شناخت هر پدیده ای به مواجهه بهتر با آن کمک می کند. این قاعده در مورد حریق نیز صادق است. شناخت ابعاد مختلف آتش می تواند در کنترل و اطفای موثر آن مفید باشد. به همین دلیل، در این مطلب از وبلاگ کیوپیکت به بررسی دینامیک آتش و اهمیت آن در اطفا حریق می پردازیم.
آتش‌سوزی ها می‌توانند ویرانگر باشند، باعث آسیب، از دست دادن اموال و حتی مرگ شوند. بنابراین، ارائه آموزش در مورد پدیده آتش ضروری است تا اطمینان حاصل شود که افراد می دانند چگونه از آتش سوزی جلوگیری کنند و در مواقع اضطراری واکنش مناسب نشان دهند.
دانستن نحوه رفتار آتش سوزی یکی از اولین گام ها برای ایمنی همه افراد و بویژه آتش نشانانی است که جان خود را برای محافظت از ساختمان شما و افراد داخل آن قرار می دهند.
دینامیک آتش چیست؟
دینامیک آتش (Fire Dynamics) عبارت از مطالعه علمی چگونگی شروع، رشد و تکامل آتش در طول زمان است. علومی چون شیمی، علم مواد، علم آتش نشانی، مهندسی مکانیک، مکانیک سیالات و انتقال حرارت در فرایند مطالعه آتش مورد استفاده قرار می گیرند.
دینامیک آتش به عنوان یکی از موضوعات مهم مورد مطالعه در مهندسی حریق شامل بررسی چگونگی شروع، گسترش و توسعه آتش سوزی است.
اهمیت آشنایی با دینامیک آتش در اطفا حریق
علم دینامیک آتش به دلایل مختلف اهمیت زیادی در ارتقا ایمنی در برابر آتش، پیشگیری، کنترل و حفاظت در برابر حریق دارد که از جمله آنها می توان به موارد زیر اشاره کرد:
1. ایمنی آتش نشانی: دانش دینامیک آتش به توسعه اقدامات و استراتژی های ایمنی آتش موثر کمک می کند. با درک چگونگی شروع، گسترش و رفتار آتش سوزی، متخصصان ایمنی آتش سوزی می توانند اقدامات مناسب پیشگیری از حریق، طرح های تخلیه و سیستم های حفاظت از آتش را طراحی و اجرا کنند تا خطر حوادث آتش‌سوزی را به حداقل برسانند و ایمنی ساکنان را افزایش دهند.
2. تاکتیک های آتش نشانی: آتش نشانان برای توسعه تاکتیک های آتش نشانی موثر بر درک خود از دینامیک آتش تکیه می کنند. دانستن چگونگی رشد و گسترش حریق به آتش نشانان این امکان را می دهد که رفتار آتش سوزی را پیش بینی کنند، تکنیک های مناسب اطفاء حریق را انتخاب و اقدامات خود را برای کنترل و خاموش کردن آتش به صورت ایمن تر و کارآمدتر اولویت بندی کنند.
3. بررسی آتش سوزی: دینامیک حریق در بررسی آتش سوزی و تعیین علت و منشاء آتش سوزی موثر است. با تجزیه و تحلیل الگوهای آتش سوزی، الگوهای سوختگی و سایر شاخص های رفتار آتش سوزی، محققین می توانند توالی وقایع منجر به آتش سوزی را بازسازی کنند و منابع احتراق بالقوه یا شتاب دهنده های آتش را شناسایی نمایند.
4. مهندسی حفاظت در برابر آتش: دینامیک آتش نقش مهمی در مهندسی حفاظت از حریق دارد. مهندسان از اصول دینامیک آتش برای طراحی و ارزیابی سیستم های حفاظت در برابر آتش، مانند سیستم های اسپرینکلر، سیستم اعلام حریق، سیستم های کنترل دود و مصالح ساختمانی مقاوم در برابر آتش استفاده می کنند. با درک رفتار آتش سوزی، مهندسان می توانند طراحی و عملکرد این سیستم ها را برای سرکوب موثر آتش سوزی، تسهیل تخلیه ایمن و به حداقل رساندن آسیب اموال بهینه سازی کنند.
5. ارزیابی ریسک: دانش دینامیک آتش به ارزیابی و مدیریت خطرات آتش سوزی کمک می کند. با در نظر گرفتن عواملی مانند ویژگی های سوخت، شرایط تهویه و رفتار آتش سوزی، متخصصان ایمنی آتش سوزی می‌توانند خطرات احتمالی آتش سوزی را شناسایی کرده، احتمال و پیامدهای آن را ارزیابی و اقدامات مناسب کاهش خطر را اجرا نمایند.
