Прогнозирование опасных факторов пожара. Прогнозирование опасных факторов пожара в помещении общественного здания Задаемся начальными и граничными условиями
В начальной стадии пожара наблюдается специфический режим газообмена. Особенности этого режима заключаются в том, что процесс газообмена идет в одном направлении через все имеющиеся проемы и щели. Поступление воздуха в помещение из окружающей среды в этот период развития пожара совсем отсутствует. Лишь спустя некоторое время, когда средняя температура среды в помещении достигает определенного значения. Процесс газообмена становится двусторонним, т.е. через одни проемы из помещения вытекают нагретые газы, а через другие поступает свежий воздух. Продолжительность начальной стадии пожара, при которой наблюдается «односторонний» газообмен, зависит от размеров проемов.
При условии отсутствия поступление воздуха извне в дифференциальных уравнениях пожара можно отбросить члены, содержащие расход воздуха (G B = 0.).
Кроме того, будем рассматривать негерметичные помещения, в которых среднее давление среды остается практически постоянным, равным давлению наружного воздуха, так что с достаточной точностью можно принять, что:
где r 0 , Т 0 – плотность и температура среды перед началом пожара; r m , Т m – соответственно средние значения плотности и температуры среды в рассматриваемый момент времени; Р m – среднее давление в помещении.
Интервал времени, в течении которого наблюдается односторонний газообмен, является относительно небольшим. Средняя температура и концентрация кислорода в помещении изменяются за этот промежуток времени незначительно. По этой причине можно принять, что величины h, D, R в этой стадии пожара остаются неизменными. Кроме того, примем, что п 1 = п 2 = n 3 = т = 1 и V = const.
С учетом сказанного, уравнения пожара для начальной его стадии в помещении с малой проемностью, принимают следующий вид:
; (2)
, (4)
, (5)
(6)
В дальнейшем принимается еще одно допущение:
с р = с рВ = const. (7)
Для того чтобы получить аналитическое решение этих уравнений, используется прием, заключающийся в следующем. Поскольку рассматривается процесс развития пожара на относительно малом промежутке времени, то можно принять, что отношение теплового потока в ограждении к тепловыделению есть величина постоянная, равна своему среднему значению на этом интервале:
(8)
где Q пож = ψ η Q н;
τ * – время окончания начальной стадии пожара;
φ – коэффициентом теплопотерь.
Из уравнения баланса энергии (3) можно определить расход выталкиваемых газов из помещения.
С учетом уравнений (3) и (8) расход выталкиваемых газов в каждый момент времени определяется по формуле:
(9)
Следовательно, для начальной стадии пожара с учетом условия (1) расход выталкиваемых газов определяем по формуле:
(10)
Таким образом, уравнения пожара для начальной его стадии в помещении примут вид:
, (11)
, (12)
, (13)
. (14)
Эти уравнения представляют собой частный случай основной (неупрощенной) системы уравнений пожара.
Зависимость среднеобъемной плотности от времени можно описать следующим выражением:
, (15)
тогда процесс нарастания средней температуры среды в помещении описывается формулой:
, (16)
где 
где b Г – ширина фронта пламени, м;
,
где – теплота сгорания, Дж·кг -1 ;
с p – теплоемкость газовой среды в помещении, Дж∙кг -1 ·K -1 (1,01);
ρ 0 , Т 0 – начальное значение плотности (кг·м -3) и температуры (К) соответственно;
V – свободный объем помещения, м 3 ;
Из дифференциального уравнения (12), описывающего процесс снижения парциальной плотности кислорода в помещении, находим парциальную плотность кислорода в зависимости от времени:
. (17)
где ρ 0 = 0,27 кг·м -3 , ρ 01 / ρ 0 = 0,23.
С использованием дифференциального уравнения (13) определим среднюю парциальную плотность токсичного газа в зависимости от времени по формуле:
, (18)
где 
– пороговая плотность, кг·м -3 .
Наконец рассмотрим дифференциальное уравнение (14), описывающее изменение критической плотности дыма в помещении. Разделим переменные в этом уравнении и затем, интегрируя с учетом начального условия, получаем формулу для определения оптической концентрации дыма:
, (19)
где 
.
Значение μ * зависит от свойств горючего материала (ГМ). Например, для древесины при ее горении на открытом воздухе μ * ≤ 5 Нп · м -1 .
Оптическая плотность дыма связана с дальностью видимости следующим соотношением:
.
где l вид – дальность видимости, м.
3 ПОРЯДОК ВЫПОЛНЕНИЯ РАБОТЫ
1. Используя основные теоретические положения рассчитать согласно варианту исходных данных (таблица 3):
а) парциальную плотность кислорода в зависимости от времени;
б) среднюю парциальную плотность токсичного газа;
в) оптическую концентрацию дыма;
г) оптическую плотность дыма.
2. Занести в таблицу полученные промежуточные и конечные результаты.
3. Подготовить отчет.
1) Краткие теоретические сведения.
2) Исходные данные.
3) Количественные показатели произведенных расчетов.
4) Ответы на контрольные вопросы.
Работа выполняется на листах формата А4, печатным текстом, в виде пояснительной записки содержащей краткую реферативную часть, требуемые расчеты и графики. Оформление работы должно соответствовать общим требованиям, предъявляемым к оформлению работ студентов в университете.
