов И. В. Математическая модель начальной стадии пожара в театре с колосниковой сценой // Пожаровзрывобезопасность. — 2006. — Т. 15, № 1. — С. 36-40.

2. Кошмаров М. Ю., Коршунов И. В. Температурный режим начальной стадии пожара в театре с колосниковой сценой // Пожаровзрывобезопасность. — 2006. — Т. 15, № 2. — С. 17-23.

3. ГОСТ 12.1.004-91*. ССБТ. Пожарная безопасность. Общиетребования.

4. Стрельчук Н. А., Кривошеев И. Н. Развитие пожара в клубе с колосниковой сценой: Труды высшей школы. Вып. 33. — М.: ВИПТШ МВД СССР, 1972.

5. Кривошеев И. Н. Исследование начальной стадии развития пожара в зрелищных предприятиях (с целью обоснования допустимого времени эвакуации): Дис.... канд. техн. наук. Высшая школа МВД СССР. — М., 1971. — 196 с.

6. Кривошеев И. Н., Шляпужников Б. А. Исследование параметров горения декораций: Отчет. — М.: Высшая школа МООП РСФСР, 1968.

7. Кошмаров Ю. А., Башкирцев М. П. Термодинамика и теплопередача в пожарном деле. — М.: ВИПТШ МВД СССР, 1987. — 444 с.

8. Деденко И. И., Гноевая Н. К., Иванова В. С. Пределы переносимости человеком инфракрасной радиации при местном облучении // Космическая биология и медицина. — 1968. — № 3.

9. Кошмаров Ю. А. Прогнозирование опасных факторов пожара в помещении. — М.: Академия ГПС МВД России, 2000. — 118 с.

Поступила в редакцию 16.05.06.