Ústav Chemického a Environmentálneho Inžinierstva
Oddelenie Chemického a Biochemického Inžinierstva
Odbor Bezpečnostné inžinierstvo
Požiarné inžinierstvo






Obsah

Jednotlivé kroky výpočtu:

1. Veľkosť mláky (priemer)
2. Rýchlosť horenia
3. Geometria plameňa (výška, naklonenie a pretiahnutie plameňa)
4. Atmosferická transmisivita
5. Výber modelu na výpočet vyžiareného tepelného toku
6. Optický (geometrický faktor) stanoviska
7. Tepelný tok na cieľ



1. Priemer mláky - D [m]:

  • Pri výpočte priemeru mláky si je potrebné uvedomiť, či ide o kontinuálny, alebo okamžitý únik horľavého materiálu.

    • Pre okamžitý únik priemer mláky vypočítame na základe znalosti množstva uniknutej látky a hrúbky mláky, ktorá sa vytvorila


    • V objem horľavej kvapaliny v mláke [m3]
      hrúbka mláky [m]

    • Pri kontinuálnom úniku je priemer mláky určený z množstva uniknutej látky a na základe vypočítanej vertikálnej rýchlosti horenia, ktorej sa budeme venovať v bode 2. Ide o tzv. maximálny alebo rovnovážny priemer mláky.

      objemový tok horľavej kvapaliny do mláky [m3/s]
      vertikálna rýchlosť  horenia [m/s]
        Nutné predpoklady:
      • rýchlosť horenia je konštantná

      • dominantný tok tepla je z plameňa

      • mláka má kruhový tvar (inak sa používa ekvivalentný priemer)

  • Poznámka: často je veľkosť mláky obmedzená fyzikálnymi bariérami (hrádza, kanalizácia, záchytný bazén), v tomto prípade je polomer mláky daný veľkosťou záchytnej nádrže

2. Rýchlosť horenia - mB [kg/(m2s)]:

  • Na výpočet hmotnostnej rýchlosti horenia mB poznáme viacero korelácií, často používaná je korelácia, v ktorej najprv musíme ako prvú určiť vertikálnu rýchlosť horenia .


  • Vertikálna rýchlosť horenia [m/s] je potrebná na výpočet priemeru mláky pre kontinuálny únik (pozri bod 1)


  • spalné teplo (J/kg)
    výparné teplo pri teplote okolia [J/kg]
    tepelná kapacita kvapaliny [J/kg.K]
    teplota varu kapaliny [K]
    teplota vzduchu (okolia) [K]

  • Následne hmotnostnú rýchlosť horenia mB vypočítame veľmi ľahko ak poznáme hustotu kvapaliny


  • hustota kvapaliny [kg/m3]
    vertikálna rýchlosť  horenia [m/s]

3. Geometria plameňa (výška plameňa H [m]:

  • Pri určovaní geometrie plameňa treba brať do úvahy najmä poveternostné podmienky, a to najmä rýchlosť a smer vetra. Silný vietor spôsobuje zmeny geometrie plameňa (výšku, pretiahnutie a naklonenie plameňa v smere vetra).


  • Ak predpokladáme bezveterné počasie, nedochádza k nakloneniu plameňa a jeho výšku môžeme vypočítame na základe nasledovnej korelácie navrhnutej Thomasom (1963):


  • mB hmotnostná rýchlosť horenia [kg/(m2s)]
    hustota vzduchu [kg/m3]
    g gravitačné zrýchlenie [9,81m/s2]
    D priemer mláky [m]

  • Poznámka: Samozrejme poznáme viacero korelácií na výpočet výšky plameňa, jeho naklonenia a pretiahnutia pod vplyvom vetra, s ktorými sa študenti oboznámia na seminároch z PI.