Таблица 3 – Данные по вариантам для выполнения расчета начальной стадии пожара
| № варианта | Размер помещения | t о, о С | Высота рабочей зоны, h , м | Горючее вещество | Масса, кг | Форма поверхности горения (таблица 4) | Период развития пожара, мин | Ширина фронта пламени, м | Площадь горения, F , м 2 |
| 20х10х5 | 1,7 | бензин | в | ||||||
| 15х15х6 | ацетон | в | |||||||
| 10х30х4 | 1,8 | древесина | б | ||||||
| 20х20х4 | 2,1 | полиэтилен | б | ||||||
| 40х10х3 | 1,8 | резина | б | ||||||
| 25х30х5 | 2,0 | турбинное масло | в | ||||||
| 30х10х5 | 1,8 | лен | б | ||||||
| 20х20х6 | 2,5 | дизельное топливо | в | ||||||
| 40х10х5 | 2,2 | хлопок | а | ||||||
| 30х8х4 | 1,9 | хлопок | а | ||||||
| 20х10х4 | 2,3 | бензин | в | ||||||
| 20х20х3 | 1,8 | толуол | а | ||||||
| 30х6х3 | 1,7 | древесина | а | ||||||
| 30х10х5 | 2,4 | полиэтилен | а | ||||||
| 20х10х6 | 2,0 | резина | а | ||||||
| 25х10х4 | 1,8 | турбинное масло | в | ||||||
| 30х10х5 | 2,2 | лен | а | ||||||
| 15х15х4 | 2,0 | дизельное топливо | в | ||||||
| 30х10х4 | 2,3 | пенопласт | а | ||||||
| 30х20х5 | 2,0 | хлопок | а | ||||||
| 30х30х4 | 1,8 | бензин | в | ||||||
| 40х10х4 | 2,0 | толуол | а | ||||||
| 25х10х3 | 2,2 | древесина | а | ||||||
| 25х25х4 | 2,0 | полиэтилен | б | ||||||
| 30х20х3 | 2,0 | резина | а | ||||||
| 25х25х4 | 1,8 | турбинное масло | в | ||||||
| 40х10х5 | 2,4 | лен | а | ||||||
| 20х20х6 | 2,0 | дизельное топливо | в | ||||||
| 25х10х4 | 1,8 | пенопласт | б | ||||||
| 30х20х6 | 2,2 | хлопок | а |
Таблица 4 – Форма поверхности горения
Таблица 5 – Средняя скорость выгорания, низшая теплота сгорания, дымообразующая способность, удельное потребление газов и линейная скорость распространения пламени веществ и материалов
| Вещества и материалы | Y F , удельная массовая скорость выгорания, х10 –3 , кг м –2 с –1 | Низшая теплота сгорания, Q , кДж·кг –1 | Дымообразующая способность, D m , м 2 ·кг –1 | Удельное потребление газов, L , кг·кг –1 | Линейная скорость распространения пламени, J·10 2 , м/с |
| Бензин | 61,7 | 0,25 | 0,45 | ||
| Ацетон | 59,6 | 0,26 | 0,44 | ||
| Дизельное топливо | 42,0 | 0,4 | |||
| Турбинное масло | 0,282 | 0,5 | |||
| Толуол | 0,388 | ||||
| Древесина | 39,3 | 1,15 | |||
| Резина | 11,2 | 1,7-2 | |||
| Пенопласт ПВХ-9 | 2,8 | 0,37 | |||
| Полиэтилен | 10,3 | 0,32 | |||
| Хлопок | 2,4 | 2,3 | 4,2 | ||
| Лен | 21,3 | 33,7 | 1,83 |
КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ
1. Стадии пожара и их характеристики.
2. Процесс горения и основными условиями.
3. Массовая скорость выгорания и от чего зависит.
4. Линейная скорость распространения горения
5. Температура пожара в ограждениях и на открытых пространствах
6. Дым – это.
7. Развитие пожара и периоды
ЛИТЕРАТУРА
1. Кошмаров Ю.А. Прогнозирование опасных факторов пожара в помещении. Учебное пособие. АГПС МВД РФ, М. - 2000.
2. Применение полевого метода математического моделирования пожаров в помещениях. Методические рекомендации. ФГУ ВНИИПО МЧС России, 2003.
3. Пузач С.В. Методы расчета тепломассообмена при пожаре в помещении и их применение при решении практических задач пожаровзрывобезопасности. Монография. - М.: Академия ГПС МЧС России, 2005. - 336 с.
4. Пузач С.В., Смагин А.В., Лебедченко О.С., Абакумов Е.С. Новые представления о расчете необходимого времени эвакуации людей и об эффективности использования портативных фильтрующих самоспасателей при эвакуации на пожарах. Монография. - М.: Академия ГПС МЧС России, 2007. 222 с.
Отправить свою хорошую работу в базу знаний просто. Используйте форму, расположенную ниже
Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.
Размещено на http://www.allbest.ru/
МИНИСТЕРСТВО СЕЛЬСКОГО ХОЗЯЙСТВА РФ
ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ БЮДЖЕТНОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ
УЧРЕЖДЕНИЕ, ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ
«ВОЛГОГРАДСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ АГРАРНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ»
Кафедра «Сельскохозяйственное водоснабжение и гидравлика»
Реферат
По дисциплине «Прогнозирование опасных факторов пожара»
на тему: «Общие сведения о методах прогнозирования ОФП в помещениях»
Выполнил: ст. уч. гр ЭМФ-400
Шаронов Н.Н.
Проверил: Ерещенко Т. В.
Волгоград 2015
Методы прогнозирования ОФП различают в зависимости от вида математической модели пожара и делятся на три класса (три вида): интегральные, зонные, полевые (дифференциальные).
Интегральная модель пожара позволяет получить информацию, т.е. сделать прогноз, о средних значениях параметров состояния среды в помещении для любого момента развития пожара.
Интегральная модель пожара
Интегральная математическая модель пожара представляет собой систему обыкновенных дифференциальных уравнений, описывающих изменение среднеобъёмных параметров состояния газовой среды в помещении в процессе развития пожара. Они следуют из фундаментальных законов природы? первого закона термодинамики для открытой термодинамической системы и закона сохранения массы. Впервые интегральная модель была сформулирована профессором Ю.А. Кошмаровым в 1976 году.
Более подробно интегральная модель пожара описана в приложении 6 к приказу МЧС России от 30.06.2009 №382.
Ограничения интегральной модели
Интегральная модель применима в случае, когда состояние газовой среды с достаточной степенью достоверности можно считать одинаковым по всему объему помещения. Такое допущение справедливо, если модель содержит:
достаточно большой источник пожара;
относительно небольшой объем помещений;
хороший газообмен внутри помещений, обеспечивающий равномерное перемешивание продуктов горения.
Таким образом, интегральную модель можно применять при следующих условиях:
для зданий, содержащих развитую систему помещений малого объема простой геометрической конфигурации;
для помещений, где характерный размер очага пожара соизмерим с характерными размерами помещения и размеры помещения соизмеримы между собой (линейные размеры помещения отличаются не более чем в 5 раз);
для предварительных расчетов с целью выявления наиболее опасного сценария пожара.
Если один из линейных размеров помещения более чем в пять раз превышает хотя бы один из двух других линейных размеров, необходимо это помещение делить на участки, размеры которых соизмеримы между собой, и рассматривать участки как отдельные помещения, сообщающиеся проемами, площадь которых равна площади сечения на границе участков. Использование аналогичной процедуры в случае, когда два линейных размера превышают третий более чем в 5 раз, не допускается.
Зонная модель позволяет получить информацию о размерах характерных зон, возникающих при пожаре в помещениях и средних параметров состояния среды в этих зонах.
Зонные математические модели в основном используются для исследования динамики опасных факторов пожара в начальной стадии пожара. В начальной стадии распределение параметров состояния газовой среды по объему помещения характеризуется большой неоднородностью (неравномерностью). В этот период (отрезок) времени пространство внутри помещения можно условно поделить на ряд характерных зон с существенно различающимися температурами и составами газовых сред. Границы этих зон по мере развития пожара не остаются неизменными и неподвижными. В течение времени геометрическая конфигурация зон меняется и сглаживается контрастное различие параметров состояния газа в этих зонах. В принципе, пространство внутри помещения можно разбить на любое число зон. В этой лекции рассмотрим простейшую зонную модель пожара, которая применима при условиях, когда размеры очага горения значительно меньше размеров помещения. Процесс развития пожара можно представить следующим образом. После воспламенения горючих веществ образующиеся газообразные продукты устремляются вверх, образуя над очагом горения конвективную струю. Достигнув потолка помещения, эта струя растекается, образуя припотолочный слой задымленного газа. В течение времени толщина этого слоя увеличивается. 1. Постановка задачи о зонном моделировании. В соответствии с вышесказанным в объеме помещения можно выделить три характерные зоны: конвективную колонку над очагом пожара, припотолочный слой нагретого газа и воздушную зону с практически неизменными параметрами состояния, равными своим начальным значениям. Математическая модель пожара, базирующаяся на разбиении пространства на характерные области, получила название трехзонной модели.
