Лекция Термодинамический анализ пожара

г) Уравнение баланса инертного газа. Инертными называются
газы, не участвующие в химических реакциях. Таким газом явля­ется, например, азот. Уравнение материального баланса для нейтрального газа выводится аналогично предыдущим уравнениям и имеет следующий вид:
(1.23)
где х₃—среднеобъемная концентрация инертного (нейтрального) газа в по­мещении; х_зв — концентрация этого газа в окружающей атмосфере; n_з=х_3г/х₃—коэффициент, учитывающий различие концентраций газа в уходящих газах и помещениях.

С учетом уравнения (1.20) уравнение (1.23) можно преобразо­вать:
д) Уравнение энергии. Рассматриваемая открытая термодинамическая система, которую представляет собой газовая среда в по­мещении, характеризуется тем, что она не совершает работы рас­ширения или другой технической работы. Кинетическая энергия
видимого движения этой системы пренебрежимо мала по сравнению
с ее внутренней энергией.
Внутренняя энергия газа, заполняющего помещение, вычисля­ется следующим образом. Выделим малый объем dV в помещении (см. рис: 1.1). Масса находящегося в момент т в объеме dV газа раина pdV, а внутренняя энергия этого количества газа — c_vpTdV. Внутренняя энергия всего газа, находящегося в помещении, вычис­ляется путем интегрирования:

Так как и , где то

В процессе пожара атомность газа несколько меняется. Значе­ние показателя адиабаты k может быть разным в различных точ­ках объема помещения. Однако в реальных условиях это различие весьма невелико. Поэтому можно принять, что k=const, и формулу для определения внутренней энергии записать в следующем виде:

Изменение внутренней энергии рассматриваемой термодинами­ческой системы за время dτ равно:

Изменение внутренней энергии рассматриваемой системы обу­словлено подводом теплоты, выделяющейся в результате горения, отводом теплоты в ограждающие конструкции и взаимодействием этой системы с окружающей средой путем массообмена.
Количество теплоты, выделившейся при горении за время dτ, равно ψηQ_Hdτ, где Q_H —теплота сгорания, а η— коэффициент пол­ноты сгорания.
Количество теплоты, ушедшей за время dτ в ограждающие конструкции, равно Qwdτ, где Qw — тепловой поток, т. е. количе­ство теплоты, получаемой ограждением за единицу времени,
Потоки массы через контрольную поверхность рассматриваемой термодинамической системы характеризуются тем, что в них удель­ная кинетическая энергия газа пренебрежимо мала по сравнению с удельной энтальпией газа. Кроме того, можно пренебречь удель­ной потенциальной энергией газа в этих потоках.
С учетом всего сказанного из первого закона термодинамики для открытой термодинамической системы вытекает следующее уравнение:

где t_в=C_рвТ_в – энтальпия наружного воздуха; t_г=C_ргТ_г – энтальпия уходящих газов; 1_п — энтальпии продуктов газификации (пиролиза, испаре­ния) горючих материалов; Т_в — температура наружного воздуха; Т_г — темпе­ратура уходящих газов; С_рв, С_рг - теплоемкости наружного воздуха и уходящих газов
Это уравнение преобразуется к следующему виду:
(1.24)
где
Обычно m≥1.
Уравнение (1.24) называется уравнением энергии пожара.