При проведении расчета была определена реальная плотность теплового потока на наружной поверхности ТЭНа, которая рассчитывалась по формуле:
,
где: N – электрическая мощность ТЭНа, Вт;
π – число Пи;
d – диаметр оболочки ТЭНа, м;
L – длина ТЭНа, м.
Известно, что выделяемое ТЭНом тепло расходуется в конвективном и лучистом теплообмене, закономерности которого для данного случая выражаются формулами:
, (1)
, (2)
,
(3)
где: Qk– конвективный тепловой поток, Вт/м2;
αk– коэффициент конвективного теплообмена (теплоотдачи), Вт/(м2 К), значение которого зависит от многих физических свойств среды, условий ее взаимодействия с поверхностью, режимом течения среды (свободным или вынужденным);
t1 и t2 – температура среды и температура теплоотдающей (тепловоспринимающей) поверхности соответственно, 0С.
Nu – критерий Нуссельта (характеризует теплообмен на границе среды со стенкой);
l – определяющий размер (длина, высота, диаметр участвующей в теплообмене поверхности), м.
λ – коэффициент теплопроводности жидкости или газа, Вт/(м К);
Qл – лучистый тепловой поток, Вт/м2;
Со – коэффициент излучения абсолютно черного тела (величина постоянная и составляет 5,67 Вт/м2);
ε – приведенная степень черноты теплообменивающейся системы;
Т1 и Т2 – температуры теплообменивающейся системы, 0К;
Н – взаимная поверхность излучения.
Так как свободный конвективный теплообмен горизонтальной цилиндрической поверхности (в рассматриваемом случае трубка ТЭНа) в воздухе описывается уравнениями:
при 10-3<(Gr Pr)<500, (4)
при 103<(Gr Pr)<109 (5),
то для выбора нужного уравнения определялось произведение критериев Грасгофа (Gr) и Прандтля (Pr):
где: g– ускорение свободного падения (величина постоянная и равна 9,81 м/с2);
β
– коэффициент теплового расширения, 1/К (рассчитывался по известной формуле 
, где t – температура воздуха, которая
в рассматриваемом случае равна 200С);
l – определяющий размер, м, в данном случае диаметр оболочки ТЭНа;
ν – кинематическая вязкость воздуха при температуре 200С, которая равна 0,00001506 м2/с (взята из справочной литературы);
Pr – критерий Прандтля, составляет 0,703 (определен по справочным таблицам с учетом температуры воздуха 200С).
Так как по расчету произведение критериев Грасгофа и Прандтля составило 100320,5, что больше 103, но меньше чем 109, то критерий Нуссельта определялся по выражению (5).
Зная критерий Nu по соответствующему эмпирическому выражению (2) был определен коэффициент конвективного теплообмена αk , который равен:
где: λ=0,0259 (при температуре воздуха 200С), Вт/(м К)
l=0,013 (определяющий размер, в рассматриваемом случае диаметр оболочки ТЭНа), м.
Из формулы (1) конвективный тепловой поток при предварительно выбранной температуре наружной поверхности ТЭНа в 4600С составляет:
.
Лучистый тепловой поток рассчитывался по выражению (3) в котором принималось ε равное 0,8 (согласно справочным данным для стали, окисленной при 6000С), Н в данной системе равна 1.
Суммарная плотность теплового потока (конвективного и лучистого) Qcсоставила
,
Отклонение от теплового потока (%), реально обеспечиваемого ТЭНом было определено из следующего выражения:
,
На этом расчет был прекращен, так как отклонение от теплового потока составило менее чем 5%.
Основываясь на результатах математического расчета, был сделан вывод о том, что температура на наружной поверхности ТЭНа была не менее 4600С, что достаточно для воспламенения целого ряда целлюлозных и синтетических полимерных материалов, которые могли находиться в кухне жилого дома при их контакте с нагретой поверхностью ТЭНа.
Таким образом, версия о возникновении пожара от теплового контакта электрического нагревательного прибора с твердыми горючими материалами, была подтверждена проведенными исследованиями.
При назначении пожарно-технических, электротехнических экспертиз и исследований, предполагаемой причиной которых явилось воспламенение горючих веществ и материалов от теплового контакта с электронагревательным прибором, лицу, проводящему дознание (следствие), необходимо уточнить и зафиксировать в материалах дела следующие данные:
1. вид горючего материала, который мог контактировать с электронагревательным прибором;
2. наружный диаметр и длину электронагревателя (по возможности толщину стенки);
3. металл, из которого изготовлен нагревательный элемент;
4. электрическую мощность электронагревателя;
5. расположение электронагревателя в пространстве;
6. температуру окружающего воздуха (среды) в помещении (комнате) где был обнаружен электронагревательный прибор на момент пожара.
В отделе исследований, экспертизы пожаров и чрезвычайных ситуаций НИИ ПБ и ЧС разработана и опробована программа на ПЭВМ по автоматизированному расчету температуры поверхности токопровода, трубчатого электронагревателя (ТЭНа) или другого устройства, омываемого воздухом или жидкостью (контактный телефон 289-96-10).
Отдел исследований, экспертизы пожаров
и чрезвычайных ситуаций НИИ ПБ и ЧС
МЧС Республики Беларусь
Уважаемый посетитель!
Чтобы распечатать файл, скачайте его (в формате Word).
Ссылка на скачивание - внизу страницы.