В дальнейшем ограничимся рассмотрением первой фазы начальной стадии пожара. Под понятием "первая фаза начальной стадии пожара" подразумевается отрезок времени, в течение которого нижняя граница припотолочного слоя, непрерывно опускаясь, достигает верхнего края дверного проема. При первой фазе начальной стадии пожара нагретые газы лишь накапливаются в припотолочной зоне. При второй фазе нижняя граница II зоны расположена ниже верхнего края дверного проема. С наступлением второй фазы начинается процесс истечения нагретых газов из помещения через дверной проем. До наступления этой фазы имеет место лишь вытеснение (через дверной проем) холодного воздуха из III зоны.
Полевая (дифференциальная) модель позволяет рассчитать для любого момента развития пожара значения всех локальных параметров состояния во всех точках пространства внутри помещения.
Полевая дифференциальная модель. Интегральная модель пожара позволяет получить информацию о средних значениях параметров среды в помещении для любого момента развития пожара. Зонная модель позволяет получить представление о размерах характерных зон, возникающих при пожаре в помещении, а также о средних параметрах состояния среды внутри этих зон. И наконец, полевая дифференциальная модель позволяет рассчитать для любого момента развития пожара значение всех локальных параметров состояния в любой точке пространства помещения. Все три модели в математическом отношении характеризуются различным уровнем сложности. Наиболее просто реализуемой является интегральная модель, она же является и наименее точной. Наиболее перспективной, с точки зрения, практического применения является полевая модель горения.
Полевые модели основываются на системе дифференциальных уравнений в частных производных. Результатами решения данной системы уравнений являются поля распределения температур, скоростей, концентраций компонентов газовой среды в каждый момент времени. Программа FDS (Fire Dynamics Simulator) реализует вычислительную гидродинамическую модель (CFD) тепломассопереноса при горении. FDS решает уравнения Навье-Стокса для низкоскоростных температурно-зависимых потоков. Базовым алгоритмом является определенная схема использования метода предиктора-корректора второго порядка точности по координатам и времени.
Турбулентность выполняется с помощью модели Смагоринского «Масштабное моделирование вихрей». Главным образом нас интересует начальный момент времени пожара, когда срабатывание автоматической пожарной сигнализации еще может привести к выполнению системой своих целевых функций (эвакуация людей, эффективное пожаротушение). Время это относительно мало, и в этот промежуток времени пожар имеет некоторые особенности, позволяющие еще более упростить математическую модель. Основной особенностью данного процесса является отсутствие газообмена помещения с окружающей средой.
Поступление воздуха в помещение из окружающей среды отсутствует, и динамика возгорания диктуется исключительно пожарной нагрузкой. Поэтому полевая модель пожара, рассматриваемая в данной работе, носит ограниченный характер по времени и справедлива исключительно в начальный момент развития пожара, пока отсутствует поступление воздуха в помещение,
Перечисленные модели отличаются друг от друга объемом той информации, которую они могут дать о состоянии газовой среды в помещении и взаимодействующих с нею конструкций на разных этапах пожара.
В математическом отношении три вышеуказанных вида моделей пожара характеризуются разным уровнем сложности. Наиболее сложной в математическом отношении является полевая модель.
опасный пожар прогнозирование моделирование
Список используемой литературы
1. Прогнозирование опасных факторов пожара Учебник В.С. Артамонов, В.П. Белобратова, Ю.Н. Бельшина, и др -СПб.: С-Пб У ГПС МЧС России, 2007.
2. Прогнозирование опасных факторов пожара: Учебное пособие / Ю.Д. Моторыгин, В.А. Ловчиков, Ф.А. Дементьев, Ю.Н. Бельшина. - СПб.: Астерион, 2013.
3. Кошмаров Ю. А. Прогнозирование опасных факторов пожара в помещении: Учебное пособие. - М.: Академия ГПС МВД России, 2005.
4. Прогнозирование опасных факторов пожара / Моторыгин Ю.Д., Ловчиков В.А., Паринова Ю.Г. // Лабораторный практикум СПб.: СПб Университет ГПС МЧС России, 2008.
5. Драйздел Д. Введение в динамику пожара.-М.: Стройиздат, 1990.
6. Моделирование пожаров и взрывов. (Под ред. Брушлинского Н.Н. и Корольченко А.Я.) - М.: Из-во “Пожнаука”, 2000.
7. Пузач С.В. Методы расчёта тепломассообмена при пожаре в помещении и их применение при решении практических задач пожаровзрывобезопасности зданий: монография / С.В. Пузач. - М.: Академия ГПС МЧС России, 2005. Федеральный закон Российской Федерации от 22 июля 2008 г. N 123-ФЗ "Технический регламент о требованиях пожарной безопасности”
8. Федеральный закон Российской Федерации от 27 декабря 2007 г. N 184-ФЗ "О техническом регулировании” (с комментарием) с изменениями на 30 декабря 2009 г.
9. ГОСТ 12.1.004-91 Пожарная безопасность. Общие требования. - М.: Издательство стандартов, 1992.
Размещено на Allbest.ru
...Подобные документы
Описание интегральной математической модели свободного развития пожара в помещении. Динамика опасных факторов пожара в помещении. Определение времени от начала пожара до блокирования эвакуационных путей опасными факторами пожара на примере канцелярии.
курсовая работа , добавлен 16.02.2016
Описание интегральной математической модели свободного развития пожара в складском помещении. Расчет динамики опасных факторов для уровня рабочей зоны с помощью компьютерной программы Intmodel. Расчет времени, необходимого для эвакуации из помещения.
методичка , добавлен 09.06.2014
Описание математической модели развития пожара в помещении. Прогнозирование обстановки на пожаре к моменту прибытия первых подразделений на его тушение. Определение критической продолжительности пожара и времени блокирования эвакуационных путей.
курсовая работа , добавлен 21.11.2014
Интегральная математическая модель развития пожара. Результаты компьютерного моделирования. Время достижения пороговых и критических значений опасных факторов. Расчет времени эвакуации людей из помещения. Расчет динамики ОФП для уровня рабочей зоны.
курсовая работа , добавлен 24.08.2011
Условия протекания и стадии пожара. Классификация в зависимости от вида горящих веществ и материалов. Принцип действия углекислотных, водных и воздушно-пенных огнетушителей. Инструкция по эвакуации и действий персонала компании при возникновении пожара.
