Расчет динамики опасных факторов пожара в помещении с использованием интегральной и зонной математических моделей. Определение продолжительности пожара и времени блокирования путей эвакуации. Расчет огнестойкости ограждающих строительных конструкций.
Аннотация к работе
Эти методы не только позволяют предсказать развитие пожара, но и восстановить картину уже происшедшего пожара. Математические модели развития пожара в помещении описывают в самом общем виде изменения параметров состояния среды, ограждающих конструкций и элементов оборудования с течением времени. Они позволяют обосновать и разработать объемно-планировочные и конструктивные решения зданий и сооружений с учетом обеспечения безопасной эвакуации людей, решить вопросы, связанные с применением средств автоматической пожарной сигнализации, пожаротушения и др. Дифференциальное моделирование позволяет получить локальные значения термодинамических параметров пожара (плотность, температуру газовой среды, скорость движения газа, концентрации компонентов газовой среды, оптическую плотность дыма - натуральный показатель ослабления света в дисперсной среде), где независимыми аргументами являются время и координаты конкретного элементарного объема пространства в помещении.Выбирается положение центра ортогональной системы координат в левом нижнем углу помещения на плане (рис. Свойства горючей нагрузки выбираем по типовой базе горючей нагрузки (склад для хранения пищевой промышленности (Рис, гречиха, пшеница, мука): низшая рабочая теплота сгорания Qрн = 17 МДЖ/кг; Для пожара при заданных условиях можно принять в уравнении энергии, что = 0. т.е. внутренняя энергия среды в помещении при пожаре практически остается неизменной. Зонная модель позволяет получить информацию о размерах характерных пространственных зон, возникающих при пожаре в помещении, и средних параметров состояния среды в этих зонах. 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.Основополагающий документ, регламентирующий пожарную безопасность в России - ФЗ № 123 «Технический регламент о требованиях пожарной безопасности» определяет эвакуацию как один из основных способов обеспечения безопасности людей при пожарах в зданиях и сооружениях. Время блокирования эвакуационных путей вычисляется путем расчета минимального значения критической продолжительности пожара. Для определения времени достижения температурой этого значения рассчитаем, какова же будет среднеобъемная температура, если на уровне рабочей зоны температура будет критической. Значение параметра Z на уровне рабочей зоны будет равно: Тогда при достижении на уровне рабочей зоны температуры 70°С среднеобъемная температура будет равна: Этого значения среднеобъемная температура достигает, примерно, через 10 минут после начала пожара (табл.
План
Содержание
Введение
1. Исходные данные
2. Описание интегральной и зонной математических моделей развития пожара в помещении
3. Расчет динамики опасных факторов пожара в помещении с использованием интегральной математической модели пожара
4. Определение критической продолжительности пожара и времени блокирования эвакуационных путей
5. Прогнозирование обстановки на пожаре к моменту прибытия первых подразделений на тушение
7. Расчет динамики опасных факторов пожара в помещении с использованием зонной математической модели пожара
Заключение
Список литературы
Введение
Научно обоснованное прогнозирование динамики опасных факторов пожара (ОФП) в помещении является основой экономически оптимального и эффективного уровня обеспечения пожарной безопасности людей, объектов.
Научные методы прогнозирования ОФП основываются на математическом моделировании пожара. Эти методы не только позволяют предсказать развитие пожара, но и восстановить картину уже происшедшего пожара.
Математические модели развития пожара в помещении описывают в самом общем виде изменения параметров состояния среды, ограждающих конструкций и элементов оборудования с течением времени.
Они позволяют обосновать и разработать объемно-планировочные и конструктивные решения зданий и сооружений с учетом обеспечения безопасной эвакуации людей, решить вопросы, связанные с применением средств автоматической пожарной сигнализации, пожаротушения и др.
Различают два основных подхода (принципа) математического моделирования пожаров в зависимости от описания параметров состояния газовой среды в помещениях: интегральный и дифференциальный.
Интегральный метод моделирования основан на моделировании пожара в помещении на уровне усредненных характеристик (среднеобъемных параметров, которыми характеризуются условия в объеме пространства: температура, давление, состав газовой среды и т.д. для любого момента времени).
Дифференциальное (полевое) моделирование основано на описании состояния газовой среды для элементарных объемов, на которые разбивается изучаемая область пространства.
Дифференциальное моделирование позволяет получить локальные значения термодинамических параметров пожара (плотность, температуру газовой среды, скорость движения газа, концентрации компонентов газовой среды, оптическую плотность дыма - натуральный показатель ослабления света в дисперсной среде), где независимыми аргументами являются время и координаты конкретного элементарного объема пространства в помещении.
Основу зонных моделей пожара составляет совокупность нескольких систем обыкновенных дифференциальных уравнений. Средние параметры состояния среды в каждой зоне являются искомыми функциями, независимым аргументом является время. В общем случае искомыми функциями являются также координаты, определяющие положения границ характеризующих зоны.