6. ایمنی آتش نشان: درک دینامیک آتش برای اطمینان از ایمنی آتش نشان ضروری است. با درک رفتار و خطرات احتمالی مرتبط با آتش سوزی، آتش نشانان می توانند تصمیمات آگاهانه ای در مورد تجهیزات حفاظت فردی، تاکتیک های آتش نشانی و راه های فرار بگیرند و خطرات آسیب یا مرگ را در طول عملیات اطفای حریق کاهش دهند.
قبل از اینکه بتوانید به دینامیک آتش نگاه دقیق تری بیندازید، باید اصول اولیه آتش را درک کنید.
تعریف آتش
آتش را می توان به روش های مختلفی توصیف کرد که در ادامه به سه مورد از آنها اشاره می کنیم:
NFPA 921: آتش یک فرآیند اکسیداسیون سریع است که منجر به ایجاد نور و گرما در شدت های مختلف می شود.
فرهنگ لغت وبستر: آتش یک واکنش شیمیایی گرمازا است که حرارت و نور ساطع می کند.
چهاروجهی آتش: آتش را می توان با چهار وجهی حریق نیز توضیح داد. چهار عاملی که برای ایجاد و تداوم آتش لازم است، یعنی سوخت، یک عامل اکسید کننده، گرما، و یک واکنش شیمیایی مهار نشده.
5 جنبه از دینامیک آتش
دینامیک آتش یک زمینه تحقیقاتی گسترده و وسیع است که سال ها تحقیقات و مطالعات علمی را در پشت سر خود دارد. به همین دلیل، ما در این معرفی کلی دینامیک آتش سوزی، بر روی پنج مورد از اساسی ترین جنبه ها تمرکز خواهیم کرد: نرخ انتشار گرما، احتراق، دینامیک آتش اتاق، گسترش شعله و دود.
یادگیری بیشتر در مورد این پنج جنبه از دینامیک حریق به شما کمک می کند تا رفتار آتش و مراحل حریق را درک کنید و اینکه متغیرهای خاصی چگونه می توانند بر آن تأثیر بگذارند.
1) آتش وحرارت: گرمای احتراق در مقابل نرخ انتشار گرما
دو مفهوم زیر به فرایند احتراق کمک می کنند:
مواد: مواد مختلف تأثیر متفاوتی بر خصوصیات آتش دارند. ماده ای که به عنوان سوخت استفاده می شود در هنگام سوختن مقدار معینی انرژی در واحد وزن آزاد می کند.
سرعت انرژی آزاد شده: این مفهوم سرعت آزاد شدن انرژی از ماده را توصیف می کند.
همچنین باید تفاوت بین “گرمای احتراق” و “نرخ انتشار گرما” را درک کرد. موادی که آتش از آن به عنوان سوخت استفاده می کند بر گرمایی که از خود می دهد تأثیر می گذارد. چوب و کاغذ کمترین حرارت احتراق را دارند، به این معنی که حرارت کمتری برای آتش گرفتن چوب لازم است. سوخت هایی مانند پلاستیک یا بنزین گرمای احتراق بسیار بیشتری دارند، به این معنی که برای شروع آتش سوزی حرارت بیشتری لازم است.
نرخ انتشار گر ما یا سرعت آزاد شدن گرما به گرمایی که ماده در هنگام سوختن از خود می دهد مربوط می شود. چوب گرمای احتراق کمی دارد، اما سرعت انتشار حرارت آن بالا است. این باعث می شود که چوب – چیزی که برای احتراق به حرارت کمی نیاز دارد – به یک ماده بسیار خطرناک در هنگام سوختن تبدیل شود. سرعت انتشار گرمای آتش عامل بسیار مهم تری نسبت به گرمای احتراق آن است زیرا می‌تواند تأثیرات شدیدی بر مواد اطراف و افراد داشته باشد.
راه انداختن آتش کمپ نمونه خوبی از سرعت انتشار گرما در عمل است. تلاش برای برافروختن آتش کمپ با یک کنده کار سختی است. در عوض، بهترین گزینه این است که کنده را به قطعات کوچکتر خرد کنید یا از چوب آتش زنه (کیندلینگ) استفاده کنید. روشن کردن تکه های کیندلینگ بسیار ساده تر از تلاش برای روشن کردن یک کنده کامل است. هر تکه کوچک کیندلینگ سرعت انتشار حرارت بالایی دارد که دمای کیندلینگ اطراف را بالا می برد و باعث می شود کل دسته راحت تر روشن شود.
می توانید مثال را یک قدم جلوتر ببرید. تصور کنید که یک کنده درخت را در خاک اره آسیاب کنید و آن را در هوا پراکنده کنید. هر تکه کوچک خاک اره دارای سرعت آزاد شدن حرارت بالایی خواهد بود که یک اشتعال می تواند منجر به انفجار شود زیرا هر ذره به یکباره می سوزد. واضح است که پیکربندی سوخت بر سرعت انتشار حرارت آتش تأثیر می گذارد. سطح در دسترس بیشتر منجر به نرخ آزاد شدن گرما بالاتر می شود و باعث می شود آتش سوزی سریعتر و داغتر شود.