презентация , добавлен 18.09.2015
Расчет параметров пожара до сообщения в пожарную охрану, на момент введения сил и средств первым подразделением. Расчет сил и средств для тушения пожара, параметров пожара по средствам для повышенного ранга пожара. Организация работ по тушению пожара.
курсовая работа , добавлен 11.05.2014
Расчет сил и средств, необходимых для тушения пожара. Виды и особенности пожара в гаражах. Прогнозирование возможной обстановки на пожаре на момент введения первых сил и средств на тушение пожара. Рекомендации должностным лицам по тушению пожара.
курсовая работа , добавлен 19.04.2012
Расчет времени эвакуации от начала пожара до блокирования эвакуационных путей в результате распространения на них опасных факторов пожара. Определение величин потенциального риска для работников, которые находятся в здании на территории объекта.
контрольная работа , добавлен 27.03.2019
Нормативно-правовая документация учебного учреждения с учетом требований пожарной безопасности. Определение расчётного времени эвакуации в школе. Исследование процесса возникновения пожара. Разработка мероприятий по повышению пожарной безопасности.
курсовая работа , добавлен 22.06.2011
Конструктивные особенности здания. Система противопожарной защиты организации. Расчет факторов пожара, сил и средств его для локализации и ликвидации. Определение необходимого времени эвакуации. Рекомендации по повышению уровня пожарной безопасности.
КУРСОВАЯ РАБОТА
по дисциплине: Прогнозирование опасных факторов пожара
Тема: Прогнозирование опасных факторов пожара в помещении с электротехническими материалами: текстолит, карболит (доля горючего материала 12%). Вариант 77.
Программа исследовательского раздела: Исследовать развитие пожара в помещении при работе системы противодымной вентиляции. Расходы: приток – 36000 м 3 /час, вытяжка – 32000 м 3 /час. Время включения системы – 4 минут.
Выполнил: курсант факультета инженеров
пожарной безопасности,
3 курса, 101 взвода,
Н.А. Соловьев
Научный руководитель: начальник кафедры ГПН,
полковник внутренней службы,
кандидат технических наук,
Овсянников М. Ю.
Дата защиты: "___" май 2008 г.
Оценка _____________________
____________________________
(подпись научного руководителя)
Иваново 2008
Введение......................................................................................................3
1. Прогнозирование опасных факторов пожара при его свободном развитии......................................................................................................5
1.1. Исходные данные......................................................................5
1.2. Описание интегральной математической модели.................7
1.3. Результаты численной реализации математической модели.......................................................................................................11
1.4. Описание оперативной обстановки на момент прибытия подразделений пожарной охраны на пожар..................................................................................................17
2. Исследовательская работа..................................................................................................23
2.1. Исходные условия...............................................................................................23
2.2. Результаты прогнозирования ОФП и итоги исследования………………………………………………………….24
2.3. Описание оперативной обстановки на момент прибытия подразделений пожарной охраны на пожар......................................................................................................26
Заключение..............................................................................................31
Приложения..............................................................................................33
Библиография...........................................................................................35
Введение
Научно обоснованное прогнозирование динамики опасных факторов пожара (ОФП) в помещении позволяет оценить обстановку на пожаре, послужить основой экономически оптимального и эффективного уровня обеспечения пожарной безопасности людей, объектов.
Методы математического моделирования пожара не только позволяют предсказать «будущее» развития пожара, но и восстановить картину уже происшедшего пожара, т.е. увидеть «прошлое», - провести экспертизу пожара при его расследовании.
Цель курсовой работы заключается в исследовании развития пожара в помещении, как при его свободном развитии, так и при определённом воздействии на пожар, т.е. изменении различных условий его развития.
Для достижения поставленных целей необходимо решить следующие задачи:
Определить:
Динамику опасных факторов пожара, изменения площади горения, координат плоскости равных давлений за весь период его развития (до τ = 120 мин, если горение не прекратилось раньше);
Время и значение максимальной температуры в помещении;
Время вскрытия оконных проёмов;
Критическую продолжительность пожара по достижению каждым из ОФП своих критических значений;
Необходимое время эвакуации из помещения;
Время достижения пороговых значений для оборудования, конструкций;
Оперативную обстановку на момент прибытия подразделений пожарной охраны на пожар (τ = 12мин) и подачи первых стволов на тушение τ = 20 мин.);
Для исследовательской части определить:
Влияние вентиляции на основные параметры развития ОФП, в сравнении со свободным развитием.
Пути и средства достижения поставленных целей.
Для проведения научно обоснованного прогноза, используется интегральная математическая модель пожара, для заданных условий однозначности (характеристик помещения, горючей нагрузки и т.д.) путём решения системы дифференциальных уравнений.
Получить аналитическое решение системы обыкновенных дифференциальных уравнений интегральной модели пожара в общем случае невозможно.
Достижение поставленных целей в прогнозировании ОФП в помещении возможно лишь путём численного решения системы дифференциальных уравнений пожара. Для изучения динамики ОФП служит компьютерный эксперимент, т.е. получение численного решения при помощи современных ЭВМ.
Для численной реализации математической модели используется программа INTMODEL, разработанная на кафедре «Инженерной теплофизики и гидравлики» Академии ГПС МЧС России.
Прогнозирование опасных факторов пожара при его свободном развитии.
Исходные данные.
Помещение для1-2 степени огнестойкости расположено в одноэтажном здании. Стены здания кирпичные, толщиной 630 мм, покрытие железобетонное, толщиной 100 мм. Полы деревянные. Вентиляция механическая приточно-вытяжная. При возникновении пожара отключается автоматически. Отопление центральное водяное. Противодымная защита помещения отсутствует.
К зданию пристроено складское помещение, отделённое от помещения с керосином противопожарной стеной первого типа.
Помещение имеет следующие размеры:
Длину a =10 м;
Ширину b = 8 м;
Высоту 2h = 3 м.
В наружных стенах здания по его длине расположены оконные проёмы по 2 с каждой стороны. Размерами 2,0 х 2,0 м. Окна расположены на высоте от пола до нижних краёв проёмов 0,5 м. Следовательно, координаты расположения нижних и верхних краёв оконных проёмов будут y н =0,5 и y в =2,5м соответственно. Суммарная ширина оконных проёмов 8 м.
Оконные проёмы остеклены листовым оконным стеклом. Остекление разрушается при среднеобъемной температуре газовой среды в помещении – T ок. = 300 ° С.
Двери эвакуационных выходов из помещения во время пожара открыты для эвакуации. Ширина двери – 0,8 м, высота –1,9 м, т.е. и м. Суммарная ширина дверных проёмов м.
Электротехнические материалы: текстолит, карболит (доля горючего материала 12%).
Площадь пола занятая горючим материалом составляет
где - площадь пола помещения, м 2 .
Общее количество материала пожарной нагрузки помещения , кг (масса материала) при , кг/м 2 находится по формуле
где - масса горючего материала на одном квадратном метре площади пола, занятой горючим материалом (), кг/м 2 .