Список литературы
1. Максимальная зависимость парциальной плотности кислорода в помещении от времени пожара = 26.
2. Максимальная зависимость парциальной плотности оксида углерода в помещении от времени пожара =1,1.
3. Максимальная зависимость парциальной плотности диоксида углерода в помещении от времени пожара =5,45.
5. Прогнозирование обстановки на пожаре к моменту прибытия первых подразделений на тушение
Определяем обстановку на пожаре к моменту прибытия на пожар первых подразделений. Она определяется расчетом, при этом используются данные, полученные при расчете динамики опасных факторов пожара. На основании анализа полученных данных производится расчет сил и средств, оценка обстановки на пожаре, намечаются действия первых подразделений.
Первые подразделения прибывают на пожар через 10 мин после его начала. В это время площадь пожара составляет 26,07 м2, среднеобъемная температура в помещении составляет 85ОС, тогда температура на уровне рабочей зоны для личного состава (принимаем 1,7 м) будет составлять (формула 4.1)
При такой температуре личный состав должен работать в средствах защиты от повышенной температуры.
Высота плоскости равных давлений на 10 минуте пожара составляет 1,17 м, это ухудшает видимость на пожаре. Все имеющиеся открытые проемы будут работать в смешанном режиме газообмена, т. е. через верхние части проемов, расположенных выше плоскости равных давлений, будут истекать дымовые газы из помещения, а в нижней части проемов будет подсос наружного воздуха. С учетом направления ветра, независимо от высоты расположения нейтральной плоскости, возможно задымление помещений и прилегающей территории с подветренной стороны. План помещения и схемы газообмена помещения с окружающей средой через открытые проемы показана на рис. 5.1.
Среднеобъемная оптическая плотность дыма в помещении 10 минуте пожара составляет 0,743 Нп/м.
На уровне рабочей зоны значение оптической плотности дыма будет составлять
Тогда дальность видимости на уровне рабочей зоны составит lвид=2,38/0,676=3,5 м.
Среднеобъемное значение парциальной плотности кислорода в помещении на 10 минуте пожара составляет 0,9877 кг/м3 (рис. 3.3).
Содержание кислорода на рабочем уровне составит:
Полученное значение парциальной плотности кислорода ниже критического значения, поэтому необходимо предусмотреть работу личного состава в средствах индивидуальной защиты органов дыхания.
Рис. 5.1а Склад для хранения
Рис. 5.1б Разрез 1-1 склада
Среднеобъемное значение парциальной плотности оксида углерода в помещении на 4 минуте пожара определим по формуле
(5.1)
Рис. 5.1в Разрез 2-2 склада
Рис. 5.1г Разрез 3-3 склада
Рис. 5.1 д Разрез 4-4 склада
Тогда Содержание оксида углерода на рабочем уровне составит
Полученное значение парциальной плотности оксида углерода выше критического значения, поэтому необходимо предусмотреть работу личного состава в средствах индивидуальной защиты органов дыхания.
Среднеобъемное значение парциальной плотности диоксида углерода в помещении на 10 минуте пожара определим по формуле
(5.2)
Тогда Содержание диоксида углерода на рабочем уровне составит
Полученное значение парциальной плотности диоксида углерода ниже критического значения, поэтому для личного состава этот опасный фактор пожара не опасен.
Рассчитать температурное поле в перекрытии через 34 мин после начала нагревания и установить время достижения на рабочей арматуре температуры 209°С.
Перекрытие представляет собой сплошную железобетонную плиту толщиной 22 см. Толщина слоя бетона от нижней грани до центра тяжести рабочей арматуры 2 см. Плита изготовлена из бетона на гранитном щебне.
Перекрытие подвергается одностороннему нагреванию в условиях пожара. Зависимость среднеобъемной температуры греющей среды от времени берется из таблицы 3.2, полученной при расчетах на ЭВМ.
Начальная температура перекрытия 19°С, такую же температуру имеет воздух над перекрытием.
Задачу решаем численным методом конечных разностей.
Решение
Принимаем среднюю температуру плиты за весь период нагревания равной 160 °С. Тогда усредненные за весь период нагревания коэффициенты теплопроводности и температуропроводности будут равные ? = 1,2 Вт/(м*К), a=6,3*10-7 м2/с.
Максимальная температура среды за период нагревания может быть определена по следующей формуле: (п. 6.1) где Тт - среднеобъемная температура; х0 - половина расстояния от очага горения до места выхода газов из помещения; х - координата, отсчитываемая от очага горения по горизонтали; у - координата, отсчитываемая от поверхности пола по вертикали.
Подставляя значения соответствующих величин определяем максимальную температуру среды за период нагревания tm = 165,5°С.
Максимальный коэффициент теплоотдачи между средой и поверхностью плиты: =11,63ехр(0,0023-165,5) = 17 Вт/(м2К).