2) احتراق
احتراق (Ignition) به لحظه ای اشاره دارد که یک ماده آتش می گیرد. این پدیده زمانی اتفاق می افتد که سطح یک ماده بخارات قابل احتراق کافی در محدوده قابل اشتعال ایجاد کند. برای برخی از مواد، مانند مایعات قابل اشتعال یا گازهای قابل اشتعال، این بخارها می توانند در دمای محیط استاندارد وجود داشته باشند. به همین دلیل است که کشیدن سیگار هنگام پر کردن باک بنزین شما غیرقانونی است. خاکستر در حال سوختن می تواند بخارات بنزین را مشتعل کند و سپس به خود بنزین مایع سرایت کند. این مواد به دلیل سهولت اشتعال خطرناک هستند و ایمنی مناسب در مورد آنها بسیار مهم است.
مواد جامد قابل اشتعال برای شروع بخارات قابل اشتعال نیاز به استفاده از منبع حرارتی روی سطح خود دارند. مقدار انرژی لازم برای این رهاسازی در بین مواد متفاوت است. پیرولیز (Pyrolysis) فرآیندی است که در آن مواد جامد به گاز تبدیل می شوند و بخش مهمی از فرآیند احتراق این مواد جامد است.
فرآیندی به نام زغالی شدن (charring) می‌تواند بر اشتعال سوخت های جامد تأثیر بگذارد زیرا بر انتقال گرما تأثیر می‌گذارد. آتش سوخت خود را هنگام مصرف آن ذوب می‌کند و یک رسوب جامد مبتنی بر کربن در جایی که سوخت وجود داشت ایجاد می کند؛ به این فرایند زغالی شدن می گویند. با شعله ور شدن آتش، زغال ایجاد شده به خاکستر تبدیل می‌شود. جامداتی که در برابر زغال زدگی مقاومت می‌کنند پس از سوختن و تجزیه آتش چیزی از خود باقی نمی‌گذارند.
3) دینامیک آتش اتاق
محیط اطراف آتش بر شدت و سرعت رشد آن تأثیر می گذارد. این امر به ویژه در مورد آتش سوزی های داخلی صادق است. دینامیک آتش اتاق نگاه دقیق تری به نحوه رفتار آتش سوزی در اتاق ها بر اساس عوامل مختلف دارد.
نمونه ای از دینامیک آتش اتاق یک درخت کریسمس شعله ور است. هیچ کس نمی خواهد به احتمال آتش گرفتن درخت کریسمس خود فکر کند، اما حقیقت این است که این یک احتمال است و باید درک کنید که چگونه دینامیک آتش اتاق می تواند این رویداد را بسیار خطرناک کند. یک درخت کریسمس در حال سوختن، یک ستون آتش گاز داغ ایجاد می کند که به سمت سقف گسترش می یابد به نام جت سقفی (ceiling jet). سپس آتش از آن نقطه بالای درخت کریسمس به بقیه سقف گسترش می یابد. خیلی زود آتش به دیوارهای اتاق می رسد.
سپس دود و آتش از جت سقفی جمع شده و به زمین فرود می آید و تمام اتاق را در شعله های آتش فرو می برد. از طریق فرآیندی که به عنوان فلاش اور (flashover) شناخته می شود، گرمای حاصل از تابش حرارتی از سقف به بقیه اتاق می رسد، که منجر به احتراق همه مواد قابل اشتعال در نزدیکی می شود. این می تواند منجر به گسترش آتش با سرعت زیاد شود. سپس دود و آتش از طریق هر روزنه، شکاف یا دری در اتاق پخش می شود و به دنبال سوخت و اکسیژن بیشتری برای مصرف است.
دود و گازهای سمی که در سرتاسر ساختمان پخش می شود برای هر فردی که در داخل آن قرار دارد تهدیدکننده است. تنفس این مواد خشن می تواند باعث آسیب به ریه ها و آسیب جدی یا حتی مرگ شود. مطالعه دینامیک آتش نشان می دهد که دود از منبع آتش دور می شود و مناطق دیگر را آلوده می سازد.
اگر یک اتاق هوابند باشد، آتش می تواند از تمام اکسیژن موجود در اتاق استفاده کند و پس از رسیدن به مرحله توسعه، شروع به کاهش کند. در خوش شانس ترین شرایط، این ممکن است قبل از اینکه آتش تمام اتاق را فرا بگیرد، اتفاق بیفتد. اگر هوای اکسیژن دار بتواند از طریق یک در یا پنجره تازه باز شده وارد فضا شود، این یک تهدید جدی است. بازگرداندن اکسیژن می‌تواند باعث فلش بک (flashback) شود، که یک گلوله آتشین است که از مقادیر زیادی سوخت تشکیل شده است که در یک لحظه با شعله های زیاد، منفجر می شوند.
