II. Классификация и область применения методов математического моделирования пожара

Для описания термогазодинамических параметров пожара применяются три основных группы детерминистических моделей: интегральные, зонные (зональные) и полевые.

 

Выбор конкретной модели расчета времени блокирования путей эвакуации следует осуществлять исходя из следующих предпосылок:

 

интегральный метод:

 

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;

 

зонный (зональный) метод:

 

для помещений и систем помещений простой геометрической конфигурации, линейные размеры которых соизмеримы между собой (линейные размеры помещения отличаются не более чем в 5 раз), когда размер очага пожара существенно меньше размеров помещения;

 

для рабочих зон, расположенных на разных уровнях в пределах одного помещения (наклонный зрительный зал кинотеатра, антресоли и т.д);

 

полевой метод:

 

для помещений сложной геометрической конфигурации, а также помещений с большим количеством внутренних преград (атриумы с системой галерей и примыкающих коридоров, многофункциональные центры со сложной системой вертикальных и горизонтальных связей и т.д.);

 

для помещений, в которых один из геометрических размеров гораздо больше (меньше) остальных (тоннели, закрытые автостоянки большой площади и т.д.);

 

для иных случаев, когда применимость или информативность зонных и интегральных моделей вызывает сомнение (уникальные сооружения, распространение пожара по фасаду здания, необходимость учета работы систем противопожарной защиты, способных качественно изменить картину пожара, и т.д.).

 

При использовании интегральной и зонной моделей для помещения, один из линейных размеров которого 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.

 

III. Интегральная математическая модель расчета газообмена в здании, при пожаре

(Раздел в редакции, введенной в действие с 26 мая 2012 года

приказом МЧС России от 12 декабря 2011 года N 749 . -

См. предыдущую редакцию )

 

Для расчета распространения продуктов горения по зданию составляются и решаются уравнения аэрации, тепло- и массообмена как для каждого помещения в отдельности, так и для всего здания в целом.

 

Уравнения движения, связывающие значения перепадов давлений на проемах с расходами газов через проемы, имеют вид:

 

,	(П6.3)

 

где:

 

- расход газов через проем между двумя (j-м и i-м) смежными помещениями, кг/с;

 

- коэффициент расхода проема ( =0,8 для закрытых проемов и =0,64 для открытых);

 

F - площадь сечения проема, м ;

 

- плотность газов, проходящих через проем, кг/м ;

 

- средний перепад полных давлений между j-м и i-м помещением, Па.

 

Направление (знак) расхода определяется знаком разности давлений .

 

В зависимости от этого плотность принимает различные значения.

 

Знак расхода газов (входящий в помещение расход считается положительным, выходящий - отрицательным) и значение зависят от знака перепада давлений:

 

.	(П6.4)

 

 

Для прогнозирования параметров продуктов горения (температуры, концентраций токсичных компонентов продуктов горения) в помещениях многоэтажного здания на этажах, расположенных выше этажа, на котором может возникнуть пожар, рассматриваются процессы распространения продуктов горения в вертикальных каналах (лестничные клетки, шахты лифтов, вентканалы и т.п.).

 

Вертикальную шахту по высоте разделяют на зоны, которые представляют узлы в гидравлической схеме здания. Зона по высоте может охватывать несколько этажей здания. В этом случае расход газа между зонами можно выразить формулой вида:

 

,	(П6.5)

 

где:

 

- характеристика гидравлического сопротивления на границе зон;

 

F - площадь поперечного сечения шахты;

 

k - коэффициент (допускается принимать равным 0,05 с /м);

 

g = 9,81 м/с  - ускорение свободного падения;

 

- перепад давлений между узлами.

 

Здание представляют в виде гидравлической схемы, узлы которой моделируют помещения, а связи - пути движения продуктов горения и воздуха. Каждое помещение здания описывается системой уравнений, состоящей из уравнения баланса массы, уравнения сохранения энергии и уравнения основного газового закона (Менделеева-Клайперона).

 

Уравнение баланса массы выражается формулой:

 

	,	(П6.6)

 

где:

 

- объем помещения, м ;

 

t - время, с;

 

сумма расходов, входящих в помещение, кг/с;

 

- сумма расходов, выходящих из помещения, кг/с;

 

- скорость выгорания пожарной нагрузки, кг/с.

 

Уравнение сохранения энергии выражается формулой:

 

,	(П6.7)

 

где:

 

, - удельная изохорная и изобарная теплоемкости, кДж/(кг·К);

 

, - температуры газов в i-м и j-м помещениях, К;

 

- количество тепла, выделяемого в помещении при горении, кВт;

 

- тепловой поток, поглощаемый конструкциями и излучаемый через проемы, кВт.