Твёрдый горючий материал занимает площадку прямоугольной формы. Размеры сторон прямоугольника и определены из выражений
МЧС РОССИИ
Федеральное Государственное бюджетное образовательное
учреждение высшего профессионального образования
«Уральский институт Государственной противопожарной службы
Министерства Российской Федерации по делам гражданской обороны,
чрезвычайным ситуациям и ликвидации последствий стихийных бедствий»
Кафедра физики и теплообмена
КУРСОВАЯ РАБОТА
Тема: Прогнозирование опасных факторов пожара в складском помещении
Вариант №35
Выполнил:
слушатель учебной группы З-461
старший лейтенант внутренней службы Иванов И.И.
Проверил:
старший преподаватель кафедры
физики и теплообмена, к.п.н., капитан внутренней службы
Субачева А.А.
Екатеринбург
на выполнение курсовой работы
по дисциплине «Прогнозирование опасных факторов пожара»
Слушатель Иванов Иван Иванович
Вариант №35 Курс 4 Группа З-461
Наименование объекта: склад хлопка в тюках
Исходные данные
|
Блок атмосфера |
|||
|
давление, мм. рт. ст. |
температура, 0 С |
||
|
Блок помещение |
|||
|
высота, м |
|||
|
ширина, м |
температура, 0 С |
||
|
проем 1 - штатный (дверь) |
|||
|
нижний срез, м |
Ширина, м |
||
|
верхний срез, м |
вскрытие, 0 С |
||
|
проем 2 - штатный (окна) |
|||
|
Ширина, м |
нижний срез, м |
||
|
вскрытие, 0 С |
верхний срез, м |
||
|
вид горючего материала |
хлопок в тюках |
дымовыделение Нп*м 2 /кг |
|
|
выделение СО, кг/кг |
|||
|
ширина, м |
выделение СО 2 , кг/кг |
||
|
количество ГН, кг |
удельная скорость выгорания, кг/м 2 *с |
||
|
выделение тепла МДж/кг |
скорость распространения пламени, м/с |
||
|
потребление кислорода кг/кг |
Срок сдачи: «____»__________
Слушатель____________________ Руководитель_______________
1. Исходные данные
Помещение пожара расположено в одноэтажном здании. Здание построено из сборных железобетонных конструкций и кирпича. В здании наряду с помещением склада находятся два рабочих кабинета. Оба помещения отделены от склада противопожарной стеной. План объекта приведен на рисунке 1.
(Требуется проставить на схеме размеры помещения и расчетную массу горючей нагрузки согласно своему варианту!)
Рис. 1. План здания
Размеры склада:
длина l 1 = 60 м;
ширина l 2 = 24 м;
высота 2h = 6 м.
В наружных стенах помещения склада имеется 10 одинаковых оконных проемов. Расстояние от пола до нижнего края каждого оконного проема Y H = 1,2 м. Расстояние от пола до верхнего края проема Y B = 2,4 м. Суммарная ширина оконных проемов = 24 м. Остекление оконных проемов выполнено из обычного стекла. Остекление разрушается при среднеобъемной температуре газовой среды в помещении, равной 300°С.
Помещение склада отделено от рабочих кабинетов противопожарными дверьми, ширина и высота которых 3 м. При пожаре эти проемы закрыты. Помещение склада имеет один дверной проем, соединяющий его с наружной средой. Ширина проема равна 3,6 м. Расстояние от пола до верхнего края дверного проема Y в = 3, Y н =0. При пожаре этот дверной проем открыт, т.е. температура вскрытия 20 0 C.
Полы бетонные, с асфальтовым покрытием.
Горючий материал представляет собой хлопок в тюках. Доля площади, занятая горючей нагрузкой (ГН) = 30%.
Площадь пола, занятая ГН, находится по формуле:
где? площадь пола.
Количество горючего материала на 1 Р 0 = 10. Общая масса горючего материала.
Горение начинается в центре прямоугольной площадки, которую занимает ГМ. Размеры этой площадки:
Свойства ГН характеризуются следующими величинами:
теплота сгорания Q = 16,7 ;
выделение оксида углерода = 0,0052 .
Механическая вентиляция в помещениях отсутствует. Естественная вентиляция осуществляется через дверные и оконные проемы.
Отопление центральное водяное.
Внешние атмосферные условия:
ветер отсутствует, температура наружного воздуха 20 0 C = 293 К
давление (на уровне Y=h) Р а = 760 мм. рт. ст., т.е. = 101300 Па.
Параметры состояния газовой среды внутри помещения перед пожаром :
Т = 293 К (согласно выбранному варианту);
Р = 101300 Па;
Другие параметры:
критическая температура для остекления? 300 о С;
материал ограждающих конструкций - железобетон и кирпич;
температура воздуха в помещении - 20 о С;
автоматическая система пожаротушения? отсутствует;
противодымная механическая вентиляция? отсутствует.
2. Описание интегральной математической модели свободного развития пожара в складском помещении
Интегральная математическая модель пожара в помещении разработана на основе уравнений пожара, изложенных в работах . Эти уравнения вытекают из основных законов физики: закона сохранения вещества и первого закона термодинамики для открытой системы и включают в себя:
уравнение материального баланса газовой среды в помещении:
V(dс m /dф) = G B + ш - G r , (1)
где V - объем помещения, м 3 ; с m - среднеобъемная плотность газовой среды кг/м 3 ; ф - время, с; G B и G r - массовые расходы поступающего в помещение воздуха и уходящих из помещения газов, кг/с; ш - массовая скорость выгорания горючей нагрузки, кг/с;
уравнение баланса кислорода:
Vd(p 1)/dф = x 1в G B - x 1 n 1 G r - ш L 1 Ю, (2)
где x 1 - среднеобъемная массовая концентрация кислорода в помещении; х 1в - концентрация кислорода в уходящих газах; n 1 - коэффициент, учитывающий отличие концентрации кислорода в уходящих газах х 1г от среднеобъёмного значения x 1 , n 1 = х 1г /x 1 ; L 1 - скорость потребления кислорода при горении, p 1 - парциальная плотность кислорода в помещении;
уравнение баланса продуктов горения:
Vd(p 2)/dф = ш L 2 Ю - x 2 n 2 G r , (3)
где X i - среднеобъемная концентрация i-гo продукта горения; L i - скорость выделения i-гo продукта горения (СО, СО2); n i - коэффициент, учитывающий отличие концентрации i-гo продукта в уходящих газах x iг от среднеобъёмного значения x i , n i = x iг /х i ; р 2 - парциальная плотность продуктов горения в помещении;
уравнение баланса оптического количества дыма в помещении:
Vd ()/d =Dш - n 4 G r / р m - к c S w , (4)
где - среднеобъемная оптическая плотность дыма; D - дымообразующая способность ГМ; n 4 - коэффициент, учитывающий отличие концентрации дыма в уходящих из помещения нагретых газах от среднеобъемной оптической концентрации дыма, n4= м mг /м m ;
уравнение баланса энергии U:
dU/dф = Q p н ш + i г ш + С рв Т в G в - С р Т m m G r - Q w , (5)
где P m - среднеобъемное давление в помещении, Па; С рm , Т m - среднеобъемные значения изобарной теплоемкости и температуры в помещении; Q p н - низшая рабочая теплота сгорания ГН, Дж/кг; С рв, Т в - изобарная теплоемкость и температура поступающего воздуха, К; i г - энтальпия газификации продуктов горения ГН, Дж/кг; m - коэффициент, учитывающий отличие температуры Т и изобарной теплоемкости С рг уходящих газов от среднеобъемной температуры Т m и среднеобъемной изобарной теплоемкости С рm ,
m = С рг Т г /С рm Т m ;
Ю - коэффициент полноты сгорания ГН; Q w - тепловой поток в ограждение, Вт.