Максимальная расчетная толщина слоя:
Минимальное число слоев:
Разобьем плиту на 5 слоев. При этом толщина слоя будет равна:
Расчетный интервал времени:
Расчет температурного поля в плите ведется по явной разностной схеме, которая при имеет вид:
В начальный момент времени температура во всех слоях равна начальной: t0,0 t1,0 t2,0 t3,0 t4,0 t5,0 19°С.
Температурное поле через 1 = 25 мин, температура греющей среды (определяется аналогично максимальной температуры среды): tlml = 133,5°С;
коэффициент теплоотдачи с обогреваемой стороны: = 11,63*ехр(0,0023*133,5) = 15,8 Вт/м2К;
толщина пограничного слоя:
температура в 1-м слое через 1 :
т.е. температуры в слоях с 1-го по 25-й через 1 останутся равными начальным.
Температура в 0-м слое через 1 :
температура на обогреваемой поверхности
Температурное поле через 2 = 50 мин, температура греющей среды: tlm,2 = 143,5°С;
коэффициент теплоотдачи с обогреваемой стороны: =11,63*ехр(0,0023*143,5) =16,2 Вт/м2К;
толщина пограничного слоя: температура в 1-м слое через 2 :
температура во 2-м слое через 2 : т.е. температуры в слоях со 2-го по 5-й через 2 останутся равными 160 °С;
температура в 0-м слое через 2 :
температура обогреваемой поверхности:
Результаты расчета заносим в таблицу 6.1.
Таблица 6.1
Результаты расчетов
№ tlm to t1c t1 t2 t3 t4 t5
0 0 19 - - 19 19 19 19 19 19 19
1 25 135,5 15,8 0,075 71 45 19 19 19 19 19
2 50 145,5 16,2 0,074 90 67,5 45 19 19 19 19
7. Расчет динамики опасных факторов пожара в помещении с использованием зонной математической модели пожара
Исходные данные: Длина помещения, м - 12.0
Ширина помещения, м - 9.0
Высота помещения, м - 3.6
Площадь ГН, м2 - 50.00
Горючая нагрузка - лен
Результаты расчета:
Время, мин Т-ра, гр.С ВЫСГР, м ПЛГОР, м2 Расх, кг/с
0,00 20,00 3,24 0,00 0,00
0,10 20,00 3,24 0,00 0,43
0,20 21,00 3,24 0,01 0,68
0,30 22,00 3,24 0,02 0,90
0,40 23,00 3,24 0,03 1,09
0,50 24,00 3,24 0,05 1,27
0,70 25,00 3,24 0,09 1,61
0,90 27,00 3,12 0,15 1,82
1,10 29,00 2,94 0,22 1,92
1,30 31,00 2,75 0,31 1,97
1,50 34,00 2,55 0,41 1,98
1,70 37,00 2,35 0,52 1,96
1,90 40,00 2,14 0,65 1,91
2,10 44,00 1,94 0,80 1,85
2,30 48,00 1,73 0,96 1,78
2,50 52,00 1,53 1,13 1,71
2,70 57,00 1,33 1,32 1,65
2,90 62,00 1,12 1,52 1,54
3,10 67,00 0,93 1,74 1,38
3,30 73,00 0,74 1,97 1,19
3,50 80,00 0,57 2,22 0,98
3,70 87,00 0,41 2,48 0,75
3,90 95,00 0,26 2,75 0,51
4,10 104,00 0,13 3,04 0,28
4,30 114,00 0,02 3,34 0,04
Рис 7.1 График зависимости температуры от времени
Рис 7.2 График зависимости высоты горения от времени
Рис 7.3 График зависимости площади горения от времени
Рис 7.4 График зависимости расхода топлива от времени
Вывод: 1. Максимальная зависимость температуры от времени=118 С0
2. Максимальная зависимость высоты горения от времени=3,25 м.
3. Максимальная зависимость площади горения от времени=3,4 м2.
4. Максимальная зависимость расхода топлива от времени=2 кг/с.
Заключение
В результате выполнения курсовой работы были закреплены и углублены знания в области математического моделирования динамики ОФП, были получены навыки пользования компьютерной программой Intel Model при исследовании пожаров. Были получены навыки в области определения наиболее опасного фактора для находящихся в помещении людей, из которых впоследствии можно делать выводы, с чего начинать пожаротушение.
Список литературы
1. Пузач С.В. методы расчета тепломассообмена при пожаре в помещении и их применение при решении практических задач пожаровзрывобезопасности. - М.: академия ГПС МЧС России, 2011.
2. Рыжов А.М., Хасанов И.Р., Карпов А.В. и др. Применение полевого метода математического моделирования пожаров в помещениях. Методические рекомендации. - М.: ВНИИПО, 2010.
3. Определение времени эвакуации людей и огнестойкости строительных конструкций с учетом параметров реального пожара: Учебное пособие / Пузач С.В., Казеннов В.М., Горностаев Р.П. - М.: Академия ГПС МЧС России, 2009. 147 л.
4. Астапенко В.М., Кошмаров Ю.А., Молчадский И.С., Шевляков А.Н. Термогазодинамика пожаров в помещениях.- М.: Стройиздат, 1986.