 

Для помещения очага пожара величина определяется по формуле:

 

,

где:

 

- коэффициент полноты горения;

 

- низшая теплота сгорания, кДж/кг;

 

I = - энтальпия газифицированной горючей нагрузки, кДж/кг;

 

- удельная теплоемкость продуктов пиролиза, кДж/(кг·К);

 

Т - температура продуктов пиролиза, К.

 

Для остальных помещений =0.

 

Коэффициент полноты горения определяется по формуле:

 

,	(П6.8)

 

где - коэффициент полноты горения в режиме пожара, регулируемом горючей нагрузкой, определяемый формулой:

 

=0,63+0,2· +1500· .	(П6.9)

 

Коэффициент К рассчитывается по формуле:

 

,	(П6.10)

 

где:

 

;

 

- начальная концентрация кислорода в помещении очага пожара, кг/кг;

 

- текущая концентрация кислорода в помещении очага пожара, кг/кг;

 

- количество кислорода, поглощаемого при сгорании 1 кг горючей нагрузки, кг/кг.

 

Уравнение Менделеева-Клайперона выражается формулой:

 

,	(П6.11)

 

где:

 

- давление газа в j-м помещении, Па;

 

- температура газа в j-м помещении, К;

 

R = 8,31 - универсальная газовая постоянная, Дж/(моль·К);

 

М - молярная масса газа, моль.

 

Параметры газа в помещении определяются из уравнения баланса масс отдельных компонентов продуктов горения и кислорода и уравнения баланса оптической плотности дыма.

 

Уравнение баланса масс отдельных компонентов продуктов горения и кислорода:

 

,	(П6.12)

 

где:

 

, - концентрация L-го компонента продуктов горения в i-м и j-м помещениях, кг/кг;

 

- количество L-го компонента продуктов горения (кислорода), выделяющегося (поглощающегося) при сгорании одного килограмма пожарной нагрузки, кг/кг.

 

Уравнение баланса оптической плотности дыма:

 

,	(П6.13)

 

где:

 

, - оптическая плотность дыма в i-м и j-м помещениях, Нп·м ;

 

- дымообразующая способность пожарной нагрузки, Нп·м /кг.

 

Оптическая плотность дыма при обычных условиях связана с расстоянием предельной видимости в дыму формулой:

 

	(П6.14)

 

Для помещений без источника тепла система уравнений (П6.6 ), (П6.7 ) и (П6.8 ) упрощается и представляется в виде:

 

,	(П6.15)

 

где:

 

.

 

Первое уравнение связывает перепады давлений на соединяющих помещение проемах с расходом газа через эти проемы. Второе - выражает постоянство объема для данного помещения. Таким образом, для всего здания требуется решать систему, состоящую из (  + )·  нелинейных уравнений вида (П6.12 ) и ·  линейных уравнений вида (П6.13 ). Здесь и - соответственно, число горизонтальных и вертикальных связей на этаже; - число узлов; - число этажей.

 

Система уравнений, включающая в себя уравнения (П6.6 ), (П6.7 ) для помещения очага пожара и (П6.12 ), (П6.13 ) для остальных помещений и уравнение (П6.11 ), описывающая гидравлическую схему здания, решается численно методом итерации в совокупности с методом секущих.

 

Основные уравнения для определения температуры газа и концентрации продуктов горения в помещениях здания получены из уравнений сохранения энергии и массы.

 

Температура газа в помещении, где отсутствует очаг пожара определяется из уравнения теплового баланса, которое можно получить из уравнения сохранения энергии (П6.7 ). Формула для определения температуры газа в j-м помещении здания в "n"-й момент времени:

 

	, (П6.16)

 

где:

 

- сумма источников (стоков) тепла в объеме j-го помещения и тепла, уходящего в ограждающие конструкции;

 

- приведенный коэффициент теплоотдачи;

 

- начальная температура в помещении;

 

- площадь поверхности ограждающих конструкций в j-м помещении.

 

Коэффициент теплоотдачи может быть рассчитан по эмпирической формуле:

 

.	(П6.17)

 

Концентрация отдельных компонентов газовых смесей в помещениях здания вычисляется из уравнения баланса массы данного компонента (П6.12 ). Концентрация L-го компонента продуктов горения в j-м помещении в "n"-й момент времени определяется уравнением:

 

.	(П6.18)

 

Оптическая концентрация дыма в помещениях определяется из балансового уравнения (П6.19 ). Натуральный показатель ослабления среды в j-м помещении в "n"-й момент времени определяется уравнением:

 

.	(П6.19)

 

 

 

---

Дата добавления: 2021-01-21; просмотров: 87; Мы поможем в написании вашей работы!

Поделиться с друзьями:

---

---

Мы поможем в написании ваших работ!