4) گسترش شعله
گسترش شعله (Flame spread) حرکت آتش در سطح یک منبع سوخت مایع یا جامد است. این امر به دلیل افزایش دمای منبع سوخت تحت تأثیر شعله امکان پذیر است. با افزایش دمای سوخت، آتش می تواند به اطراف حرکت کند. این یک رابطه چرخه ای را تشکیل می دهد. همان طور که آتش سوخت را گرم می کند، می تواند راحت تر آن را مصرف کند. و اگر آتش بیشتری وجود داشته باشد، گرمای بیشتری وجود خواهد داشت که امکان انتشار شعله بیشتر را فراهم می کند.
سوخت های آهسته سوز مانند پلاستیک نسبت به سوخت های تندسوز مانند کاغذ یا بنزین، شعله آهسته تری پخش می کنند. منابع سوختی که سریع تر می سوزند به انرژی خارجی کمی برای احتراق نیاز دارند و به شعله ها اجازه می دهند با سرعتی گاه وحشتناک حرکت کنند. اگر تا به حال دیده باشید که یک منطقه پوشیده از بنزین به شعله تبدیل شود، آنگاه متوجه می شوید که شعله ها با چه سرعتی می توانند در منابع سوخت سریع پخش شوند.
5) دود
بیشتر مردم دود را با آتش مرتبط می دانند. اگر دودی را در دوردست مشاهده کردید، می توانید تصور کنید که ممکن است در آنجا آتش سوزی وجود داشته باشد. دود یکی از خطرناک ترین جنبه های آتش سوزی است و می‌تواند حتی قبل از رسیدن آتش به محل شخص، باعث مرگ او شود. درک رفتار دود بخش مهمی از دینامیک آتش است.
دود بسته به مرحله فعلی آتش که از آن سرچشمه می گیرد، ظاهر متفاوتی دارد. دود خفیف اغلب در مرحله اول احتراق ظاهر می شود. دود تیره و سیاه مشخصه احتراق کامل و وجود شعله است. توجه به این نکته مهم است که لایه دود بالای شعله ها مقدار زیادی انتقال حرارت دارد. این به دلیل سرعت آزاد شدن حرارت زیاد دوده موجود در شعله است.
دود توانایی جذب و پراکندگی نور را دارد که آن را مورد توجه صنعت ایمنی و حفاظت در برابر آتش قرار می دهد. یادگیری بیشتر در مورد چگونگی تأثیر دود بر نور، به تولیدکنندگان کمک می کند تا محصولات ایمن تر و بهتر تولید کنند. این تجهیزات شامل محصولاتی با ویژگی های زیر است:
دید: دود این پتانسیل را دارد که دید خروجی ها را برای افرادی که سعی در فرار از آتش دارند پنهان کند. این امر باعث می شود که سیستم های آبپاش آتش نشانی در کاهش میزان دودی که می تواند خط دید کسی را مسدود کند، مهم باشد.
تشخیص دود: مردم برای هشدار دادن به آتش سوزی در ساختمان خود به هشدارهای آتش و آشکارسازهای دود اعتماد می کنند. یک سیستم هشدار خوب می تواند هشدار لازم را برای همه برای رسیدن به ایمنی قبل از انتشار آتش و دود فراهم کند.
توانایی تابش نور از میان دود: چراغ های خروجی اضطراری با کیفیت برای کمک به مردم برای یافتن راهی برای خروج از ساختمان در حال سوختن بسیار مهم هستند.
خلاصه دینامیک حریق
به طور کلی، دینامیک آتش یک جنبه اساسی علم آتش نشانی و مهندسی حریق است و نقش مهمی در ایمنی آتش سوزی، اطفا حریق، بررسی آتش سوزی، مهندسی حفاظت در برابر آتش و ارزیابی خطر دارد. این زمینه را برای پیشگیری، سرکوب و راهبردهای کاهش آتش موثر فراهم می کند و در نهایت جان انسان ها را نجات می دهد و آسیب اموال را به حداقل می رساند.
شرکت گنجینه پاوان به عنوان مشاور ایمنی و آتش نشانی مورد تایید سازمان آتش نشانی خدمات آموزش، مشاوره، مهندسی و تامین، نصب و اجرا، و تعمیر و نگهداری در زمینه اعلام و اطفا حریق ارائه می کند.
برای دریافت اطلاعات بیشتر و مشاوره رایگان هم اکنون با همکاران ما در گنجینه پاوان تماس حاصل فرمایید.
منابع
