Действие теплового излучения на человека

Наблюдаемый эффект	Интенсивность излучения, кВт/м2
Переносится длительное время	1,26*
Болевые ощущения через 10-20 с	4,2
Болевые ощущения через 8 с	6,4
Болевые ощущения через 3 с	10,4
Появление ожогов (волдырей) через 10-20 с	10,4
Появление ожогов (волдырей) через 5 с

Примечание. *Интенсивность полного теплового излучения Солнца в зените на поверхности Земли с учетом поглощения составляет 1,05 кВт/м².

Таблица 1.10

Минимальные интенсивности теплового излучения и время, при которых происходит возгорание горючих материалов, кВт/м²

Материал	Продолжительность действия, мин.
Древесина (сосна влажность 12%)	18,8	16,9	13,9
Древесно-стружечная плита	13,9	11,9	8,3
Торф брикетный	31,5	24,4	13,2
Торф кусковой	16,6	14,4	9,8
Хлопок – волокно	11,0	9,7	7,5
Слоистый пластик	21,0	19,1	15,4
Стеклопластик	19,4	18,6	17,4
Пергамин	22,0	19,8	17,4
Резина	22,6	19,2	14,8
Уголь	-	35,0	35,0

Данные табл. 1.9, 1.10, позволяют рассчитать расстояние безопасного удаления человека от пожара и расстояния, при котором не будет возгорания заданного объекта.

Результаты, достаточно хорошо согласующиеся с данными экспери-

мента, можно получить, используя теорию теплового излучения. Если - площадь излучающей поверхности, то интенсивность облучения площадки (рис. 1.10) может быть определена на основании закона Стефана-Больцмана для теплового излучения абсолютно черного тела:

,

где – энергетическая светимость (интегральная излучательная способность), Вт/м²; Вт/(м²∙К⁴) – постоянная Стефана-Больцмана; – термодинамическая температура, К.

При оценочных расчетах полагаем, что излучатель и облучаемый объект – абсолютно черные тела, поглощение излучения воздухом отсутствует, геометрия задачи соответствует точечному тепловому источнику, излучающему в полуплоскость, а также: , и . Тогда интенсивность теплового потока на облучаемом объекте определяется выражением:

, (1.9)

где – площадь поверхности излучателя (пламени), обращенной к объекту, м²; – расстояние от источника теплового излучения до объекта, м.

Площадь излучающей поверхности – факела пламени при безветрии приближенно может быть определена в соответствии с рис. 1.11 следующим образом.

При горении здания, штабеля леса и им подобных объектов , где – длина здания или длина штабеля, – высота от поверхности земли до конька крыши; для штабеля – высота штабеля. При горении горючих жидкостей в открытом резервуаре – площадь равнобедренного треугольника с основанием, равным диаметру резервуара и высотой : . При горении жидкости, разлитой по поверхности земли, факел пламени представляется цилиндром, излучающая поверхность – прямоугольник с основанием, равным диаметру пятна и высотой , высота факела пламени не превышает в большинстве случаев 10 м.

Пример 1. Определить радиус теплового поражения людей при горении деревянного дома длиной 10 м и высотой от земли до конька крыши 15 м.

Решение. Радиус поражения находим из формулы (1.9):

,

где – средняя по площади пламени температура излучающей поверхности горящей древесины ( К); – площадь факела пламени м, м; – интенсивность теплового излучения, при которой человек через 10-20 с начинает испытывать болевые ощущения ( Вт/м²).

Подставляя численные значения величин в формулу, получим:

м.

В специальной литературе при расчете теплового потока вместо формулы (1.9) используется эмпирическая зависимость:

, кВт/м², (1.10)

где – коэффициент, характеризующий геометрию источника излучения, для объемного - плоского источника; – удельная теплота пожара – мощность излучения, испускаемая с единицы площади факела пламени, кВт/м²; – теплота сгорания горючего материала, кДж/кг; – массовая скорость выгорания горючего материала, кг/(м²∙с); – характерный размер пламени (), м; - расстояние до очага

горения, м.

В соответствии с формулой (1.10) радиус поражения тепловым излучением равен: . Расчет радиуса поражения для примера 1 дает результат (принимаем, используя данные табл.7, для древесины: кДж/кг, кг/(м²·с), (среднее значение), кВт/м²):

м.

Как видно из сравнения результатов, отличие составляет около 10%.