Среднеобъемная температура Т m связана со среднеобъёмным давлением Р m и плотностью р m уравнением состояния газовой среды в помещении:
P m = с m R m T m . (6)
Уравнение материального баланса пожара с учетом работы приточно-вытяжной системы механической вентиляции, а так же с учетом работы системы объемного тушения пожара инертным газом примет следующий вид:
VdP m / dф = ш + G B - G r + G пр - G выт + G ов, (7)
Вышеуказанная система уравнений решается численными методами с помощью компьютерной программы. Примером может служить программа INTMODEL.
3. Расчет динамики ОФП с помощью компьютерной программы INTMODEL
Результаты компьютерного моделирования
Учебная компьютерная программа INTMODEL реализует описанную выше математическую модель пожара и предназначена для расчета динамики развития пожара жидких и твердых горючих веществ и материалов в помещении. Программа позволяет учитывать вскрытие проемов, работу систем механической вентиляции и объемного тушения пожара инертным газом, а также учитывает кислородный баланс пожара, позволяет рассчитывать концентрацию оксидов углерода СО и СО 2 , задымленность помещения и дальность видимости в нем.
Таблица 1. Динамика развития параметров газовой среды в помещении и координат ПРД
|
Вpемя, мин |
Температура |
Оптическая плотность дыма |
Дальность видимости |
Нейтральная плоскость - ПРД Y*, м |
||||||||
Изменение среднеобъемных параметров газовой среды во времени
Рис. 2.
Описание графика: Рост температуры в первые 22 минуты пожара можно объяснить горением в режиме ПРН, что обусловлено достаточным содержанием кислорода в помещении. С 23 минуты пожар переходит в режим ПРВ в связи со значительным снижением концентрации кислорода. С 23 минуты по 50 минуту интенсивность горения постоянно снижается, несмотря на продолжающееся возрастание площади горения. Начиная с 50 минуты, пожар снова переходит в режим ПРН, что связано с увеличением концентрации кислорода в результате выгорания горючей нагрузки.
Выводы по графику: На графике температуры можно условно выделить 3 стадии развития пожара. Первая стадия - нарастание температуры (приблизительно до 22 мин.), вторая - квазистационарная стадия (с 23 мин. до 50 мин.), и третья - стадия затухания (с 50 мин. до полного выгорания горючей нагрузки).
Рис. 3.
Описание графика: В начальной стадии пожара выделение дыма незначительно, полнота сгорания максимальна. В основном дым начинает выделяться после 22 минуты от начала возгорания, а превышение ПДЗ по среднеобъемному значению плотности дыма произойдет примерно на 34 минуте. Начиная с 52 минуты, с переходом в режим затухания, задымление уменьшается.
Выводы по графику: Выделение значительных количеств дыма началось только с переходом пожара в режим ПРВ. Опасность снижения видимости в дыму в данном помещении невелика - ПДЗ будет превышено ориентировочно только после 34 минут от начала возгорания, что так же можно объяснить наличием в помещении открытых проемов большого размера (дверь).
Рис. 4.
Описание графика: На протяжении 26 минут развития пожара дальность видимости в горящем помещении остается удовлетворительной. С переходом в режим ПРВ видимость в горящем помещении быстро ухудшается.
Выводы по графику: Дальность видимости связана с оптической плотностью дыма соотношением. То есть дальность видимости обратно пропорциональна оптической плотности дыма, поэтому при увеличении задымления дальность видимости уменьшается и наоборот.
Рис. 5.
Описание графика: В первые 9 минут развития пожара (начальная стадия) среднеобъемная концентрация кислорода почти не изменяется, т.е. потребление кислорода пламенем низкое, что может быть объяснено малыми размерами очага горения в это время. По мере увеличения площади горения содержание кислорода в помещении снижается. Примерно с 25 минуты от начала горения содержание кислорода стабилизируется на уровне 10-12 масс.% и остается почти неизменным примерно до 49-й минуты пожара. Таким образом, с 25-й по 49-ю минуту в помещении реализуется режим ПРВ, т.е. горение в условиях недостатка кислорода. Начиная с 50-й минуты содержание кислорода увеличивается, что соответствует стадии затухания, при которой поступающий воздух снова постепенно заполняет помещение.
Выводы по графику: график концентрации кислорода, аналогично графику температуры, позволяет выявить моменты смены режимов и стадий горения. Момент превышения ПДЗ по кислороду на данном графике отследить нельзя, для этого понадобится пересчитать массовую долю кислорода в его парциальную плотность, используя значение среднеобъемной плотности газа и формулу .
Рис. 6.
Описание графика: сделать описание и выводы по графикам по аналогии с вышеприведенными.
Выводы по графику:
Рис. 7. Изменение среднеобъемной концентрации СО 2 во времени
Описание графика:
Выводы по графику:
Рис. 8. Изменение среднеобъемной плотности газовой среды во времени
Описание графика:
Выводы по графику:
Рис. 9. Изменение положения плоскости равных давлений во времени
Описание графика:
Выводы по графику:
Рис. 10. Изменение притока свежего воздуха в помещение от времени развития пожара
Описание графика:
Выводы по графику:
Рис. 11. Изменение оттока нагретых газов из помещения от времени развития пожара
Описание графика:
Выводы по графику:
Рис. 12. Изменение разности давлений во времени
Описание графика:
Выводы по графику:
Рис. 13.
Описание графика:
Выводы по графику:
Описание обстановки на пожаре в момент времени 11 минут
Согласно п. 1 ст. 76 ФЗ-123 «Технический регламент о требованиях пожарной безопасности», время прибытия первого подразделения пожарной охраны к месту вызова в городских поселениях и городских округах не должно превышать 10 минут. Таким образом, описание обстановки на пожаре проводится на 11 минуту от начала пожара.
В начальные моменты времени при свободном развитии пожара параметры газовой среды в помещении достигают следующих значений:
Достигается температура 97°С (переходит пороговое значение 70°C);
Дальность видимости практически не изменилась и составляет 64,62 м, т.е. еще не переходит пороговое значение в 20 м;
Парциальная плотность газов составляет:
с= 0,208 кг/м 3 , что меньше предельной парциальной плотности по кислороду;
с= 0,005 кг/м 3 , что меньше предельной парциальной плотности по углекислому газу;
с= 0,4*10 -4 кг/м 3 , что меньше предельной парциальной плотности по угарному газу;
ПРД будет находиться на уровне 0,91 м;
Площадь горения составит 24,17 м 2 .