4. Atmosferická transmisivita τa:
  • Atmosferická transmisivita vyjadruje koľko emitovanej energie radiáciou je pohltené vzduchom, ktorý sa nachádza medzi zdrojom žiarenia a cieľom:


  • parciálny tlak pár vody vo vzduchu [Pa]
    X vzdialenosť pozorovateľa od zadaného zdroja žiarenia [m]

  • Parciálny tlak pár vody vo vzduchu určíme na základe znalosti hodnoty vlhkosti vzduchu a teploty vzduchu:

    RH relatívna vlhkosť vzduchu [%]
    teplota vzduchu [K]
5. Výber modelu na výpočet vyžiareného tepelného toku

  • Aby sme mohli nejakým spôsobom popísať tok energie zo vzniknutého plameňa v dôsledku požiaru mláky, je potrebné zaviesť určitú geometrickú predstavu o tepelnom zdroji.


  • Viacerí autori sa pokúšali popísať tvar plameňa rôznymi geometrickými útvarmi a následne navrhnúť výpočet toku tepla z povrchu týchto útvarov.


  • Základné dve modelové predstavy na výpočet tepelného toku z povrchu plameňa sú modely:


    • Model bodového zdroja – predpokladá, že celý tepelný tok sa uvoľňuje z jedného bodu v centre plameňa






    • Model plošného zdroja (stabilného oblaku ) - predpokladá, že celý viditeľný objem plameňa, ktorý je popísaný geometrickým útvarom, emituje teplo



  • Body výpočtu 1-4 sú pre obidva modely totožné, odlišnosti nastávajú pri výpočte optického (geometrického) faktora (bod výpočtu 6) a výsledného tepelného toku na pozorovateľa (bod výpočtu 7).
6. Optický (geometrický) faktor stanoviska Fp [m-2]:
  • Optický faktor sa počíta rozdielne pre model bodového a plošného zdroja


  • Zohľadňuje postavenie alebo ešte lepšie pozíciu pozorovateľa vzhľadom ku zdroju žiarenia


    • Pre model bodového zdroja je daný ako:


    • X vzdialenosť pozorovateľa od zadaného zdroja žiarenia [m]

    • Pre model plošného zdroja - optický faktor silne závisí od toho, akým geometrickým útvarom popíšeme viditeľný plameň, napr.: guľový žiarič, vertikálny cylindrický žiarič, vertikálny cylindrický žiarič naklonený, vertikálny rovinný žiarič.

  • Poznámka: Z dôvodu oveľa väčšej komplikovanosti a časovej náročnosti výpočtu optického faktora pre plošný zdroj, ho podrobnejšie neuvádzame a študenti sa s ním zoznámia na hodinách PI.
7. Tepelný tok na cieľ [J/(m2s)]:

  • Tepelný tok na cieľ je výsledný tok, ktorý zasiahne pozorovateľa v určitej vzdialenosti VZ od okraja horiacej mláky.


  • Udáva sa v Jouloch za sekundu na jeden meter štvorcový plochy receptora


  • Opäť jeho výpočet závisí od zvoleného modelu, či už ide o model plošného, alebo model bodového zdroja.


    • Pre model bodového zdroja je daný ako:

      Fp optický faktor stanoviska [m-2]
      mB hmotnostná rýchlosť horenia [kg/(m2s)]
      spalné teplo (J/kg)
      D priemer mláky [m]
      zlomok energie uvoľnenej horením
      τa atmosférická transmisivita


  • Poznámka: Zlomok energie uvoľnenej horením je tabelovaná hodnota pre niektoré bežné palivá. Jeho typická hodnota sa pohybuje od 0,15-0,35.


    • Pre model plošného zdroja môžeme tepelný tok na cieľ vypočítať na prvý pohľad jednoduchšie, avšak predtým ako ho budeme schopný vypočítať, musíme určiť priemerný emitovaný tepelný tok Eav [J/(m2 s)] a optický faktor pre plošný zdroj.

      Fp optický faktor stanoviska [m-2]
      τa atmosférická transmisivita
      Eav priemerný emitovaný tepelný tok [J/(m2 s)]


  • Poznámka: Ako pozorný čitateľ určite zbadal, neuvádzame ani vzťah na určenie priemerného emitovaného tepelného toku Eav. Vzhľadom na to, že výpočet tohto parametra má silne empirický charakter, voľbou vhodného vzťahu na jeho výpočet sa podrobne zaoberáme na cvičeniach z PI.

Ústav chemického a environmentálneho inžiniertva