Пример 2. При аварии на железной дороге из цистерны разлилось и загорелось 60 т мазута. Оценить радиус теплового поражения людей и возможность возгорания деревянных домов, расположенных в 40 м от места аварии.

Исходные данные: кг/м³ – плотность мазута, кДж/кг – теплота сгорания мазута, кг/(м²·с) – массовая скорость выгорания мазута, К – средняя по площади факела пламени температура, кВт/м² – пороговая интенсивность излучения для человека, кВт/м² – интенсивность излучения для возгорания древесины (время облучения 15-3 мин.). Полагаем, что толщина пятна мазута на поверхности земли составляет см, высота факела пламени составляет м, безветрие.

Решение. Используем эмпирическую зависимость (1.10).

1. Определяем диаметр пятна разлившегося мазута:

, м.

2. Рассчитываем продолжительность горения мазута:

, с=22,6 мин.

3. Определяем характерный размер пламени:

м.

4. Находим радиусы теплового поражения людей и возгорания деревянных домов:

м,

м.

При использовании зависимости (1.9) получим:

м,

м.

Отличие результатов обусловлено неточным заданием температуры пламени и коэффициента, учитывающего геометрию источника излучения.

Выражения (1.9) или (1.10) могут быть использованы для определения наименьших расстояний между зданиями (сооружениями) при наружных пожарах – противопожарных разрывов. Например, для деревянных домов (пример 1) противопожарный разрыв составляет:

м.

Обеспечение пожарной безопасности. Требования пожарной безопасности изложены в Строительных нормах и правилах СНиП, Противопожарных требованиях и условиях строительного проектирования и других нормативных документах. Среди основных организационных мероприятий обеспечения пожарной безопасности является эвакуация людей при пожаре.

1.5.2. Техногенные взрывы

Аварии и катастрофы, связанные с взрывами, являются наиболее опасными и непредсказуемыми. При мощных взрывах образуются обширные очаги поражения, в пределах которых разрушаются здания, сооружения, техника, получают травмы и гибнут люди. Взрывы часто сопровождаются пожарами (или являются следствием пожаров).

Потенциально опасными объектами с точки зрения возможности взрыва являются:

- хранилища и склады взрывчатых веществ (ВВ), горюче-смазочных материалов, нефте-, газо- и продуктопроводы;

- различные производства на предприятиях химической, нефтеперерабатывающей, фармацевтической и т.д. промышленности;

- мельничные элеваторы, деревообрабатывающие предприятия, ткацкое производство и т.п. (мучная, древесная, хлопковая пыль);

- средства транспортировки ВВ, горючих веществ железнодорожным, водным, автомобильным транспортом.

Общие сведения о взрыве

Будем рассматривать взрыв в воздухе, как наиболее часто встречающийся [6,8,9].

Картина взрыва, характеристики области взрыва, поражающее действие взрыва зависят от того, какое количество энергии выделяется в единице объема в единицу времени при взрыве. С этой точки зрения различают взрывы:

- конденсированных ВВ;

- объемные;

- ядерные.

Остановимся на первых двух видах взрывов, ядерные взрывы в силу наличия специфических поражающих факторов (световое излучение, проникающая радиация, радиоактивное заражение, электромагнитный импульс) требуют отдельного рассмотрения.

Взрыв – это процесс быстрого превращения вещества, сопровождающийся выделением большого количества энергии.

Важной характеристикой взрыва является скорость распространения взрывчатого превращения по объему вещества (среды). В зависимости от величины этой скорости различают “простое” горение (рассмотрено выше в разделе “пожары”), дефлаграционный взрыв и детонацию.

Дефлаграционный взрыв: , где – скорость звука в среде. В газах при нормальных условиях ( К, Па) м/с, в твердых телах и жидкостях м/с.

При детонации процесс взрывчатого превращения идет со скоростью . Эта скорость детонационной волны - максимально возможная для данного взрывчатого вещества и является для него константой.

Сначала рассмотрим детонацию.

Наиболее типичная картина взрыва в режиме детонации наблюдается при взрыве конденсированных ВВ. Конденсированные ВВ – это твердые и жидкие взрывчатые вещества.

Одной из основных характеристик ВВ является теплота взрыва - энергия, выделяющаяся при взрыве единицы массы ВВ (табл. 1.11).

Таблица 1.11