Таким образом, расчеты показали, что на 11 минуту свободного развития пожара, следующие ОФП достигнут своего предельно допустимого значения: среднеобъемная температура газовой среды (на 10 минуте).
4. Время достижения пороговых и критических значений ОФП
Согласно ФЗ-123 «Технический регламент о требованиях пожарной безопасности», необходимым временем эвакуации считается минимальное время достижения одним из опасных факторов пожара своего критического значения.
Необходимое время эвакуации из помещения по данным математического моделирования
Таблица 2. Время достижения пороговых значений
|
Пороговые значения |
Время достижения, мин |
|
|
Предельная температура газовой среды t = 70°C |
||
|
Критическая дальность видимости 1 кр = 20 м |
||
|
Предельно допустимая парциальная плотность кислорода с = 0,226 кг/м 3 |
||
|
Предельно допустимая парциальная плотность двуокиси углерода (с) пред = (с) пред = 0,11 кг/м 3 |
не достигается |
|
|
Предельно допустимая парциальная плотность оксида углерода (с) пред = (с) пред = 1,16*10 -3 кг/м 3 |
не достигается |
|
|
Максимальная среднеобъемная температура газовой среды Т m = 237 + 273 = 510 К |
||
|
Критическая температура для остекления t = 300°C |
не достигается |
|
|
Пороговая температура для тепловых извещателей ИП-101-1А t пopor = 70°C |
В данном случае минимальным временем для эвакуации из помещения склада является время достижения предельной температуры газовой среды, равное 10 мин.
Вывод:
а) охарактеризовать динамику развития отдельных ОФП, последовательность наступления различных событий и в целом описать прогноз развития пожара;
b) сделать вывод о своевременности срабатывания пожарных извещателей, установленных в помещении (см. п. 8 таблица 2). В случае неэффективной работы пожарных извещателей предложить им альтернативу (приложение 3).
Определение времени от начала пожара до блокирования эвакуационных путей опасными факторами пожара
Рассчитаем необходимое время эвакуации для помещения с размерами 60·24·6, пожарной нагрузкой в котором является хлопок в тюках. Начальная температура в помещении 20°С.
Исходные данные:
помещение
свободный объем
безразмерный параметр
температура t 0 = 20 0 С;
вид горючего материала - хлопок в тюках - ТГМ, n=3;
теплота сгорания Q = 16,7 ;
удельная скорость выгорания = 0,0167 ;
скорость распространения пламени по поверхности ГМ;
дымообразующая способность D = 0,6 ;
потребление кислорода = 1,15 ;
выделение диоксида углерода = 0,578 ;
выделение оксида углерода = 0,0052 ;
полнота сгорания ГМ;
другие параметры
коэффициент отражения б = 0,3;
начальная освещенность Е = 50 Лк;
удельная изобарная теплоемкость С р = 1,003?10 -3 МДж/кг?К;
предельная дальность видимости =20 м;
предельные значения концентрации токсичных газов:
0,11 кг/м 3 ;
1,16?10 -3 кг/м 3 ;
Расчет вспомогательных параметров
А = 1,05?? = 1,05?0,0167? (0,0042) 2 = 3,093?10 -7 кг/с 3
В = 353?С р?V/(1-) ??Q = 353?1,003?10 -3 ?6912/(1-0.6)?0,97?16,7 = 377,6 кг
В/А = 377,69/3,093?10 -7 = 1,22?10 9 c 3
Расчет времени наступления ПДЗ ОФП:
1) по повышенной температуре:
2) по потере видимости:
3) по пониженному содержанию кислорода:
4) по углекислому газу СО 2
под знаком логарифма получается отрицательное число, поэтому данный фактор не представляет опасности.
5) по угарному газу СО
под знаком логарифма получается отрицательное число, поэтому данный фактор не представляет опасности.
Критическая продолжительность пожара:
кр = min = 746; 772; = 746 с.
Критическая продолжительность пожара обусловлена временем наступления предельно допустимого значения температуры в помещении.
Необходимое время эвакуации людей из складского помещения:
нв = 0,8* кр /60 = 0,8*746/60 = 9,94 мин.
Сделать заключение о достаточности / недостаточности времени на эвакуацию по данным расчета.
Вывод: сравнить необходимое время эвакуации, полученное различными методами, и, при необходимости, объяснить различия в результатах.
5. Расчет динамики ОФП для уровня рабочей зоны. Анализ обстановки на пожаре на момент времени 11 минут
Уровень рабочей зоны согласно ГОСТ 12.1.004-91 «Пожарная безопасность. Общие требования» принимается равным 1,7 метра.
Связь между локальными и среднеобъемными значениями ОФП по высоте помещения имеет следующий вид:
(ОФП? ОФП о) = (ОФП? ОФП о)·Z,
где ОФП? локальное (пороговое) значение ОФП;
ОФП о? начальное значение ОФП;
ОФП? среднеобъемное значение опасного фактора;
Z ? безразмерный параметр, вычисленный по формуле (см. п. 4.2).
Таблица 3. Динамика развития ОФП на уровне рабочей зоны
|
Время, мин |
||||||||
Площадь пожара составляет 24,17 м.
Температура на уровне рабочей зоны составляет 52,4 0 С, что не достигает ПДЗ, равное 70 0 С.
Дальность видимости в помещении не изменилась и составляет
2,38/0,00042 = 5666 м.
Концентрация кислорода в норме: 22,513 масс%.
Парциальные плотности О 2 , СО и СО 2 на уровне рабочей зоны равны соответственно:
1,09948?22,513/100 = 0,247 кг/м 3 ;
1,09948?0,00211/100 = 2,3*10 -5 кг/м 3 ;
1,09948?0,22328/100 = 0,00245 кг/м 3 .
Таким образом, расчеты показали, что парциальная плотность кислорода находится выше ПДЗ, а токсичных газов - ниже.
Рис. 14.
На 11 минуте горения газообмен протекает со следующими показателями: приток холодного воздуха составляет 3,26 кг/с, а отток нагретых газов из помещения - 10,051 кг/с.
В верхней части дверного проема идет отток задымленных нагретых газов из помещения, плоскость равных давлений находится на уровне 1,251 м, что ниже уровня рабочей зоны.
Вывод: на основании результатов расчетов дать подробную характеристику оперативной обстановки на момент прибытия пожарных подразделений, предложить меры по проведению безопасной эвакуации людей.
