感温火灾探测器的预警时间.doc

感温火灾探测器的预警时间
消防设备研究
郭勇罗嘉陵王厚华重庆大学(400045)
关键词感温火灾探测器接触时间响应时间
ti——点燃时间(设为0),s;
A——火灾增长系数,kJ/s3,见表1。
火灾增长系数随可燃物的种类及建筑物的结构布置的变化而变化。根据火灾增长的快慢定义了四类基本的火灾增长曲线,也就是慢速火、中速火、快速火和超速火。
表1 火灾增长系数火灾增长系数
火灾增长率
kJ/s3
慢速火中速火快速火超速火

热释放速率达到
200kW的时间
s

1 引言
需要说明的是,火灾的发展不仅仅是由燃料的数量决定的,它还受燃料的物理状态、堆放形式等因素的影响,因此,单纯的把火灾荷载作为选
择火灾曲线的依据的作法是不合适的,只能是近似的看待。
3 感温火灾探测器的响应时间(t2)的预测
感温火灾探测器换热机理及换热数学模型在火灾中,感温探测元件与周围环境之间的热量交换主要包括探测元件与烟气之间的对流换热和探测元件与周围围护结构的辐射换热两部分。
探测元件与烟气间的对流换热过程中,其传递的热量可以表示为
qc=hA△T=hA(Tg-T)
……(2)
探测元件与四周围护结构的辐射换热过程中,其传递的热量可以表示为
?Rb(T0-T)A……(3)qr=E
探测元件与周围环境之间的复合换热过程中传递的总热量可以表示为
q=qc+qr=A[h(Tg-T)+ERb(T0-T)]
……(4)
式中:q——总的复合换热传递的热量,W;qc——对流换热传递的热量,W;
qr——辐射换热传递的热量,W;A——探测元件的表面积,m;
$T——烟气与探测元件之间的温差,K;
2
4
4
4
4
2 “接触时间”(t1)的预测
通过大量的火灾实验及对真实火灾的分析发现,一般火灾的发展开始都大致遵从如下规律:
Q=A(t1-ti)
式中:Q——热释放速率,kW/s;
12
[2]
……(1)
h——对流换热系数,W/m2?K;
Tg——烟气的温度,K;
T——探测元件的温度,K;T0——周围环境的温度,K;
E——探测元件的相当发射率;
-824
Rb——黑体辐射常数,×10W/m?K。由于探测元件体积一般很小,可视为内部温度均匀的“圆管”,对其应用能量守恒方程得:
44
A[h(Tg-T)+ERb(T0-T)]dt=mcdT式中:m——探测元件的质量,kg;
c——探测元件的比热,kJ/kg?K。积分(5)式得:
t2=AdTT0
h(Tg-T)+ERb(T0-T)
T

式中:K——Tmax时烟气的导热系数,W/m2?K;
2
M——Tmax时烟气的运动粘滞系数,m/s;D——探测元件的外径,m。
令B=f(T)=
,A
maxN44()(Tmax-T)+ERb(T0-T)DM


……(5)
则t2=B∫Tf(T)dT0
用Newton-Cotes[3]插值型数值积分求解积分值,将区间[T0,T]n等分,步长g=Tk=T0+kg,(k=0,1,…n)
取等距节点n
n
T
……(6)

式中:t2——响应时间,s。
由传热学的理论3得知,此种情况下的对流换热可视为外掠单管流动的对流换热,其对流换热系数h是雷诺数Re和普朗特数Pr的函数。
h=Nu

Nu=CRePr(Prw)式中:C、N——随Re而变化的常数;
Nu——努谢尔特数。
对于烟气,Pr基本不变,,因此Nu=CRe()=≤40时,C=,N=;
3N

N
[2]
t2=Bf(Tk)∫T0f(T)dT≈B(T-T0)2Ck
(n)
T
k=0
……(7)
T
(n)式中:Ck=n?k!(n-1)!T0t(t-1)…(t-k+1)
(t-k-1)…(t-n)dt, (k=0,1,…n)
计算表明,取n=4已足够保证精度。
n-k

C0==90,因此

(4)
(4)(4)(4)(4),C1=,C2=,C3=,C490451545
……(8)
t2=B∫T0f(T)dT≈
T
0[7f(T0)+32f(T1)90
……(12)
+12f(T2)+32f(T3)+7f(T4)]
当40&lt