Общий вывод по работе
Сделать общий вывод по работе, включающий:
а) краткое описание объекта;
b) общая характеристика динамики ОФП при свободном развитии пожара;
c) сравнение критического времени наступления ПДЗ по опасным факторам пожара согласно расчетам компьютерной программы INTMODEL и методики определения времени от начала пожара до блокирования эвакуационных путей в результате распространения на них опасных факторов пожара согласно приложению №5 к приказу МЧС России от 10.07.2009 №404;
d) анализ срабатывания установленных в помещении пожарных извещателей при необходимости предложения по их замене;
e) характеристика оперативной обстановки на момент прибытия пожарных подразделений, предложения по проведению безопасной эвакуации людей;
f) вывод о целесообразности и перспективах использования компьютерных программ для расчета динамики ОФП при пожаре.
Интегральная математическая модель пожара представляет собой систему обыкновенных дифференциальных уравнений, описывающих изменение среднеобъёмных параметров состояния газовой среды в помещении в процессе развития пожара. Они следуют из фундаментальных законов природы? первого закона термодинамики для открытой термодинамической системы и закона сохранения массы. Впервые интегральная модель была сформулирована профессором Ю.А. Кошмаровым в 1976 году.
Более подробно интегральная модель пожара описана в приложении 6 к приказу МЧС России от 30.06.2009 №382.
Ограничения интегральной модели
Интегральная модель применима в случае, когда состояние газовой среды с достаточной степенью достоверности можно считать одинаковым по всему объему помещения. Такое допущение справедливо, если модель содержит:
достаточно большой источник пожара;
относительно небольшой объем помещений;
хороший газообмен внутри помещений, обеспечивающий равномерное перемешивание продуктов горения.
Таким образом, интегральную модель можно применять при следующих условиях:
для зданий, содержащих развитую систему помещений малого объема простой геометрической конфигурации;
для помещений, где характерный размер очага пожара соизмерим с характерными размерами помещения и размеры помещения соизмеримы между собой (линейные размеры помещения отличаются не более чем в 5 раз);
для предварительных расчетов с целью выявления наиболее опасного сценария пожара.
Если один из линейных размеров помещения более чем в пять раз превышает хотя бы один из двух других линейных размеров, необходимо это помещение делить на участки, размеры которых соизмеримы между собой, и рассматривать участки как отдельные помещения, сообщающиеся проемами, площадь которых равна площади сечения на границе участков. Использование аналогичной процедуры в случае, когда два линейных размера превышают третий более чем в 5 раз, не допускается.
Зонная модель позволяет получить информацию о размерах характерных зон, возникающих при пожаре в помещениях и средних параметров состояния среды в этих зонах.
Зонные математические модели в основном используются для исследования динамики опасных факторов пожара в начальной стадии пожара. В начальной стадии распределение параметров состояния газовой среды по объему помещения характеризуется большой неоднородностью (неравномерностью). В этот период (отрезок) времени пространство внутри помещения можно условно поделить на ряд характерных зон с существенно различающимися температурами и составами газовых сред. Границы этих зон по мере развития пожара не остаются неизменными и неподвижными. В течение времени геометрическая конфигурация зон меняется и сглаживается контрастное различие параметров состояния газа в этих зонах. В принципе, пространство внутри помещения можно разбить на любое число зон. В этой лекции рассмотрим простейшую зонную модель пожара, которая применима при условиях, когда размеры очага горения значительно меньше размеров помещения. Процесс развития пожара можно представить следующим образом. После воспламенения горючих веществ образующиеся газообразные продукты устремляются вверх, образуя над очагом горения конвективную струю. Достигнув потолка помещения, эта струя растекается, образуя припотолочный слой задымленного газа. В течение времени толщина этого слоя увеличивается. 1. Постановка задачи о зонном моделировании. В соответствии с вышесказанным в объеме помещения можно выделить три характерные зоны: конвективную колонку над очагом пожара, припотолочный слой нагретого газа и воздушную зону с практически неизменными параметрами состояния, равными своим начальным значениям. Математическая модель пожара, базирующаяся на разбиении пространства на характерные области, получила название трехзонной модели.
В дальнейшем ограничимся рассмотрением первой фазы начальной стадии пожара. Под понятием "первая фаза начальной стадии пожара" подразумевается отрезок времени, в течение которого нижняя граница припотолочного слоя, непрерывно опускаясь, достигает верхнего края дверного проема. При первой фазе начальной стадии пожара нагретые газы лишь накапливаются в припотолочной зоне. При второй фазе нижняя граница II зоны расположена ниже верхнего края дверного проема. С наступлением второй фазы начинается процесс истечения нагретых газов из помещения через дверной проем. До наступления этой фазы имеет место лишь вытеснение (через дверной проем) холодного воздуха из III зоны.
Полевая (дифференциальная) модель позволяет рассчитать для любого момента развития пожара значения всех локальных параметров состояния во всех точках пространства внутри помещения.
Полевая дифференциальная модель. Интегральная модель пожара позволяет получить информацию о средних значениях параметров среды в помещении для любого момента развития пожара. Зонная модель позволяет получить представление о размерах характерных зон, возникающих при пожаре в помещении, а также о средних параметрах состояния среды внутри этих зон. И наконец, полевая дифференциальная модель позволяет рассчитать для любого момента развития пожара значение всех локальных параметров состояния в любой точке пространства помещения. Все три модели в математическом отношении характеризуются различным уровнем сложности. Наиболее просто реализуемой является интегральная модель, она же является и наименее точной. Наиболее перспективной, с точки зрения, практического применения является полевая модель горения.
Полевые модели основываются на системе дифференциальных уравнений в частных производных. Результатами решения данной системы уравнений являются поля распределения температур, скоростей, концентраций компонентов газовой среды в каждый момент времени. Программа FDS (Fire Dynamics Simulator) реализует вычислительную гидродинамическую модель (CFD) тепломассопереноса при горении. FDS решает уравнения Навье-Стокса для низкоскоростных температурно-зависимых потоков. Базовым алгоритмом является определенная схема использования метода предиктора-корректора второго порядка точности по координатам и времени.
Турбулентность выполняется с помощью модели Смагоринского «Масштабное моделирование вихрей». Главным образом нас интересует начальный момент времени пожара, когда срабатывание автоматической пожарной сигнализации еще может привести к выполнению системой своих целевых функций (эвакуация людей, эффективное пожаротушение). Время это относительно мало, и в этот промежуток времени пожар имеет некоторые особенности, позволяющие еще более упростить математическую модель. Основной особенностью данного процесса является отсутствие газообмена помещения с окружающей средой.
Поступление воздуха в помещение из окружающей среды отсутствует, и динамика возгорания диктуется исключительно пожарной нагрузкой. Поэтому полевая модель пожара, рассматриваемая в данной работе, носит ограниченный характер по времени и справедлива исключительно в начальный момент развития пожара, пока отсутствует поступление воздуха в помещение,
Перечисленные модели отличаются друг от друга объемом той информации, которую они могут дать о состоянии газовой среды в помещении и взаимодействующих с нею конструкций на разных этапах пожара.
В математическом отношении три вышеуказанных вида моделей пожара характеризуются разным уровнем сложности. Наиболее сложной в математическом отношении является полевая модель.
опасный пожар прогнозирование моделирование
